《RFID原理及技术》 课程设计指导书

黄河交通学院

课程设计指导书

课程编号： 13373071

课程设计名称： RFID原理及技术

课程设计总周数/学分： 2/3

适用专业： 物联网工程

制 定 人： 邵彩玲

制（修）订时间： 2021年5月

专业负责人审核：

专业建设工作组审核：

2021年 5 月

实训安全纪律

学生应按照课程教学安排，准时上实训课，不得迟到早退。

实训前应认真阅读实训指导书，明确实训目的、步骤、原理，预习有关理论知识，并接受实训教师的提问和检查。

不得高声喧哗和打闹，不准抽烟、随地吐痰和乱丢纸屑杂物。

实训时必须严格遵守仪器设备的操作规程，爱护仪器设备，节约使用材料，服从实训教师和技术人员的指导。未经许可不得动用与本实训无关的仪器设备及其物品。

实训中要细心观察，认真记录各种实验数据。不准敷衍，不准抄袭别组数据，不得擅自离开操作岗位。

实训时必须注意安全，防止人身和设备事故的发生。若出现事故，应立即切断电源，及时向指导教师报告，并保护现场，不得擅自处理。

实训完毕，应清理实训现场。经指导教师检查仪器设备、工具、材料和实训记录后方离开。

实训后要认真完成实训报告，包括分析结果、处理数据、绘制曲线及图表。在规定的时间内教指导教师批改。

在实训过程中，由于不慎造成仪器设备、工具损坏者，应写出损坏情况报告，并接受检查，有上级部门根据情况进行处理。

凡违反操作规程、擅自动用与本实验无关的仪器设备、私自拆卸仪器而造成事故和损失的，肇事者必须写出书面检查，视情节轻重和认识程度，按章予以赔偿。

目 录

第一部分 实训大纲 1

一、实训目的和基本要求 1

二、实训内容 1

三、时间分配 2

四、实训任务要求及考核指标 2

任务一 分组题目—任务书 4

任务书一 RFID汽车防盗安全系统 4

任务书二 基于RFID的模拟停车场管理系统 4

任务书三 校园射频识别门禁解锁设计 5

任务书四 基于RFID的非接触式垃圾桶设计 5

任务书五 基于RFID的食堂刷卡系统设计 6

任务书六 基于 RFID 技术的考勤系统设计 6

任务书七 基于射频识别卡的智能饮水机控制系统设计 7

任务书八 基于RFID的图书馆管理系统 7

任务书九 基于RFID的智能仓储系统 8

任务书十 基于RFID简易公交卡刷卡机 8

任务二 公共题目—任务书 9

任务书一 设计符合ISO14443A协议的读写器及实物制作 9

（一）设计目的及要求 9

（二）实物制作参考图 9

任务书二 设计三表（水、电、气）读写器及实物制作 10

（一）设计目的及要求 10

（二）实物制作参考图 10

任务书三 基于MF CR530射频模块读写器及实物制作 11

（一）设计目的及要求 11

（二）实物制作参考图 11

任务书四 制作125kHZ 频段RFID收发装置 12

（一）设计目的及要求 12

（一）实物制作参考图 12

第一部分 实训大纲

一、实训目的和基本要求

1、设计目的RFID原理及技术课程设计是将知识转化为能力的桥梁，其主要目的是进一步巩固和加深学生所学的理论知识，并将其系统化；培养学生综合运用所学知识独立解决实际问题的能力和初步培养学生进行创新设计的能力；使学生初步掌握嵌入式软硬件系统分析设计，并在机构分析与综合方面受到一次比较全面的训练。

