黃河交通學院

課程設計指導書

課程編號： 13373071

課程設計名稱： RFID原理及技術

課程設計總周數/學分： 2/3

適用專業： 物聯網工程

制 定 人： 邵彩玲

制（修）訂時間： 2021年5月

專業負責人審核：

專業建設工作組審核：

2021年 5 月

實訓安全紀律

學生應按照課程教學安排，準時上實訓課，不得遲到早退。

實訓前應認真閱讀實訓指導書，明確實訓目的、步驟、原理，預習有關理論知識，并接受實訓教師的提問和檢查。

不得高聲喧嘩和打鬧，不準抽煙、隨地吐痰和亂丟紙屑雜物。

實訓時必須嚴格遵守儀器設備的操作規程，愛護儀器設備，節約使用材料，服從實訓教師和技術人員的指導。未經許可不得動用與本實訓無關的儀器設備及其物品。

實訓中要細心觀察，認真記錄各種實驗數據。不準敷衍，不準抄襲別組數據，不得擅自離開操作崗位。

實訓時必須注意安全，防止人身和設備事故的發生。若出現事故，應立即切斷電源，及時向指導教師報告，并保護現場，不得擅自處理。

實訓完畢，應清理實訓現場。經指導教師檢查儀器設備、工具、材料和實訓記錄后方離開。

實訓后要認真完成實訓報告，包括分析結果、處理數據、繪制曲線及圖表。在規定的時間內教指導教師批改。

在實訓過程中，由于不慎造成儀器設備、工具損壞者，應寫出損壞情況報告，并接受檢查，有上級部門根據情況進行處理。

凡違反操作規程、擅自動用與本實驗無關的儀器設備、私自拆卸儀器而造成事故和損失的，肇事者必須寫出書面檢查，視情節輕重和認識程度，按章予以賠償。

目 錄

第一部分 實訓大綱 1

一、實訓目的和基本要求 1

二、實訓內容 1

三、時間分配 2

四、實訓任務要求及考核指標 2

任務一 分組題目—任務書 4

任務書一 RFID汽車防盜安全系統 4

任務書二 基于RFID的模擬停車場管理系統 4

任務書三 校園射頻識別門禁解鎖設計 5

任務書四 基于RFID的非接觸式垃圾桶設計 5

任務書五 基于RFID的食堂刷卡系統設計 6

任務書六 基于 RFID 技術的考勤系統設計 6

任務書七 基于射頻識別卡的智能飲水機控制系統設計 7

任務書八 基于RFID的圖書館管理系統 7

任務書九 基于RFID的智能倉儲系統 8

任務書十 基于RFID簡易公交卡刷卡機 8

任務二 公共題目—任務書 9

任務書一 設計符合ISO14443A協議的讀寫器及實物制作 9

（一）設計目的及要求 9

（二）實物制作參考圖 9

任務書二 設計三表（水、電、氣）讀寫器及實物制作 10

（一）設計目的及要求 10

（二）實物制作參考圖 10

任務書三 基于MF CR530射頻模塊讀寫器及實物制作 11

（一）設計目的及要求 11

（二）實物制作參考圖 11

任務書四 制作125kHZ 頻段RFID收發裝置 12

（一）設計目的及要求 12

（一）實物制作參考圖 12

第一部分 實訓大綱

一、實訓目的和基本要求

1、設計目的RFID原理及技術課程設計是將知識轉化為能力的橋梁，其主要目的是進一步鞏固和加深學生所學的理論知識，并將其系統化；培養學生綜合運用所學知識獨立解決實際問題的能力和初步培養學生進行創新設計的能力；使學生初步掌握嵌入式軟硬件系統分析設計，并在機構分析與綜合方面受到一次比較全面的訓練。

