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基于S6700的閱讀器的設(shè)計與實現(xiàn)

文章出處:http://srpd123.com 作者:王建宇,曾光&nbsp;&nbsp; 人氣: 發(fā)表時間:2011年10月17日

[文章內(nèi)容簡介]:本文在RFID系統(tǒng)的相關(guān)理論和技術(shù)研究的基礎(chǔ)上,提出采用 TIS6700 閱讀器芯片集成化設(shè)計新型閱讀器的方案,實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、存儲、顯示和有效遠距離傳輸,并通過在信號發(fā)射端口增加功率放大模塊的方法提高閱讀器的有效閱讀距離。

  引言

  RFID技術(shù)是一個嶄新的技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域,它不僅涵蓋了微波技術(shù)與電磁學(xué)理論,而且還包括通信原理及半導(dǎo)體集成電路技術(shù),是一個多學(xué)科綜合的新興學(xué)科。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。因此,對 RFID技術(shù)的認(rèn)識和研究具有深遠的理論意義。

  1. RFID 系統(tǒng)分析
 
  系統(tǒng)屬于遙耦合中的疏耦合射頻識別系統(tǒng),主要由應(yīng)答器、閱讀器、天線、通訊模塊及人機接口等幾部分組成。

  當(dāng)閱讀器向應(yīng)答器發(fā)送數(shù)據(jù)時,數(shù)據(jù)處理機將該數(shù)據(jù)先送給射頻接口電路,與振蕩器產(chǎn)生的本振信號相同,產(chǎn)生出調(diào)制信號,然后由天線傳送給應(yīng)答器,IC 卡根據(jù)不同的命令做出不同應(yīng)答。當(dāng)閱讀器接收應(yīng)答器傳回的數(shù)據(jù)時,由天線接受來自應(yīng)答器的調(diào)制信號,經(jīng)過射頻接口將數(shù)據(jù)還原,然后在單片機中作相應(yīng)的處理,可以通過人機界面進行互動或者由通訊接口傳送給上位機。

  對于一個非接觸式數(shù)據(jù)載體的讀寫操作,一般是嚴(yán)格按照“主一從”原則來進行數(shù)據(jù)交換,這意味著閱讀器和電子標(biāo)簽的所有動作均應(yīng)有通信協(xié)議或軟件來控制。RFID 系統(tǒng)的閱讀器均可以簡化為三大基本功能模塊:由收發(fā)系統(tǒng)組成的高頻接口、控制系統(tǒng)以及和外界其它設(shè)備通信用的各種標(biāo)準(zhǔn)接口,如 USB 接口、RS232 接口、RS485 接口、與 Internet 連接的網(wǎng)口以及與打印機相連的并口等。

  2.RFID 系統(tǒng)設(shè)計及接口實現(xiàn)

  2.1 MCU 與 S6700 芯片接口電路設(shè)計

  在此設(shè)計中選用了 PIC16F877A 單片機作為控制器,PIC16F877A 單片機有豐富的位操作指令,精簡的指令集,能夠模擬 RI-R6C-001A (RI-R6C-001A 芯片是TI 公司最新開發(fā)的針對應(yīng)答器讀寫的多協(xié)議收發(fā)器)傳送數(shù)據(jù)的時序以及時鐘切換的時序。

  S6700 閱讀器芯片提供給用戶數(shù)字接口的信號線為 DIN、DOUT、SCLOCK,通過這三根線可完成控制器與 RI-R6C-001A 芯片之間的數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng) RI-R6C-001A 要發(fā)送數(shù)據(jù)時,時鐘由單片機控制,當(dāng)它要接收數(shù)據(jù)時,時鐘由該芯片控制,設(shè)計中作者采用PIC16F877單片機的 RA0、RA1、RA2 與 SCLOCK、DIN、DOUT 通過模擬的方式來傳輸數(shù)據(jù),執(zhí)行符合射頻系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的命令,MCU 與S6700 芯片接口電路如圖2 所示。

  2.2 閱讀器通信接口

  在 RFID 系統(tǒng)中,用作上位機的PC 機系統(tǒng)與閱讀器之間經(jīng)常要進行信息交換。由于系統(tǒng)中采用的單片機PIC16F877 帶有串口,因而兩者之間的通信可通過串行口完成。但是,在實際應(yīng)用中有時主控PC 機和閱讀器相隔很遠,為保證數(shù)據(jù)能高速及時、安全地傳至PC機,閱讀器與PC 機之間采用RS485 協(xié)議的串行通行較為合理。

  單片機 PIC16F877A 串行通信模塊的 URXD、UTXD 電平符合 TTL/CMOS 標(biāo)準(zhǔn),當(dāng)PC 機的 RXMCU 有電平輸入時,它首先通過 6N137 光電隔離,保護單片機不受干擾,由O 腳輸出到 DI,從而轉(zhuǎn)化為 RS485 電平由 Y、Z 輸出。反之,PC 機的輸出信號轉(zhuǎn)換成的MAX490 的 A、B 端有輸入,將首先轉(zhuǎn)換為 R0 輸出,然后經(jīng)過光電隔離后最終由TXMCU 輸出。