2、设计要求

（1）通过阅读任务书中的要求，形成对产品硬件和软件总体设计方案。

（2）按照任务书给定的参数设计读写器或电子标签相应的硬件电路，并形成相应的功能模块。

（3）以任务书中产品的描述为目标对涉及的参数指标进行设计，满足设计需求。

（4）对设计产品进行仿真或实际调试，从仿真或测试中找出相应的问题。

（5）编写产品设计书及制作PPT，培养学生归纳、总结的表达能力。

二、实训内容

本次课程设计主要是将学生所学电磁场理论、电路与模拟电子技术、数字电子技术、单片机原理与应用等课程知识进行综合性的运用。首先从任务书中的产品设计需求出发，对产品的功能实现进行分析并对其进行有机分解；其次采有模块化设计理念，对该功能所需硬件电路图进行设计并测试，进而得到系统的整体电路图；然后根据任务书中设计需求进行仿真分析、评估。最后结合设计和仿真总结设计成果。

下面简述主要步骤的大致内容:

（1）阅读任务书，明确功能要求及技术指标

（2）总体方案设计与论证

（3）硬件模块化设计

（4）器件选型与参数计算

（5）原理电路仿真、分析

（6）具体实物焊接、测试

三、时间分配

实训任务要求及考核指标

（一）任务布置：

分组题目：参照任务书中要求，四人一组，每组1题，独立进行设计。

公共题目：可调电子时钟设计及制作。

课程设计上交内容：

1、分组题目的硬件电路图 2、分组题目的设计流程图 3、分组题目的仿真结果截图及其说明文档 4、课程报告电子版及纸质版 5、公共题目电子制作实物

（三）评分细则：

以硬件设计图和仿真运行结果为指标，参考平时纪律表现为依据，由指导教师按五级计分制（优、良、中、及格、不及格）进行评定。其中：

优秀（90~100）：设计方案新颖，创新点突出，满足设计需求，内容丰富，在设计过程中勤奋好学，有创新思想。

良好（80~90）：设计方案比较新颖，创新点比较突出，基本满足任务书的需求，内容比较丰富，在设计过程中勤奋好学，有创新思想。

中等（70~80）：设计方案一般，创新点一般，功能上满足设计需求但实现方法上有所出入，内容不够丰富，在设计过程中比较勤奋，创新思想不明显。

及格（60~70）：设计方案不完善，存在一些小错误，设计功能接近任务书要求，内容一般，在设计过程中不够勤奋。

不及格（60分以下）：设计方案有严重错误且设计内容与任务书严重不符合，设计说明书内容不足，在设计过程中不够认真。

五、参考资料（参考书、网络资源等）

教材

《物联网射频识别（RFID）核心技术教程》 黄玉兰主编 人民邮电出版社，2019.7

参考书

（1）射频识别技术与应用 赵军辉主编 北京：机械工业出版社，2008.7

（2）射频识别技术——原理、协议及系统设计（第2版）谢磊 陆桑璐主编 北京：科学出版社，2016.6

任务一 分组题目—任务书

任务书一 RFID汽车防盗安全系统

设计目的：训练学生综合运用已学课程的基本知识，独立进行RFID应用技术和开发工作，掌握RFID系统结构设计、功能环节设计、电路设计、调试与测试（仿真）等过程的步骤与方法，学习对所设计环节的技术参数指标进行分析与平均的方法。

功能需求：RFID汽车防盗安全系统

设计要求：

以RFID系统为核心组成，射频识别系统由阅读器、应答器和射频天线组成。

用户可以通过钥匙模块的开关发送射频数据来打开和关闭车门。

为了系统的安全性，对发送数据进行滚动码加密，发送完毕进入到停止模式。

加分项：选择适当的电路仿真软件，仿真、验证所设计的RFID电路，并截屏仿真结果。

设计报告及PPT制作：

按要求完成项目设计报告及制作相应PPT

任务书二 基于RFID的模拟停车场管理系统

设计目的：训练学生综合运用已学课程的基本知识，独立进行RFID应用技术和开发工作，掌握RFID系统结构设计、功能环节设计、电路设计、调试与测试（仿真）等过程的步骤与方法，学习对所设计环节的技术参数指标进行分析与平均的方法。