2、設計要求

（1）通過閱讀任務書中的要求，形成對產品硬件和軟件總體設計方案。

（2）按照任務書給定的參數設計讀寫器或電子標簽相應的硬件電路，并形成相應的功能模塊。

（3）以任務書中產品的描述為目標對涉及的參數指標進行設計，滿足設計需求。

（4）對設計產品進行仿真或實際調試，從仿真或測試中找出相應的問題。

（5）編寫產品設計書及制作PPT，培養學生歸納、總結的表達能力。

二、實訓內容

本次課程設計主要是將學生所學電磁場理論、電路與模擬電子技術、數字電子技術、單片機原理與應用等課程知識進行綜合性的運用。首先從任務書中的產品設計需求出發，對產品的功能實現進行分析并對其進行有機分解；其次采有模塊化設計理念，對該功能所需硬件電路圖進行設計并測試，進而得到系統的整體電路圖；然后根據任務書中設計需求進行仿真分析、評估。最后結合設計和仿真總結設計成果。

下面簡述主要步驟的大致內容:

（1）閱讀任務書，明確功能要求及技術指標

（2）總體方案設計與論證

（3）硬件模塊化設計

（4）器件選型與參數計算

（5）原理電路仿真、分析

（6）具體實物焊接、測試

三、時間分配

實訓任務要求及考核指標

（一）任務布置：

分組題目：參照任務書中要求，四人一組，每組1題，獨立進行設計。

公共題目：可調電子時鐘設計及制作。

課程設計上交內容：

1、分組題目的硬件電路圖 2、分組題目的設計流程圖 3、分組題目的仿真結果截圖及其說明文檔 4、課程報告電子版及紙質版 5、公共題目電子制作實物

（三）評分細則：

以硬件設計圖和仿真運行結果為指標，參考平時紀律表現為依據，由指導教師按五級計分制（優、良、中、及格、不及格）進行評定。其中：

優秀（90~100）：設計方案新穎，創新點突出，滿足設計需求，內容豐富，在設計過程中勤奮好學，有創新思想。

良好（80~90）：設計方案比較新穎，創新點比較突出，基本滿足任務書的需求，內容比較豐富，在設計過程中勤奮好學，有創新思想。

中等（70~80）：設計方案一般，創新點一般，功能上滿足設計需求但實現方法上有所出入，內容不夠豐富，在設計過程中比較勤奮，創新思想不明顯。

及格（60~70）：設計方案不完善，存在一些小錯誤，設計功能接近任務書要求，內容一般，在設計過程中不夠勤奮。

不及格（60分以下）：設計方案有嚴重錯誤且設計內容與任務書嚴重不符合，設計說明書內容不足，在設計過程中不夠認真。

五、參考資料（參考書、網絡資源等）

教材

《物聯網射頻識別（RFID）核心技術教程》 黃玉蘭主編 人民郵電出版社，2019.7

參考書

（1）射頻識別技術與應用 趙軍輝主編 北京：機械工業出版社，2008.7

（2）射頻識別技術——原理、協議及系統設計（第2版）謝磊 陸桑璐主編 北京：科學出版社，2016.6

任務一 分組題目—任務書

任務書一 RFID汽車防盜安全系統

設計目的：訓練學生綜合運用已學課程的基本知識，獨立進行RFID應用技術和開發工作，掌握RFID系統結構設計、功能環節設計、電路設計、調試與測試（仿真）等過程的步驟與方法，學習對所設計環節的技術參數指標進行分析與平均的方法。

功能需求：RFID汽車防盜安全系統

設計要求：

以RFID系統為核心組成，射頻識別系統由閱讀器、應答器和射頻天線組成。

用戶可以通過鑰匙模塊的開關發送射頻數據來打開和關閉車門。

為了系統的安全性，對發送數據進行滾動碼加密，發送完畢進入到停止模式。

加分項：選擇適當的電路仿真軟件，仿真、驗證所設計的RFID電路，并截屏仿真結果。

設計報告及PPT制作：

按要求完成項目設計報告及制作相應PPT

任務書二 基于RFID的模擬停車場管理系統

設計目的：訓練學生綜合運用已學課程的基本知識，獨立進行RFID應用技術和開發工作，掌握RFID系統結構設計、功能環節設計、電路設計、調試與測試（仿真）等過程的步驟與方法，學習對所設計環節的技術參數指標進行分析與平均的方法。

