基于RFID的学生考勤系统设计

随着电子信息技术的发展，智能卡(IC卡)在生活中随处可见。而射频识别卡(简称射频卡、RFID卡)正逐渐取代传统的接触式IC卡，成为智能卡领域的新潮流。RFID卡由于成功结合了射频识别技术和IC卡技术，解决了无源(卡内无电池)和免接触的难题，因此，具有磁卡和接触式IC卡不可比拟的优点。 RFID卡由IC芯片、感应天线组成，完全密封在一个标准PVC卡片中，无外露部分。学生考勤系统设计利用无线射频识别(RFID)技术，实现对学生进行考勤、记录等功能。

　　通过点名、磁卡和接触式IC卡等方式对学生的到课情况进行考勤、记录管理，既耗时又容易相互干扰；而非接触式RFID学生考勤系统实现了利用无线射频识别技术对学生考勤管理，既方便快捷，又省时。学生考勤系统由应答器和阅读器组成，其中应答器由标签(即卡片)构成，阅读器(读卡器)由射频卡基站器件 U2270B及其支撑电路、主控器件MCU及其支撑电路和外围接口电路(键盘、液晶、时钟和串口模块)构成，如图1所示。

 

图1  学生考勤系统框图

　　学生考勤系统的工作原理为：MCU工作于低功耗状态，标签因为没有能量而处于休眠状态。当按下键盘上的IRQ按钮时，MCU被换醒，同时激活U2270B 开始工作，U2270B的两个天线端子通过线圈将能量传输给外界。当有标签靠近线圈时，标签获得能量开始工作，并将其内部存储的信息发送到U2270B的输入端，U2270B经过转换后再将信息送至输出端口发送给MCU，MCU接收到信息后将其转换成可识别的数据，再将其送至液晶显示。本文着重介绍考勤系统中的射频卡基站器件U2270B及其支撑电路设计。

1 射频卡基站器件U2270B及其电路设计

　　U2270B是ATMEL公司生产的基站器件，是一个对IC卡进行读写操作的非接触式工作基站，内部由振荡器、天线驱动器、电源供给电路、频率调节电路、低通滤波电路、高通滤波电路、输出控制电路等部分组成。

1．1 频卡基站器件U2270B的射频频率

　　U2270B基站的射频频率要求在100～150 kHz范围内，在频率为125 kHz情况下标准的数据传输速率可以达到5000波特率，它可以采用曼彻斯特和双相调制两种方式。基站的工作电源可以是汽车电瓶或其他的5 V标准电源。U2270B具有可微调功能，与其他微控制器有很好的兼容接口，在低功耗模式下低能量消耗，并可以为IC卡提供电源输出。U2270B器件内部结构如图2所示。

 

图2  U2270B内部结构

　　U2270B的射频频率是通过调整U2270B内部结构中的RF引引脚所接电阻的大小，可以将内部振荡频率固定在特定的频率上(典型为125 kHz)，然后通过天线驱动器的放大作用，在天线附近形成特定频率的射频场，当应答器进入该射频场内时，由于电磁感应的作用，在标签内的天线端会产生感应电势，该感应电势也是标签的能量来源。将数据写入应答器是采用场间隙方式，即由数据的“0”和“l”控制振荡器的肩振和停振，并由天线产生带有窄间歇的射频场，不同的场宽度分别代表数据“0”和“l”，这样完成将基站发射的数据写入标签的过程。

　　对场的控制通过控制器件的引脚6(CFE端)实现。应答器的负载调制会在基站天线上产生微弱的调幅，这样，通过二极管对基站天线电压的解调即可回收标签调制的数据流。U2270B的外围电路如图3所示。

 

图3  U2270B外围结构