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1、(FRID)射频识别技术设计的智能信箱系统原理及特点信箱是一种人际的沟通工具之一。信件送来，收件者因为外出或者忙碌，无 闲亲身接收，只有由信箱代劳，待收件人有空才开信箱，一次拆阅、处理来信。 普通锁是信箱的常用安防工具，但随着人们对生活质量的要求越来越高，这种传 统工具越来越不能满足人们的生活需求，给生活带来诸多不便。如果能安装一套不仅适合于单个家庭，而且也适合于多个家庭或社会团体的 简易智能信箱，将会给人们的生活带来极多方便。智能信箱是一种新型现代化的 电子系统，集射频识别技术和机电控制技术为一体，涉及电子技术、传感器技术、 微计算机控制技术、通信技术等诸多新技术。智能信箱按其组合结构形式通
2、常分 为独立信箱和组合智能信箱两种，独立智能信箱可应用于单个家庭，组合智能信 箱一般应用于小区、学校、医院、大厦等社会团体区。1系统结构与原理智能信箱系统的主要功能是实现信箱的智能化，它主要由卡片、读卡器、电 子锁、控制器、电源、键盘、液晶显示器、蜂鸣器、指示灯、接近开关及数据存 储器等几部分组成。根据结构图可简述系统的工作原理：电源模块为整个系统提 供工作电压，当信箱内有信件时，控制器接收接近开关信号，并控制信件指示灯 变亮。用户除使用密码开锁外，还可用卡片靠近在读写器的感应区，控制器对从 读写器处接收到的信息进行判别。若卡片是用户卡，则进行开锁处理，并控制开 锁指示灯变亮，当用户关上箱门时
3、，关门接近开关输送感应信号至控制器，控制 器控制电子锁模块进行上锁处理。若为管理卡，则可使用键盘进行添加用户、删 除用户、修改密码等动作。2. 射频识别技术原理及特点2.1工作原理射频识别(RFID)技术是一种自动识别技术。一般情况下，射频识别系统主要 由控制器、读卡器、非接触式IC卡三部分构成。IC卡：又称电子标签，主要由IC芯片及感应天线组成，并完全封装在一个 标准的PVC卡片中，无外露部分。IC卡通常通过无线电波来实现与读写器之间 的读写操作。非接触式IC卡本身是无源的，它能保存事物的属性、状态及编号等信息。 当读写器发出信号对卡进行读写操作时，其信号有两部分：(1) 电源信号。IC卡接
4、收此信号后，该信号会与卡中的LC电路产生谐振，从 而产生一个供芯片进行相关工作的能量。(2) 数据信号。该信号能指挥芯片进行数据的存储、修改、更新等操作，并 在操作完成后回发给读写器。此外，IC卡具有加密通信功能。读写器：又称通信器或扫描器，主要由天线、发射器、接收器、调制器、 解调器、编码器及解码器组成，其作用是实现控制器与IC卡之间的信息传输。控制器：控制器的功能是实现数据的处理与存储、以及通过读写器对IC卡 进行读写操作等。射频识别工作原理：控制器对读写器发送读写命令，读写器接收命令、并将信息进行编码和调制处理送给发射器，发射器将调制后的信息加载到13.56 MHz的载波信号中，经天线以
5、无线电波的形式发送出去。进入读写器感应区的IC卡接收后获得一种叠加信号，其中一部分信号与自 身内部LC电路谐振而产生的工作电压、复位信号、时钟信号，另一部分信号IC 卡芯片内部电路会对其进行解调和解码，然后对命令请求或密码权限进行判断。 若为读命令，则会读取芯片E2PROM内的信息，并对信息进行编码和调制，而后 通过卡内集成天线发送给读写器，读写器经天线接收信息后对信息进行解调和解 码操作，最后送给控制器处理。若为写命令，则将控制芯片内有关电路提升电压， 直提升至E2PROM能工作为止，然后对E2PROM进行改写操作。若密码权限与 芯片内信息不一致，则通过读写器给控制器发送错误信息。这就是IC
6、卡、读写 器、控制器三者之间的通信过程。2.2主要特点RFID系统通过射频信号能自动识别目标对象并获得相关数据，可工作于各 种恶劣环境。其主要特点有：(1) 体积小、识别准确性强、能适应于各种不同环境、具有强抗干扰的能力、 使用寿命长且操作简单方便；(2) 具有强穿透性及无屏障识别功能，所以可进行长距离识别，并可同时识 别多IC卡；(3) 读写器与IC卡之间的安全通信使其具有比较高安全性；(4) IC卡除可存储事物的属性、特征、信息外，还可用算法来实现对所存数 据的管理；(5)RFID系统识别速度快，能在10 ms之内完成读写操作，并可在100 ms之 内完成数据的认证和交换。3. 系统硬件设