功能需求：開發一個基于RFID的模擬停車場管理系統，實現刷卡進入/離開停車場并根據停車時長收費。

設計要求：

使用RFID設備，包括讀卡器以及電子標簽；

車輛進入停車場提示：當車輛刷卡進入停車場時，會在屏幕上顯示“歡迎“所的提示信息，提示消息會在幾秒之后消失；

車輛離開停車場提示：當車輛離開停車場時會彈出祝你一路順風的提示信息；

加分項：管理員可以對數據庫任何數據進行插入、修改、查詢和刪除的功能。

設計報告及PPT制作：

按要求完成項目設計報告及制作相應PPT

任務書三 校園射頻識別門禁解鎖設計

設計目的：訓練學生綜合運用已學課程的基本知識，獨立進行RFID應用技術和開發工作，掌握RFID系統結構設計、功能環節設計、電路設計、調試與測試（仿真）等過程的步驟與方法，學習對所設計環節的技術參數指標進行分析與平均的方法。

功能需求：改變傳統的鑰匙開鎖的現狀，運用射頻識別技術，將指定的ID卡解鎖對應的門。

設計要求：

給出RFID系統的組成、結構框圖設計，突出電感耦合式的射頻前端的特點；

基于RFID技術，對硬件進行開發，使ID卡能夠被識別；

在多個ID卡的情況下，只有一個對此門有權限的ID卡才能開啟門。

加分項：選擇適當的電路仿真軟件，仿真、驗證所設計的RFID電路，并截屏仿真結果。

設計報告及PPT制作：

按要求完成項目設計報告及制作相應PPT

任務書四 基于RFID的非接觸式垃圾桶設計

設計目的：訓練學生綜合運用已學課程的基本知識，獨立進行RFID應用技術和開發工作，掌握RFID系統結構設計、功能環節設計、電路設計、調試與測試（仿真）等過程的步驟與方法，學習對所設計環節的技術參數指標進行分析與平均的方法。

功能需求：在目前疫情防控的大環境下，為了避免人們交叉接觸，設計了無接觸式垃圾桶。

設計要求：

設計相應的RFID硬件及軟件模塊，包括主控系統、讀寫器和電子標簽；

將每一種不同類型的垃圾袋附著不同的電子標簽；

當讀寫器識別到垃圾袋對應的標簽時，就會打開對應回收類型的垃圾桶。

加分項：選擇適當的電路仿真軟件，仿真、驗證所設計的硬件電路，并截屏仿真結果。

設計報告及PPT制作：

按要求完成項目設計報告及制作相應PPT

任務書五 基于RFID技術的食堂刷卡系統設計

設計目的：訓練學生綜合運用已學課程的基本知識，獨立進行RFID應用技術和開發工作，掌握RFID系統結構設計、功能環節設計、電路設計、調試與測試（仿真）等過程的步驟與方法，學習對所設計環節的技術參數指標進行分析與平均的方法。

功能需求：通過IC卡讀卡器讀入信號給主芯片完成數據的讀取、刪除、儲存、注冊、扣錢、充錢等；

設計要求：

系統包含：RFID射頻模塊、控制模塊、液晶顯示模塊、上位機模塊、串口模塊等五個模塊；

管理員可以進行用戶信息注冊、查詢信息、修改信息、刪除信息，金額設置；

在設計的基礎上可以選擇所學模塊（AT89C51/52,STM32,RFID IC/ID卡的讀寫）；

加分項：可以增加適當的硬件，軟件仿真，驗證刷卡系統并將其截圖保留。

設計報告及PPT制作：

按要求完成項目設計報告及制作相應PPT

任務書六 基于RFID的考勤系統設計

設計目的：訓練學生綜合運用已學課程的基本知識，獨立進行RFID應用技術和開發工作，掌握RFID系統結構設計、功能環節設計、電路設計、調試與測試（仿真）等過程的步驟與方法，學習對所設計環節的技術參數指標進行分析與平均的方法。

