引言

RFID利用了電磁波空間耦合、傳播進(jìn)行通信，以達(dá)到自動識別被標(biāo)識對象，獲取對象信息的目的。同其他一些識別技術(shù)相比，射頻識別技術(shù)具有高效快捷、非接觸、無污染、識別率高等突出優(yōu)點。識別過程無需人工干預(yù)，可在惡劣環(huán)境下工作，能夠應(yīng)用到很多行業(yè)。

1.RIFD 讀寫器的硬件總體設(shè)計

圖 1 讀寫器的硬件總體設(shè)計

RFID 系統(tǒng)主要由射頻卡、讀寫器以及計算機(jī)系統(tǒng)組成。系統(tǒng)的工作原理如下：讀寫器通過天線發(fā)送出13.56MHz的射頻信號，當(dāng)射頻卡進(jìn)入讀寫器工作場時，天線產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而射頻卡獲得能量被激活并向讀寫器發(fā)送出自身編碼等信息，讀寫器接收到來自射頻卡的載波信號，對接收的信號進(jìn)行解調(diào)和解碼后發(fā)送至PC 機(jī)進(jìn)行處理，PC機(jī)根據(jù)邏輯運算判斷該射頻卡的合法性，針對不同的設(shè)定做出相應(yīng)的處理和控制，發(fā)出指令信號，射頻卡的數(shù)據(jù)解調(diào)部分從接收到的射頻脈沖中解調(diào)出數(shù)據(jù)并送到控制邏輯，控制邏輯接受指令完成存儲、發(fā)送數(shù)據(jù)或其他操作。

2. 硬件選型

在整個系統(tǒng)中，RFID收發(fā)模塊的功能是當(dāng)接收到來自射頻卡的載波信號時，對該信號進(jìn)行解調(diào)和解碼，并且將信息進(jìn)行編碼和調(diào)制后發(fā)送到射頻卡中，要實現(xiàn)上述功能就需要一款內(nèi)部封裝有發(fā)送調(diào)制器和接收調(diào)制器的射頻芯片，選用了射頻芯片S6700。S6700 芯片的時序是通過控制產(chǎn)生的，因此選用了單片機(jī)P89C58，利用它的 I/O 口進(jìn)行控制。因為系統(tǒng)中使用的射頻卡是疏耦合 IC卡，所以它與S6700 芯片之間的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)采用了 ISO 15693，C 語言進(jìn)行編程。

3.RFID 收發(fā)模塊硬件電路設(shè)計

RFID 收發(fā)模塊的主芯片是 TI 公司的射頻芯片 S6700，該芯片的通信接口主要使用三條線：SCLOCK、DIN 和DOUT。除了通信線外，還有一條 M_ERR 線，用來表征通信是否正常;應(yīng)用電路如圖2 所示：

圖 2 RFID 收發(fā)模塊硬件電路

S6700 的 SCLOCK、DIN、DOUT 分別由 P89C58 的 P1.3、P1.5 和 P1.6 進(jìn)行控制，由于單片機(jī)P89C52應(yīng)用比較廣泛。R2 為調(diào)制深度選擇電阻，當(dāng) R2 為 12 歐姆時，調(diào)制深度為 10%;當(dāng) R2 為 18 歐姆時，調(diào)制深度為 20%。SCLOCK為雙向時鐘線，分別由單片機(jī) P89C58 和 S6700芯片在不同的情況下進(jìn)行控制：發(fā)送數(shù)據(jù)時由 P89C58 控制，接收數(shù)據(jù)時由 S6700控制。在收發(fā)數(shù)據(jù)時，每個數(shù)據(jù)位在 SCLOCK 的上升沿被鎖存，當(dāng) SCLOCK 為高時，數(shù)據(jù)位必須固定且保持不變，只有當(dāng) SCLOCK為低時，傳送的數(shù)據(jù)才能被改變;DIN 為數(shù)據(jù)輸入線，S6700 芯片通過該線接收來自 P89C58 的命令和數(shù)據(jù);DOUT 為數(shù)據(jù)輸出線，S6700芯片通過該線將回應(yīng)數(shù)據(jù)發(fā)送給P89C58，同時該線還可用于監(jiān)測S6700 芯片內(nèi)部數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的情況。M_ERR線用來表征在同時讀多張卡時數(shù)據(jù)的沖突情況。該線由于內(nèi)部下拉，平時為低電平，一旦發(fā)生多卡沖突，此線會升為高電平。在每一次通信過程中，遠(yuǎn)端控制器必須通過發(fā)送命令來實現(xiàn)任務(wù)，典型命令格式為：起始位S1、

8 位命令字、傳輸數(shù)據(jù)和結(jié)束位ES1。

4.嵌入式控制模塊硬件電路設(shè)計

S3C44B0X 微處理器是低功耗的，采用了應(yīng)用于實時環(huán)境的 ARM7TDMI 32 位核，所以選為控制模塊的主芯片，負(fù)責(zé)完成 PC 機(jī)和 RFID讀寫器之間數(shù)據(jù)的傳送和控制。

4.1 晶振電路

晶振電路用于向 CPU 及其他電路提供工作時鐘。S3C44B0X芯片通過管腳OM［3：2］確定選擇何種時鐘源，在本系統(tǒng)中，將兩個管腳下拉，選擇晶體時鐘模式，選用該模式時，外部采用10MHz的晶振，可以利用公式設(shè)計出各種所需的輸出頻率，也就是說時鐘頻率可以通過軟件進(jìn)行設(shè)定，公式如下：