  PC 機接口電路的具體實現(xiàn)如圖4 所示,RS232 的電平標(biāo)準(zhǔn)如下:邏輯“0”的電平范圍為-5V—15V,邏輯“1”的電平范圍為5V-15V。這里選用的MAX232A 是MAXI 公司的RS232電平轉(zhuǎn)換芯片。當(dāng)PC 機的TXDPC 輸出到R1IN 時候,首先由MAX232A 轉(zhuǎn)換成TTL 電平由R1OUT 輸出,經(jīng)過6N137 光電隔離后輸入DI 腳,從而裝換為RS485 電平由Z,Y 輸出。同理單片機輸出信號轉(zhuǎn)換成的 RS485 電平信號輸入A,B 腳,經(jīng)過MAX490 轉(zhuǎn)換成TTL電平,再經(jīng)過光電隔離最終由RXDPC 輸出。必須強調(diào)的是在電路的連接中PC 接口電路中的MAX490 芯片引腳RSOUT+,RSOUT-必須和單片機側(cè)MAX490 芯片引腳RSIN+、RSIN-兩兩錯開相連的。這樣才能正常的通信。

  2.3 高頻諧振功率放大器電路

  高頻諧振功率放大器電路可以工作在 A 類、B 類或C 類狀態(tài),考慮到C 類諧振功放適用于輸入信號比較大、輸出功率大、效率高,因此,在大功率射頻功放電路中采用。功率放大器電路如圖5 所示。

  2.4 反沖突處理

  在RFID系統(tǒng)中,閱讀器與應(yīng)答器之間的通信,不能排除可能會有一個以上的應(yīng)答器同時處于閱讀器的作用范圍內(nèi),當(dāng)在閱讀器的天線區(qū)域中有多個應(yīng)答器同時到達時,它們將幾乎同時響應(yīng)閱讀器的指令而發(fā)送信號,這樣就會產(chǎn)生信道爭用的問題,信號互相干擾,閱讀器不能正確接收數(shù)據(jù),即發(fā)生了碰撞(Collision)。

  為了提高系統(tǒng)的抗“碰撞能力”,就需要采用信道編碼技術(shù),對可能或已經(jīng)出現(xiàn)的差錯進行控制,信道編碼是使不帶規(guī)律或規(guī)律性不強的原始數(shù)字信號變換為帶上規(guī)律性或加強了規(guī)律性的數(shù)字信號,信道譯碼器則利用這些規(guī)律性來鑒別是否發(fā)生錯誤,或進而糾正錯誤。

  3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

  系統(tǒng)如圖 6 所示,初始化設(shè)置包括GPIO 設(shè)置,串口通信模塊設(shè)置,中斷設(shè)置包括外部中斷和定時器中斷設(shè)置。

  當(dāng)應(yīng)答器進入閱讀器的天線感應(yīng)范圍,經(jīng)過一段時間的延遲,應(yīng)答器上電復(fù)位,進入停頓狀態(tài),在此狀態(tài)下可接收閱讀器發(fā)送的請求應(yīng)答指令,當(dāng)應(yīng)答器接到閱讀器的請求應(yīng)答指令后,返回卡的類型號,隨即閱讀器發(fā)送防沖突指令,系統(tǒng)進入防沖突循環(huán)中,防沖突循環(huán)結(jié)束后,閱讀器發(fā)出選卡指令,選中其中一張卡,在此階段,應(yīng)答器處于準(zhǔn)備就緒狀態(tài),被選中的卡隨即進入激活狀態(tài)。此后,閱讀器可以發(fā)送多種不同的指令,發(fā)送完成后等待接受應(yīng)答信息。

  上述操作完成后,閱讀器發(fā)送停止指令,應(yīng)答器從激活狀態(tài)返回到停頓狀態(tài),一次交易結(jié)束,單片機可以把關(guān)鍵信息作傳輸或顯示。

  4 結(jié)束語

  經(jīng)過大量的實驗,基于S6700 的RFID 系統(tǒng)在讀卡的實驗中,多張卡同時到達讀卡器工作范圍時都可以準(zhǔn)確的讀出;在加上率放大模塊并采用配套大功率天線時,可以有效增加讀寫距離,增加了讀卡器在遠距離讀卡時的準(zhǔn)確性。

  本文的創(chuàng)新點:設(shè)計基于 S6700 閱讀器芯片的新型閱讀器,通過使用對中高頻閱讀器外加功率放大模塊的方法,實現(xiàn)較遠距離通信;在RFID 系統(tǒng)中集成設(shè)計了RS232/RS485通訊模塊等,著重說明了其軟硬件實現(xiàn)方法;討論了RFID 系統(tǒng)的通信安全及突發(fā)的偶然因素,包括校驗和防沖突設(shè)計,說明了循環(huán)冗余校驗和防沖突算法的原理及實現(xiàn)方法。

  參考文獻:
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本文關(guān)鍵詞:閱讀器,RFID,閱讀器芯片
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