功能需求：基于RFID的考勤系統設計

設計要求：

本設計由STC89C52單片機電路、RFID模塊電路、液晶顯示電路和電源電路組成；

系統具有刷卡功能，顯示考勤狀態“上班”和“下班”。

系統可以更改顯示時間和特殊信息，例如請假、遲到等。

系統具備統計功能，可以統計本日出勤總人數。

加分項：可以增加適當的硬件，軟件仿真，驗證刷卡系統并將其截圖保留。

設計報告及PPT制作：

按要求完成項目設計報告及制作相應PPT

任務書七 基于射頻識別的智能飲水機

設計目的：訓練學生綜合運用已學課程的基本知識，獨立進行RFID應用技術和開發工作，掌握RFID系統結構設計、功能環節設計、電路設計、調試與測試（仿真）等過程的步驟與方法，學習對所設計環節的技術參數指標進行分析與平均的方法。

功能需求：利用無線射頻技術RFID,實現一個智能化的水卡計費系統。

設計要求：

基于射頻識別技術，在系統處于工作狀態時，閱讀器一直處于讀卡狀態，尋找合適的電子標簽；

當有合適的電子標簽，靠近讀寫器時，讀寫器識別電子標簽；

讀出電子標簽信息，顯示金額，時間等信息，開始計費。

加分項：能夠實現循環累計扣費和充值。

設計報告及PPT制作：

按要求完成項目設計報告及制作相應PPT

任務書八 基于RFID的圖書館管理系統

設計目的：訓練學生綜合運用已學課程的基本知識，獨立進行RFID應用技術和開發工作，掌握RFID系統結構設計、功能環節設計、電路設計、調試與測試（仿真）等過程的步驟與方法，學習對所設計環節的技術參數指標進行分析與平均的方法。

功能需求：基于RFID的圖書管理系統

設計要求：

利用RFID實現對圖書的自助借閱管理；

實現圖書歸還功能；

根據射頻識別技術和條形碼讀取信息實現書架系統管理。

加分項：增加防盜報警功能

設計報告及PPT制作：

按要求完成項目設計報告及制作相應PPT

任務書九 基于RFID的智能存儲系統

設計目的：訓練學生綜合運用已學課程的基本知識，獨立進行RFID應用技術和開發工作，掌握RFID系統結構設計、功能環節設計、電路設計、調試與測試（仿真）等過程的步驟與方法，學習對所設計環節的技術參數指標進行分析與平均的方法。

功能需求：智能存儲系統

設計要求：

入庫管理：商品入庫，經過讀卡器讀取商品的信息，生產日期，商品產地，保質期，商品類別，根據包含的信息給出適合保存的倉庫，并將商品信息記錄到上位機數據庫；

出庫管理：商品出庫，讀卡器讀取信息。根據盤點信息或入庫信息給出保存時間，是否過期等，并在上位機數據庫標注出庫；

盤點管理：由工作人員掃描商品，讀取信息，并計算出保存時間，以及計算出商品是否過期等。同時更新數據庫中的信息；

加分項：選擇適當的電路仿真軟件，仿真、驗證所設計的硬件電路，并截屏仿真結果。

設計報告及PPT制作：

按要求完成項目設計報告及制作相應PPT

任務書十 基于RFID的簡易公交車刷卡機

設計目的：訓練學生綜合運用已學課程的基本知識，獨立進行RFID應用技術和開發工作，掌握RFID系統結構設計、功能環節設計、電路設計、調試與測試（仿真）等過程的步驟與方法，學習對所設計環節的技術參數指標進行分析與平均的方法。

功能需求：基于RFID的簡易公交車刷卡機

設計要求：

給出RFID系統的組成、結構框圖設計，設計具備要求的設計電路；

能夠讀取公交卡信息，顯示刷卡成功并顯示卡型“學生卡”“老年卡”等；

實現公交卡信息的錄入，修改，刪除數據。

加分項：選擇適當的仿真軟件或實物，截屏仿真結果或實物照片、視頻。

設計報告及PPT制作：

按要求完成項目設計報告及制作相應PPT

任務二 公共題目—任務書

任務書一 設計符合ISO14443A協議的讀寫器及實物制作

（一）設計目的及要求

設計目的：訓練學生綜合運用已學課程的基本知識，獨立進行RFID應用技術和開發工作，掌握RFID系統結構設計、功能環節設計、電路設計、調試與測試（仿真）等過程的步驟與方法，學習對所設計環節的技術參數指標進行分析與平均的方法。