功能需求：开发一个基于RFID的模拟停车场管理系统，实现刷卡进入/离开停车场并根据停车时长收费。

设计要求：

使用RFID设备，包括读卡器以及电子标签；

车辆进入停车场提示：当车辆刷卡进入停车场时，会在屏幕上显示“欢迎“所的提示信息，提示消息会在几秒之后消失；

车辆离开停车场提示：当车辆离开停车场时会弹出祝你一路顺风的提示信息；

加分项：管理员可以对数据库任何数据进行插入、修改、查询和删除的功能。

设计报告及PPT制作：

按要求完成项目设计报告及制作相应PPT

任务书三 校园射频识别门禁解锁设计

设计目的：训练学生综合运用已学课程的基本知识，独立进行RFID应用技术和开发工作，掌握RFID系统结构设计、功能环节设计、电路设计、调试与测试（仿真）等过程的步骤与方法，学习对所设计环节的技术参数指标进行分析与平均的方法。

功能需求：改变传统的钥匙开锁的现状，运用射频识别技术，将指定的ID卡解锁对应的门。

设计要求：

给出RFID系统的组成、结构框图设计，突出电感耦合式的射频前端的特点；

基于RFID技术，对硬件进行开发，使ID卡能够被识别；

在多个ID卡的情况下，只有一个对此门有权限的ID卡才能开启门。

加分项：选择适当的电路仿真软件，仿真、验证所设计的RFID电路，并截屏仿真结果。

设计报告及PPT制作：

按要求完成项目设计报告及制作相应PPT

任务书四 基于RFID的非接触式垃圾桶设计

设计目的：训练学生综合运用已学课程的基本知识，独立进行RFID应用技术和开发工作，掌握RFID系统结构设计、功能环节设计、电路设计、调试与测试（仿真）等过程的步骤与方法，学习对所设计环节的技术参数指标进行分析与平均的方法。

功能需求：在目前疫情防控的大环境下，为了避免人们交叉接触，设计了无接触式垃圾桶。

设计要求：

设计相应的RFID硬件及软件模块，包括主控系统、读写器和电子标签；

将每一种不同类型的垃圾袋附着不同的电子标签；

当读写器识别到垃圾袋对应的标签时，就会打开对应回收类型的垃圾桶。

加分项：选择适当的电路仿真软件，仿真、验证所设计的硬件电路，并截屏仿真结果。

设计报告及PPT制作：

按要求完成项目设计报告及制作相应PPT

任务书五 基于RFID技术的食堂刷卡系统设计

设计目的：训练学生综合运用已学课程的基本知识，独立进行RFID应用技术和开发工作，掌握RFID系统结构设计、功能环节设计、电路设计、调试与测试（仿真）等过程的步骤与方法，学习对所设计环节的技术参数指标进行分析与平均的方法。

功能需求：通过IC卡读卡器读入信号给主芯片完成数据的读取、删除、储存、注册、扣钱、充钱等；

设计要求：

系统包含：RFID射频模块、控制模块、液晶显示模块、上位机模块、串口模块等五个模块；

管理员可以进行用户信息注册、查询信息、修改信息、删除信息，金额设置；

在设计的基础上可以选择所学模块（AT89C51/52,STM32,RFID IC/ID卡的读写）；

加分项：可以增加适当的硬件，软件仿真，验证刷卡系统并将其截图保留。

设计报告及PPT制作：

按要求完成项目设计报告及制作相应PPT

任务书六 基于RFID的考勤系统设计

设计目的：训练学生综合运用已学课程的基本知识，独立进行RFID应用技术和开发工作，掌握RFID系统结构设计、功能环节设计、电路设计、调试与测试（仿真）等过程的步骤与方法，学习对所设计环节的技术参数指标进行分析与平均的方法。