Fpllo=（ m×Fin ） / （ p×2s）

其中設(shè)置 m=0x48，p=0x03，s=0x02，這樣就可以得到 40MHz 的輸出頻率，滿足系統(tǒng)的要求。

4.2 電源電路

在該系統(tǒng)中，需要使用 2.5V 和 3.3V 的直流穩(wěn)壓電源，其中 S3C44B0X 的內(nèi)核需 2.5V 電源，S3C44B0X 的 I/O口和其它部分電路需要 3.3V 電源。為簡化系統(tǒng)電源電路的設(shè)計，要求整個系統(tǒng)的輸入電壓為高質(zhì)量的 5V 的直流穩(wěn)壓電源，這樣就需要用 DC-DC 轉(zhuǎn)換器來完成5V~2.5V 、5V~3.3V 的轉(zhuǎn)換，在該系統(tǒng)電路中選用了 BayLinear 公司的 B1117電壓轉(zhuǎn)換芯片系列：B1117-2.5和B1117-3.3，器件輸出電流為 1.0A。系統(tǒng)電源電路如圖4 所示。

圖 3 系統(tǒng)電源電路圖

4.3 SDRAM 接口電路

在本系統(tǒng)中，采用了 HY57V641620 SDRAM 芯片，存儲容量為 4 組×16M 位（8M字節(jié)），工作電壓為3.3V，支持自動刷新和自刷新，16 位數(shù)據(jù)寬度。該芯片是通過行、列地址來定義存儲器地址空間的，A11-A0 是列地址，A7-A0是行地址，芯片管腳 BA0、BA1 用于片內(nèi) 4 個存儲器組的選擇，將它與 ADDR21 和ADDR22 相連，利用地址高端進(jìn)行相應(yīng)的選擇。

在本系統(tǒng)中，采用該 JTAG 接口對程序進(jìn)行調(diào)試和下載。標(biāo)準(zhǔn)的 JTAG 接口是 4線：TMS、TCK、TDI、TDO，分別為測試模式選擇、測試時鐘、測試數(shù)據(jù)輸入和測試數(shù)據(jù)輸出。

5 讀寫器的軟件設(shè)計

根據(jù) RFID 讀寫器的需要，移植了UC/OS-Ⅱ。嵌入式系統(tǒng)通信程序循環(huán)發(fā)送命令，檢測是否有卡待讀，如果接收到從 RFID模塊傳來的卡號信息，則將卡號從信息中提取出來發(fā)送至 PC 機(jī)上的應(yīng)用程序，由應(yīng)用程序?qū)λM(jìn)行辨識。無論是與 RFID 模塊的通信還是與 PC機(jī)的通信，都采用了串口通信方式，所以首先應(yīng)對串口進(jìn)行設(shè)置。

當(dāng)嵌入式控制程序向 RFID模塊發(fā)送完讀卡的相關(guān)命令后，就需要等待接收傳回的卡號數(shù)據(jù)信息，由于系統(tǒng)串口采用的是查詢方式，一旦發(fā)送端存在數(shù)據(jù)遺失，一直未能有數(shù)據(jù)傳送回來，則程序?qū)⑦M(jìn)入死循環(huán)，所以在程序中設(shè)計了自動終止功能。在系統(tǒng)設(shè)計中該部分子內(nèi)容只接收來自RFID模塊的數(shù)據(jù)，故只考慮串口2。

讀卡程序如下：

char recv_rfid（）

{

char lm;

int m，l;

if（whichUart==1） // 串口 2，接收從 RFID 模塊傳來的數(shù)據(jù)

{

wh： for（;（！（rUTRSTAT1 & 0x1））;）{

m=m+1; // 等待的同時對變量 m 計數(shù)

if（m==500） // 判斷 m 是否已累計到 500 還未接收到有效數(shù)據(jù)

{err_flag=1; // 若是，則將標(biāo)志 err_flag 置 1

goto wh1; // 跳轉(zhuǎn)到標(biāo)記為 wh1 的程序處

}}

lm=RdURXH1（）; // 若接收到有效數(shù)據(jù)，則將串口數(shù)據(jù)賦給變量 lm

return（lm）; // 返回 lm 的值

}

wh1： l=0; // 標(biāo)記 wh1 處程序，實為跳出子程序

}

寫卡的過程只需要將從應(yīng)用程序處獲取持卡人的相關(guān)信息然后發(fā)送至RFID 收發(fā)模塊，由RFID模塊寫入射頻卡中，因為要驗證寫入信息是否正確，所以該程序還需要實現(xiàn)讀取射頻卡中的信息并返回給應(yīng)用程序，由應(yīng)用程序來判斷寫入信息的正誤。持卡人的相關(guān)信息包括姓名、性別、年齡、工作單位、身份證號、發(fā)卡日期和發(fā)卡時間。

6 結(jié)束語

本文創(chuàng)新點：基于 S6700 的嵌入式的RIFD 讀寫器具有成本低廉，穩(wěn)定性好等特點，完全支持ISO/ IEC15693協(xié)議的全部命令，并且實現(xiàn)了同時識別，若設(shè)計出功率放大器，讀寫距離可以達(dá)到1m左右，可滿足門禁、校園一卡通等非高速識別應(yīng)用場合的需要，在低成本應(yīng)用領(lǐng)域有較廣闊的應(yīng)用空間。

責(zé)任編輯：ct