功能需求：基于ISO14443 A標準的讀寫器設計

設計要求：

采用51系列單片機，結合射頻模塊（如RC500）芯片，設計符合ISO14443A協議的讀寫器；

硬件設計：單片機最小系統、通信接口、顯示屏驅動、RC500時鐘電路和匹配網絡、天線、電源等；

功能設計：建立二進制文件、建立外部密鑰文件、卡定額充值、卡定額消費、修復卡片錯誤、取隨機數、刪除MF文件下所有目錄、寫名字到CPU卡中、顯示序列號等（可選擇實現其1、2功能）。

加分項：編寫上位機程序，建立上位機與讀寫器的通信鏈接，實現對IC卡的讀、寫操作。

設計報告及PPT制作：

按要求完成項目設計報告及制作相應PPT

（二）實物制作參考圖

任務書二 設計三表（水、電、氣）讀寫器及實物制作

（一）設計目的及要求

設計目的：訓練學生綜合運用已學課程的基本知識，獨立進行RFID應用技術和開發工作，掌握RFID系統結構設計、功能環節設計、電路設計、調試與測試（仿真）等過程的步驟與方法，學習對所設計環節的技術參數指標進行分析與平均的方法。

功能需求：基于ISO14443 A標準的讀寫器設計

設計要求：

采用51系列單片機，結合射頻模塊（如RC522）芯片，設計符合ISO14443A協議的讀寫器；

硬件設計：單片機最小系統、SPI接口、RC522時鐘電路和匹配網絡、天線、電源等；

功能設計：利用上位機實現三表合一卡充值、讀取充值金額、輸出余額（水：噸，電：度，氣：方）。

加分項：選型或設計與上述讀寫器匹配的IC卡，實現信息數據的寫入和讀出操作，測試有效工作距離。

設計報告及PPT制作：

按要求完成項目設計報告及制作相應PPT

（二）實物制作參考圖

任務書三 基于MF CR530射頻模塊讀寫器及實物制作

（一）設計目的及要求

設計目的：訓練學生綜合運用已學課程的基本知識，獨立進行RFID應用技術和開發工作，掌握RFID系統結構設計、功能環節設計、電路設計、調試與測試（仿真）等過程的步驟與方法，學習對所設計環節的技術參數指標進行分析與平均的方法。

功能需求：基于MF CR530射頻模塊的讀寫器設計

設計要求：

采用51系列單片機，結合MF CR530射頻模塊芯片，設計支持Mifare1（M1）卡的讀寫器；

硬件設計：單片機最小系統、SPI接口、RC530時鐘電路和匹配網絡、濾波、天線、電源等；

功能設計：選卡、認證、加值、減值、讀卡、寫卡、終止等，給出程序設計流程圖。

加分項：選型或設計與上述讀寫器匹配的IC卡，實現信息數據的寫入和讀出操作，測試有效工作距離。

設計報告及PPT制作：

按要求完成項目設計報告及制作相應PPT

（二）實物制作參考圖

任務書四 制作125kHZ 頻段RFID收發裝置

（一）設計目的及要求

設計目的：訓練學生綜合運用已學課程的基本知識，獨立進行RFID應用技術和開發工作，掌握RFID系統結構設計、功能環節設計、電路設計、調試與測試（仿真）等過程的步驟與方法，學習對所設計環節的技術參數指標進行分析與平均的方法。

功能需求：制作125kHZ 頻段的讀寫器和電子標簽

設計要求：

根據125kHZ 頻段RFID系統工作的特點，自主選擇技術方案和電路，設計并制作出符合相應ISO標準的讀寫器和電子標簽，并實現其基本功能。

說明所遵循的標準，設計讀寫器（感應模塊，支持TK4100芯片卡）和對應的電子標簽（可選購），給出電路原理圖、PCB設計圖，并委托加工PCB板；

選購器件、焊接、調試電路，編制上位機監控軟件，測試讀寫功能、作用距離、誤碼率等指標，；

加分項：通過電子標簽的識別，控制門禁的開啟與報警。

設計報告及PPT制作：

按要求完成項目設計報告及制作相應PPT

（二）實物制作參考圖