摘 要

本文旨在设计一个基于射频识别的自行车库管理系统，随着社会的发展以及科技的进步，射频识别技术已经广泛运用于我们的生活中，解决了很多生活中的问题。面对大学校园内的自行车管理混乱的现状，本文提出一种基于射频识别技术、无线通信技术以及数据库技术的自行车库管理方案。

本文从交代本次课题研究的目的及意义以及国内外相关技术的研究现状开始，明确本次课题研究的主要任务和目标，接着从系统总体设计、系统硬件设计和系统软件设计三个方面进行简单的分析，根据可行性分析进行设计方案的选择并最终确立一个可行方案。接着开始对系统硬件电路进行完整而全面的分析，从射频识别系统电路、主控电路、通信模块设计以及液晶显示电路四个方面对整个系统的硬件电路进行了详细的讲解与说明。分析完硬件电路后，开始分析系统软件设计，整个软件设计部分从系统总体程序流程设计开始，接着分析了射频识别控制程序的设计、数据通信程序设计以及上位机程序设计，使软硬件完美的结合起来，完成了相对完善的自行车库的系统设计。经过对整个系统的分析后，最重要的一步便是系统的实现，根据系统的要求，完成系统的设计，然后便是对系统的调试，并得出测试结果。经过对测试结果的分析可知，系统的各项功能均符合这次设计的要求，这次的设计是成功的。最后，希望本次设计能够应用于生活，改善我们的生活。

关键词：射频识别；数据通信；车库管理；无线通信；数据库

Abstract

This paper aims to design a bicycle library management system based on radio frequency identification. With the development of society and the advancement of science and technology, radio frequency identification technology has been widely used in our lives to solve many problems in life. Faced with the chaos of bicycle management on campus, this paper proposes a bicycle library management solution based on radio frequency identification technology, wireless communication technology and database technology.

This article begins with an account of the purpose and significance of the research of this project and the research status of related technologies at home and abroad, and defines the main tasks and objectives of this project study. Then it is simple from three aspects: system design, system hardware design, and system software design. The analysis is based on the feasibility analysis to select the design plan and finally establish a feasible solution. Then began a complete and comprehensive analysis of the system hardware circuit, from the radio frequency identification system circuit, the main control circuit, the communication module design and the liquid crystal display circuit in four aspects of the entire system hardware circuit explained and explained in detail. After analyzing the hardware circuit, the software design of the system began to be analyzed. The entire software design started from the overall program flow design of the system. Then the design of the RFID control program, data communication program design, and host computer program design were analyzed, so that the software and hardware were perfectly combined. It has completed the design of a relatively complete bicycle library system. After the analysis of the entire system, the most important step is the realization of the system. According to the requirements of the system, the design of the system is completed. Then the system is debugged and the test result is obtained. Through the analysis of the test results, we can see that the system's various functions are in line with the requirements of this design. This time the design was successful. Finally, I hope this design can be applied to life and improve our lives.

Key Words：Radio Frequency Identification; Data Communications; Garage Management; Wireless Communications; Database

目 录

第1章 绪论 1

1.1 课题研究背景和意义 1

1.2 国内外现状及前景 1

第2章 系统总体设计方案 3

2.1 系统总体设计 3

2.2 系统硬件设计 3

2.3 系统软件设计 4

2.4 可行性分析 4

第3章 系统硬件设计 6

3.1 射频识别系统电路 6

3.1.1 信号发射机 6

3.1.2 信号接收机 7

3.1.3 发射接收天线 10

3.2 主控电路 11

3.3 通信模块设计 11

第4章 系统软件设计 13

4.1 系统总体程序流程设计 13

4.2 射频识别控制程序设计 13

4.2.1 MF-RC522的复位与初始化 14

4.2.2 单片机与MF-RC522的通信 14

4.2.3 对射频卡的程序设计 15

4.2.4 单片机与上位机的通信 18

4.3 上位机程序设计 19

4.3.1 MFC串口通信程序设计 20

4.3.2 可视化管理界面设计 20

第5章 系统测试及结果分析 23

5.1 系统测试结果 23

5.2 测试结果分析 25

第6章 总结与展望 27

6.1 总结 27

6.2 系统的可扩展性分析 27

参考文献 28

致 谢 29

第1章 绪论

1.1 课题研究背景和意义

射频识别技术又称非接触式自动识别技术，是一种无线通信技术，发明于上世纪90年代，在经过不断的发展和改进，成为了近些年来不断发展起来的前沿科技项目，一度被认为是21世纪最有发展潜力的技术之一，将应用于生活的方方面面，不断的改善我们的生活。

这项技术主要是利用无线电讯号通过空间耦合的方式实现特定目标的无线识别和非接触式信息的传输。 射频识别技术最大的优点在于非接触式识别，在读写器与电子标签不发生接触的情况下，不需要任何触发开关便能自动实现两者的信息传输。并且可以通过加入防碰撞算法实现在识别范围内一个读写器能同时识别多个电子标签，操作简单。另外电子标签性能稳定，不怕油污，不怕灰尘，不易磨损，并且具有很强的抗干扰能力。在互联网和通信技术迅猛发展的今天，好好利用RFID（Radio Frequency Identification，又称射频识别）技术能够很好地实现信息服务于生活，能够通过RFID技术实现信息全球化，实现信息共享。对RFID技术的研究与发展能够很好的提升我国信息化水平，促进我国信息化产业的发展，使信息化产业更好的服务人民，促进发展，增强公共安全，对于我国实现信息化强国具有很大的战略意义。

