嵌入式系统开发技术课程设计

摘要RFID（RadioFrequencyIdentification）即射频识别技术，又称电子标签、无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速用动物体，并可同时识别多个标签，操作快捷方便。RFID是一种简单的无线系统，只有两个基本器件，该系统用于控制、检测和跟踪物体。系统由一个阅读器和很多标签组成。RFID射频识别技术实际上是一项较早的技术，在20世纪60年代的时候，RFID射频识别技术的理论已经得到发展，并且开始了一些尝试性的应用。RFID芯片设计与制造技术的发展趋势是芯片功耗更低，作用距离更远，读写速度与可靠性更高，成本不断降低。芯片技术将与应用系统整体解决方案紧密结合本课程设计设计了一套基于RFID的高频学生考勤系统，它利用物联网RFID综合实验系统V1.0中的HF模块，嵌入式网关，并连接PC的串口线到嵌入式网关的J28接口，实现网关控制HF模块。另外也可以实现PC机对HF模块的控制。整个系统是以IC卡作为信息识别体，完成考勤相关数据的存储、处理、统计，形成最终的EXCL表格，并考虑到信息安全，对操作员的权限进行了设置，满足了不同用户的实际需求。学生每人佩戴13.56M无源电子标签一张，作为考勤卡。用于上课、下课时的考勤记录，只要标签处于读写器的有效识别范围，则阅读器便可自动识别到该标签信息，通过软件系统自动记录考勤信息，为学校的管理提供了很大的方便。关键词：RFID；高频；学生考勤目录一前言............................................................1二系统设计描述....................................................22.1系统设计功能................................................22.2系统设计实施步骤............................................2三系统设计原理....................................................43.1实验箱模块..................................................43.2HF高频读写器原理...........................................63.3射频通信原理................................................6四系统设计整体描述和实现..........................................84.1实现RFID高频学生考勤管理系统的硬件设计.....................84.2实现RFID高频学生考勤管理系统的软件设计.....................94.3系统运行结果...............................................10总结.............................................................12致谢.............................................................13参考文献..........................................................141一前言校园学生考勤是现今日常教学过程中必不可少的一个组成部分，以往，学生的考勤工作主要都由任课教师完全承担，在上课之前几分钟或者是上课后花费几分钟的时间进行全班的点名，然后在学期末用人工的方式观察、分析学生在教学活动中的出席情况。这样做不但消耗了教学时间、也不具备灵活性。从记录考勤数据，到分析考勤记录都需要花费教师额外的时间与精力。基于RFID校园卡考勤管理系统正试图以一种更快捷方便的方式解决考勤过程中的各种问题。RFID射频识别是一种世界上较为领先的技术：第一，可以识别单个的非常具体的物体，而不是像条形码那样只能识别一类物体；第二，其采用无线电射频，可以透过外部材料读取数据，而条形码必须靠激光来读取信息；第三，可以同时对多个物体进行识读，而条形码只能一个一个地读。此外，储存的信息量也非常大。所以被广为使用。在很多的校园中基于RFID的学生考勤应用系统就是学校管理系统的一个组成部分，它将智能化的完成考察学生出勤情况。它实时的自动采集数据信息、自动对所采集数据进行分析处理，然后以可视化界面回报给学校管理人员。为学校更好的管理学生提供了很大的方便。校园卡考勤查询管理系统基于RFID技术，这样可以方便集成分布到校园中的每一个教室里。RFID应用已经全面普及，在校园中学生老师的考勤管理系统更是为学校的管理提供了很大的方便。校园卡基于RFID无线射频技术，通过射频技术便可获取校园卡中的各类信息，对于校园卡考勤的应用而言，仅仅需要得到校园卡的一个唯一标志号便可完成考勤记录。它将支持与学生管理系统、考勤管理系统的信息传递，同时可以方便的与“一卡通”系统进行无缝连接。2二系统设计描述该系统采用13.56M射频识别技术进行学生的门禁考勤管理，学生每人佩戴13.56M无源电子标签一张，作为考勤卡。用于上课、下课时的考勤记录，只要标签处于读写器的有效识别范围，则阅读器便可自动识别到该标签信息，通过软件系统自动记录考勤信息，同时控制电子锁开门。2.1系统设计功能准确识别门禁考勤卡，并正确记录考勤时间，同时应给出声音提示和图像显示；1、可以由具有系统管理员权限的操作人员进行方便的录入学生信息，即：将学生姓名、学号、所属学院、专业、班级和考勤卡号，以及照片图像存入数据库；2、可以通过计算机方便的查询每一个人的考勤详细记录；3、可进行操作人员录入、权限限定、系统参数等功能设定；4、可进行节假日和日期的设定。