功能需求：基于RFID的考勤系统设计

设计要求：

本设计由STC89C52单片机电路、RFID模块电路、液晶显示电路和电源电路组成；

系统具有刷卡功能，显示考勤状态“上班”和“下班”。

系统可以更改显示时间和特殊信息，例如请假、迟到等。

系统具备统计功能，可以统计本日出勤总人数。

加分项：可以增加适当的硬件，软件仿真，验证刷卡系统并将其截图保留。

设计报告及PPT制作：

按要求完成项目设计报告及制作相应PPT

任务书七 基于射频识别的智能饮水机

设计目的：训练学生综合运用已学课程的基本知识，独立进行RFID应用技术和开发工作，掌握RFID系统结构设计、功能环节设计、电路设计、调试与测试（仿真）等过程的步骤与方法，学习对所设计环节的技术参数指标进行分析与平均的方法。

功能需求：利用无线射频技术RFID,实现一个智能化的水卡计费系统。

设计要求：

基于射频识别技术，在系统处于工作状态时，阅读器一直处于读卡状态，寻找合适的电子标签；

当有合适的电子标签，靠近读写器时，读写器识别电子标签；

读出电子标签信息，显示金额，时间等信息，开始计费。

加分项：能够实现循环累计扣费和充值。

设计报告及PPT制作：

按要求完成项目设计报告及制作相应PPT

任务书八 基于RFID的图书馆管理系统

设计目的：训练学生综合运用已学课程的基本知识，独立进行RFID应用技术和开发工作，掌握RFID系统结构设计、功能环节设计、电路设计、调试与测试（仿真）等过程的步骤与方法，学习对所设计环节的技术参数指标进行分析与平均的方法。

功能需求：基于RFID的图书管理系统

设计要求：

利用RFID实现对图书的自助借阅管理；

实现图书归还功能；

根据射频识别技术和条形码读取信息实现书架系统管理。

加分项：增加防盗报警功能

设计报告及PPT制作：

按要求完成项目设计报告及制作相应PPT

任务书九 基于RFID的智能存储系统

设计目的：训练学生综合运用已学课程的基本知识，独立进行RFID应用技术和开发工作，掌握RFID系统结构设计、功能环节设计、电路设计、调试与测试（仿真）等过程的步骤与方法，学习对所设计环节的技术参数指标进行分析与平均的方法。

功能需求：智能存储系统

设计要求：

入库管理：商品入库，经过读卡器读取商品的信息，生产日期，商品产地，保质期，商品类别，根据包含的信息给出适合保存的仓库，并将商品信息记录到上位机数据库；

出库管理：商品出库，读卡器读取信息。根据盘点信息或入库信息给出保存时间，是否过期等，并在上位机数据库标注出库；

盘点管理：由工作人员扫描商品，读取信息，并计算出保存时间，以及计算出商品是否过期等。同时更新数据库中的信息；

加分项：选择适当的电路仿真软件，仿真、验证所设计的硬件电路，并截屏仿真结果。

设计报告及PPT制作：

按要求完成项目设计报告及制作相应PPT

任务书十 基于RFID的简易公交车刷卡机

设计目的：训练学生综合运用已学课程的基本知识，独立进行RFID应用技术和开发工作，掌握RFID系统结构设计、功能环节设计、电路设计、调试与测试（仿真）等过程的步骤与方法，学习对所设计环节的技术参数指标进行分析与平均的方法。

功能需求：基于RFID的简易公交车刷卡机

设计要求：

给出RFID系统的组成、结构框图设计，设计具备要求的设计电路；

能够读取公交卡信息，显示刷卡成功并显示卡型“学生卡”“老年卡”等；

实现公交卡信息的录入，修改，删除数据。

加分项：选择适当的仿真软件或实物，截屏仿真结果或实物照片、视频。

设计报告及PPT制作：

按要求完成项目设计报告及制作相应PPT

任务二 公共题目—任务书

任务书一 设计符合ISO14443A协议的读写器及实物制作

（一）设计目的及要求

设计目的：训练学生综合运用已学课程的基本知识，独立进行RFID应用技术和开发工作，掌握RFID系统结构设计、功能环节设计、电路设计、调试与测试（仿真）等过程的步骤与方法，学习对所设计环节的技术参数指标进行分析与平均的方法。