RFID技术在全球的应用其实已经非常广泛，像美国、英国、德国、日本等发达国家，这项技术的应用已经达到了较高的水平。中国作为一个发展中国家，更多时候是直接引用发达国家的技术成果。所以，这项技术的发展已经成为我国走向信息化强国的必不可少的一环。此外，射频识别技术有着复杂的知识体系，不仅涵盖了复杂的电磁波与微波技术、无线通信技术，而且还涵盖了集成电路的复杂知识，所以这项技术的研究有着很重要的理论意义。随着物联网技术的发展，RFID技术在中国的发展也越来越得到了重视。通过利用无线识别的巨大优势，能够很好的解决单个物体与应用系统的无线连接问题，通过信息的无线传输和硬件设备的精密设计，能够很好的将RFID技术应用于我们的日常生活并改善我们的生活。目前的RFID技术发展尚未停止，更多的功能与应用还等着我们去开发。因此对RFID技术的研究仍然具有很大的商业价值。

1.2 国内外现状及前景

RFID技术与传统的通信技术相比，更加的方便快捷。由于电子标签的性能稳定，成本低，可反复使用，寿命长等特点，在生活中的应用也越来越广泛，同时由于RFID的信息传输机密性较高，在信息安全，军事信息领域也得到了应用。随着科技的不断进步，RFID技术早已设计我们日常生活的方方面面，并将会成为未来信息技术建设的不可或缺的一部分。目前我国的第二代身份证、物流、交通等行业已广泛运用这项技术，国内外一些大型的超市也都开始用这项技术管理商品。目前在我国，这项技术仍在飞速发展中，前景越来越被看好。而且随着技术越来越成熟，系统的功能也越来越丰富，能够在生活中应用的领域也越来越广泛，逐渐覆盖生活的每个角落。

同时，RFID技术在国外的发展更是突飞猛进，由于发展时间更长，在以美国、日本、英国等为首的发达国家，这项技术已经非常成熟。按发射机频率来分，这项技术分四个频段，分别为低频段、高频段、超高频段和微波频段，频段越高识别距离越远。低频段的近距离识别系统主要集中在125KHz~134KHz，高频近距离识别系统为13.56MHz，超高频的远距离识别系统一般集中在860MHz~960MHz，微波频段远距离识别系统一般选择2.45GHz或5.8GHz。一些发达国家在超高频，微波频段的远距离识别系统得到了很好的发展和应用。在欧洲和日本，在5.8GHz的微波频段的有源RFID系统有着很好的应用，而在欧洲应用的更多的是2.45GHz微波频段的有源RFID系统。在我国不同的应用场合RFID系统有着全面的应用与发展，不同频段都有着大大小小的应用，适用于近距离、远距离的无线识别和数据的读写。但是就整个系统而言，差异不大，同质化严重，没有掌握核心技术。随着我国科技的不断进步，这一现象也慢慢得到了解决，我国在射频识别技术上的自主知识产权也越来越多。

 目前而言，RFID系统在车辆管理、物流跟踪管理、仓库自动化管理、图书馆管理、身份证、防伪技术等方面都有应用，随着科技的不断进步，RFID系统的功能越来越丰富，成本越来越低，也得到了越来越多的应用。

第2章 系统总体设计方案

2.1 系统总体设计

根据需求分析，在本次系统设计中采用了以下的设计：

首先，对用户进行登记注册，每个自行车用户分配一张无源射频标签卡，可以固定安装在自行车上，作为一种独特的用户标识，同时射频标签里带有寄存器可以用来储存用户相关的数据信息。当出现没有电子标签的新用户首次进入车库时，管理员会核实用户的相关信息，核实通过后会发放新的射频标签卡，同时在上位机的数据库中添加对应信息，便于日后管理。

其次，每个车库的出入口处都安装一个固定的RFID读写器设备，在每次车辆进入或离开时识别标签卡并采集相应的信息。此信息通过串口通信传输到计算机，并显示在控制界面，管理员可以进行相关操作。

然后，只有车库管理员才有权限通过计算机对用户信息进行添加、删除、查询等操作，对于车辆的进出记录，不允许修改或删除。同时，管理员可以对每个车库出入口的自行车出入情况，出入库时间记录进行查询、打印等操作。

基于以上分析，可以看出，整个系统集成了射频识别技术、计算机通信与管理技术、数据库技术、网络技术等多种信息技术。通过软硬件的结合完成一套相对完善的自行车库管理系统，实现对自行车的有效管理。

2.2 系统硬件设计

基于射频识别的自行车库管理系统采用AT89C51RC的单片机，它和液晶显示屏LCD1602以及MF-RC522射频模块作为系统的主要模块，AT89C51RC单片机作为整个硬件电路的主控芯片，LCD1602作为显示电路，MF-RC522芯片和IC卡构成了射频读写模块。硬件设计的总体系统框图如图2.1所示。

图2.1 系统框图

本次设计中，采用USB转串口芯片CH340为系统提供 5V电压，同时CH340也可以实现单片机与上位机间的串口通信。在系统通电后，射频部分MF-RC522开始进入寻卡模式且LCD1602正常显示，当有卡刷入时射频接收部分MF-RC522进行检测同时LED1灯工作，当检测到已经注册过的IC卡信息时，LED2灯工作，与此同时显示屏LCD1602显示刷入IC卡的ID和单词“OPEN”；当检测到未经注册的IC卡信息时，LED2灯和继电器均不工作，与此同时显示屏LCD1602显示刷入IC卡的ID和单词“NO CARD”。本次设计中还提供了键盘电路，电路上提供的两个键盘按键分别为添加键和清空键，当有新卡刷入时，按下添加按键即可为新IC卡获取权限，使其可以打开继电器；如果按下清空键将会删除单片机中储存的IC卡信息，所有的IC卡将失去权限。

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