5、可进行迟到、出差、请假录入等功能设定；6、可设置多种系统查询功能，并可以打印报表或导出EXCEL文件等文件格式。2.2系统设计实施步骤1、用户管理用户分管理员和普通用户两种，管理员可以执行增加删除修改等各种操作，普通用户只能查看。数据库中现有三种用户，管理员-用户名：admin，密码：admin，普通用户-用户名：a，密码：（空）；用户名：user，密码：user。a.增加用户：点击“增加”按钮，在弹出的“增加用户”框中输入新用户的用户名，密码（可选），权限，备注（可选），然后点击确定，即可在用户管理栏中看到新添加的用户信息。b.删除用户：在用户管理栏中选择待删除的用户，点击“删除”按钮。c.修改用户：在用户管理栏中，选择待修改的用户，点击“修改”按钮，即可修改相应3的信息，修改完后点击“确定”按钮。2、学院信息管理与用户管理操作类似。1、专业信息管理与用户管理操作类似。2、学生信息管理与用户管理操作类似。3、考勤查询a.设置好待查询的起始、终止时间和上、下课时间。b.（可选）设置过滤条件：班级或姓名。c.点击“查询”按钮。d.若有需要，点击“导出为Excel”，可对当前查询结果在当前目录保存了Excel文件。4、读卡操作a.设置好串口号和连接模式，点击“连接”按钮。b.点击开始读卡按钮，即开始读卡，当有卡在读写器射频范围内时，则会在下方的列表中显示对应的学生的姓名。c.点击“停止读卡”，即可停止读卡。图2-1系统结构示意图4三系统设计原理该系统基于OURS—RFID—RP实验平台系统，主要目的是结合RFID技术和学生考勤管理理论，将RFID技术应用于考勤管理系统中。利用其中的HF高频读写器模块，OMAP3530嵌入式网关。实现嵌入式网关对RFID模块的控制。并在MicrosoftOfficeAccess中记录学生的一些基本信息，利用MicrosoftVisualStudio2005创建MFC界面并与MicrosoftOfficeAccess2003连接记录学生的一些情况，通过13.56M的考勤卡来实现学生的考勤管理。3.1实验箱模块RFID系统由电子标签、读写器(阅读器)、天线三部分组成。读写器用于读取或写入非接触Ic卡信息；天线则起至d在非接触IC卡和读写器间传递射频信号作用。RFID系统还可通过读写器的RS232或RS485接口与外部计算机(上位机系统)连接，进行数据交换。其系统组成图如下：图3-1RFID系统基本模型5、电子标签电子标签是指由IC芯片和无线通信天线组成的超微型的小标签，其内置的射频天线用于和读写器进行通信。系统工作时，读写器发出查询(能量)信号，电在标签(无源)收到查询(能量)信号后将其一部分整流为直流电源供电子标签内的电路工作，另一部分能量信号被电子标签内保存的数据信息调制后反射回读写器嘲．电子标签是射频识别系统真正的数据载体。6、读写器5读写器在RFID系统中扮演着重要的角色，读写器主要负责的是与电子标签的双向通信，同时它接受来自于主机系统的控制指令。读写器的频率决定了RFID系统工作的频段，其功率决定了射频识别的有效距离。读写器根据其使用的结构和技术不同可以是读或者是读／写装置，是RFID系统信息控制和处理中心。读写器通常由射频接口、逻辑控制单元和天线三部分组成。3、RFID系统的基本工作原理由读写器通过发射天线发送特定频率的射频信号，当电子标签进入发射天线有效工作区域时产生感应电流，从而获得能量被激活，使电子标签将自身编码信息通过内置射频天线发送出去；读写器的接收天线接收到从标签(射频卡)发送来的调制信号，经天线调节器传送到读写器信号处理模块，经解调和解码后将有效信息送至后台主机系统进行相关处理：主机系统根据逻辑运算判断该卡的合法性，识别该标签的身份，针对不同的设定做出相应的处理和控制，最终发出指令信号控制读写器完成不同的读写操作。高频RFID系统主要采用的是电磁反向散射耦合即雷达原理模型，发射出去的电磁波，碰到目标后反射，同时携带回目标信息，依据的是电磁波的空间传播规律。其原理图如下:图3-2电磁反向散射耦合原理63.2HF高频读写器原理图3-3HF高频读写器模块上电后，430先通过并口访问7970芯片，在没有读到卡时，程序运行在串口读写模式，并每隔0.5s向串口发送一个“D”，直到有写操作为止。当有卡读写时，针对相应的卡，程序进入不同的协议中，并且点亮相应的LED灯。并且上电后，配置完内部寄存器，程序进入串口读写程序，可以进行人机交互。当读到不同协议的卡时，程序退出串口读写程序，进入相应的协议子程序中（目前支持14443A协议和15693协议）。读完卡后，退出相应的协议子程序，进入串口读写程序。3.3射频通信原理非接触式射频卡系统是一个典型的射频识别系统，它采用的是射频通信技术，射频通信细节有：数据的调制和解调、能量的传输和通信协议。3.3.1数据的调制和解调读写器和射频卡之间采用半双工通信方式，以一定频率的电磁波为媒介进行通信。由于基带数字信号不可以直接进行传输，那么在读写器和射频卡之间进行通信时，必须对该基带信号进行调制和解调处理。由于射频卡系统是一个数字通信系统，因此一般采用数字调制的方法进行调制。数字调制是用载波信号参量的离散状态来表征所传输的数字信息，在解调时只需对载波信号的受调参量进行检测和判决．数字调制信号因此称为键控信号．由于载波信号是正弦波信号，其三个参量幅度、频率和相位都能携带信息，相应有调幅、调频和调相三种基本形式。在射频卡中常采用调幅形式。73.3.2能量的传输射频卡在工作时，本身没有电源，因此需要从读写器发送的电磁波中提取能量，在射频卡接受数据期间，它一方面从接受到的信号中解调出数据信息，另一方面从接受到的信号中提取能量。当射频卡返回数据时，射频卡的数据是通过负载调制的方式，使射频卡的天