7、计本文采用单片机C8051F020作为系统控制器，它具有功耗低、端口多、 速度快、中断源多等特点，还拥有全速、非侵入式的在系统调试接口、模数转换 和数字交叉开关等功能。下面分别介绍各模块电路的设计。3.1读写器电路读写器作为控制器与IC卡通信的中介，以MF-RC500为核心而设计的读写器 完全具备系统所需的编码、调制、发射、接收、解调、解码等功能。读写器与C 卡之间通过无线电波来完成信息交换，IC卡接收的是米勒编码，而读写器接收的 是曼切斯特编码。MF-RC500的引脚D0D7接单片机引脚P7.0P7.7,而引脚IRQ、ALE、NCS、 NWR、NRD分别接C8051F020的外部中断引脚IN
8、T0、使能信号引脚ALE、I/O 口 P2.7、写信号引脚WR、读信号引脚RD，而引脚VMID、TX1、TX2、RX与天线的 匹配电路相连接。天线安装在读写器中，用于发射和接收信号，并须与读写电路 相匹配，L1、L2、C11和C13构成了一个低通滤波器，R9和R10对VMID进行分 压，为了防止高次谐波干扰VMID和RX分别增设了 C9与C10。3.2开锁电路开锁电路是整个系统的重要组成部分，如果单纯地利用C8051F020输出一个 高电平来控制继电器的断开与闭合，就会产生开锁不牢靠的结果。因此，本文采 用达林顿管放大单片机I/O 口的输出信号控制继电器的断开与闭合，从而达到开 关箱锁的目的。
9、3.3显示电路液晶显示器是一种常用的显示装置。当有人刷卡时，系统需要显示一些信息 提供给刷卡者参考，如信箱编号、输入密码提示、错误密码提示、修改密码提示、 锁已开提示等信息。本文采用OCMJ4X8C系列液晶显示器，此显示器具有自带字 库的功能。因单片机只有64 KB的闪存，若每个汉字都用点阵显示，根据液晶显 示原理，则每个字要占32 B，而64 KB的闪存能放2 000个字，所以使用OCMJ4x8C 能解决C8051F020闪存不足的问题。3.4其他电路智能信箱多用于人群比较密集的场所，用户较多，所需存储的数据量较大， 而且必须保证在突然断电的情况下系统仍保存数据不至于丢失。FM20L08型存
10、储 器具有128 Kx8 bit位的容量，且掉电后保存数据的时间可达10年，所以使用 FM20L08型存储器完全能解决存储容量不足和掉电后丢失数据的问题。键盘是提 供给用户进行手动操作的装置，在电路中可把它设计成4x4型，共16个按键， 其中数字09占10个，其余按键分别设置为“输入箱号、“输入密码、“增加 用户、“删除用户、“确定、“取消。系统直接采用12 V的开关电源，12 V直流电压经两级稳压电路后分别输出 5 V和3.3 V电压。蜂鸣器是用来提示用户每次按下按键的响应，其电路形式可 直接在单片机的I/O 口加一个4.7 kQ电阻，并在电阻后接一个PNP型三极管9012 驱动蜂鸣器。本文
11、采用欧姆龙公司生产的接近开关E2E-X4MD1作为传感器， E2E-X4MD1具有体积小、价格低、易安装等特点，检测距离为325 mm，工作 直流电压为10%max(1040 V)，输出信号可直接送往单片机I/O 口。其中一个安 装在信箱底部正中位置，作为探物器；另一个安装在箱门侧，用于感应箱门关闭。 设计指示灯的目的有两个：一是用来提示用户箱锁是否打开;二是用来提示用户 信箱内是否有信。4. 系统软件设计系统软件功能如下:与读写器之间的通信及数据接收与发送;用户卡与管理卡数据信息的存储；液晶显示与键盘操作;接近开关信号的接收；蜂鸣器、指示灯及电子锁的控制；在系统软件进入有卡程序时，液晶显示器同时显示相应的信息，如：此卡 无效!”、“锁已开!”、“已上锁”、“请输入箱号”、“请输入密码”等。充分运用射频 识别技术设计智能信箱系统，不仅使信箱具有自动识别功能，而且与传统信箱相 比，智能信箱具有无与伦比的便捷性和安全性，极大地满足了人们的生活需求。