功能需求：基于ISO14443 A标准的读写器设计

设计要求：

采用51系列单片机，结合射频模块（如RC500）芯片，设计符合ISO14443A协议的读写器；

硬件设计：单片机最小系统、通信接口、显示屏驱动、RC500时钟电路和匹配网络、天线、电源等；

功能设计：建立二进制文件、建立外部密钥文件、卡定额充值、卡定额消费、修复卡片错误、取随机数、删除MF文件下所有目录、写名字到CPU卡中、显示序列号等（可选择实现其1、2功能）。

加分项：编写上位机程序，建立上位机与读写器的通信链接，实现对IC卡的读、写操作。

设计报告及PPT制作：

按要求完成项目设计报告及制作相应PPT

（二）实物制作参考图

任务书二 设计三表（水、电、气）读写器及实物制作

（一）设计目的及要求

设计目的：训练学生综合运用已学课程的基本知识，独立进行RFID应用技术和开发工作，掌握RFID系统结构设计、功能环节设计、电路设计、调试与测试（仿真）等过程的步骤与方法，学习对所设计环节的技术参数指标进行分析与平均的方法。

功能需求：基于ISO14443 A标准的读写器设计

设计要求：

采用51系列单片机，结合射频模块（如RC522）芯片，设计符合ISO14443A协议的读写器；

硬件设计：单片机最小系统、SPI接口、RC522时钟电路和匹配网络、天线、电源等；

功能设计：利用上位机实现三表合一卡充值、读取充值金额、输出余额（水：吨，电：度，气：方）。

加分项：选型或设计与上述读写器匹配的IC卡，实现信息数据的写入和读出操作，测试有效工作距离。

设计报告及PPT制作：

按要求完成项目设计报告及制作相应PPT

（二）实物制作参考图

任务书三 基于MF CR530射频模块读写器及实物制作

（一）设计目的及要求

设计目的：训练学生综合运用已学课程的基本知识，独立进行RFID应用技术和开发工作，掌握RFID系统结构设计、功能环节设计、电路设计、调试与测试（仿真）等过程的步骤与方法，学习对所设计环节的技术参数指标进行分析与平均的方法。

功能需求：基于MF CR530射频模块的读写器设计

设计要求：

采用51系列单片机，结合MF CR530射频模块芯片，设计支持Mifare1（M1）卡的读写器；

硬件设计：单片机最小系统、SPI接口、RC530时钟电路和匹配网络、滤波、天线、电源等；

功能设计：选卡、认证、加值、减值、读卡、写卡、终止等，给出程序设计流程图。

加分项：选型或设计与上述读写器匹配的IC卡，实现信息数据的写入和读出操作，测试有效工作距离。

设计报告及PPT制作：

按要求完成项目设计报告及制作相应PPT

（二）实物制作参考图

任务书四 制作125kHZ 频段RFID收发装置

（一）设计目的及要求

设计目的：训练学生综合运用已学课程的基本知识，独立进行RFID应用技术和开发工作，掌握RFID系统结构设计、功能环节设计、电路设计、调试与测试（仿真）等过程的步骤与方法，学习对所设计环节的技术参数指标进行分析与平均的方法。

功能需求：制作125kHZ 频段的读写器和电子标签

设计要求：

根据125kHZ 频段RFID系统工作的特点，自主选择技术方案和电路，设计并制作出符合相应ISO标准的读写器和电子标签，并实现其基本功能。

说明所遵循的标准，设计读写器（感应模块，支持TK4100芯片卡）和对应的电子标签（可选购），给出电路原理图、PCB设计图，并委托加工PCB板；

选购器件、焊接、调试电路，编制上位机监控软件，测试读写功能、作用距离、误码率等指标，；

加分项：通过电子标签的识别，控制门禁的开启与报警。

设计报告及PPT制作：

按要求完成项目设计报告及制作相应PPT

（二）实物制作参考图