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RFID 利用了電磁波空間耦合、傳播進行通信，以達到自動識別被標識對象，獲取對象信息的目的。同其他一些識別技術相比，射頻識別技術具有高效快捷、非接觸、無污染、識別率高等突出優點。識別過程無需人工干預，可在惡劣環境下工作，能夠應用到很多行業。 1.RIFD 讀寫器的硬件總體設計 圖 1 讀寫器的硬件總體設計 RFID 系統主要由射頻卡、讀寫器以及計算機系統組成。系統的工作原理如下：讀寫器通過天線發送出 13.56MHz 的射頻信號，當射頻卡進入讀寫器工作場時，天線產生感應電流，從而射頻卡獲得能量被激活并向讀寫器發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，對接收的信號進行解調和解碼后發送至 PC 機進行處理，PC 機根據邏輯運算判斷該射頻卡的合法性，針對不同的設定做出相應的處理和控制，發出指令信號，射頻卡的數據解調部分從接收到的射頻脈沖中解調出數據并送到控制邏輯，控制邏輯接受指令完成存儲、發送數據或其他操作。 2. 硬件選型 在整個系統中，RFID 收發模塊的功能是當接收到來自射頻卡的載波信號時，對該信號進行解調和解碼，并且將信息進行編碼和調制后發送到射頻卡中，要實現上述功能就需要一款內部封裝有發送調制器和接收調制器的射頻芯片，選用了射頻芯片 S6700。S6700 芯片的時序是通過控制產生的，因此選用了單片機P89C58，利用它的 I/O 口進行控制。因為系統中使用的射頻卡是疏耦合 IC卡，所以它與 S6700 芯片之間的協議標準采用了 ISO 15693，C 語言進行編程。 3.RFID 收發模塊硬件電路設計 RFID 收發模塊的主芯片是 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；應用電路如圖2 所示： 圖 2 RFID 收發模塊硬件電路 S6700 的 SCLOCK、DIN、DOUT 分別由 P89C58 的 P1.3、P1.5 和 P1.6 進行控制，由于單片機 P89C52 應用比較廣泛。R2 為調制深度選擇電阻，當 R2 為 12 歐姆時，調制深度為 10%；當 R2 為 18 歐姆時，調制深度為 20%。SCLOCK 為雙向時鐘線，分別由單片機 P89C58 和 S6700芯片在不同的情況下進行控制：發送數據時由 P89C58 控制，接收數據時由 S6700 控制。在收發數據時，每個數據位在 SCLOCK 的上升沿被鎖存，當 SCLOCK 為高時，數據位必須固定且保持不變，只有當 SCLOCK 為低時，傳送的數據才能被改變；DIN 為數據輸入線，S6700 芯片通過該線接收來自 P89C58 的命令和數據；DOUT 為數據輸出線，S6700 芯片通過該線將回應數據發送給P89C58，同時該線還可用于監測S6700 芯片內部數據緩沖區的情況。M_ERR 線用來表征在同時讀多張卡時數據的沖突情況。該線由于內部下拉，平時為低電平，一旦發生多卡沖突，此線會升為高電平。在每一次通信過程中，遠端控制器必須通過發送命令來實現任務，典型命令格式為：起始位 S1、 8 位命令字、傳輸數據和結束位ES1。 4．嵌入式控制模塊硬件電路設計 S3C44B0X 微處理器是低功耗的，采用了應用于實時環境的 ARM7TDMI 32 位核，所以選為控制模塊的主芯片，負責完成 PC 機和 RFID 讀寫器之間數據的傳送和控制。 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行設定，公式如下： Fpllo=( m×Fin ) / ( p×2s) 其中設置 m=0x48，p=0x03，s=0x02，這樣就可以得到 40MHz 的輸出頻率，滿足系統的要求。 4.2 電源電路 在該系統中，需要使用 2.5V 和 3.3V 的直流穩壓電源，其中 S3C44B0X 的內核需 2.5V 電源，S3C44B0X 的 I/O 口和其它部分電路需要 3.3V 電源。為簡化系統電源電路的設計，要求整個系統的輸入電壓為高質量的 5V 的直流穩壓電源，這樣就需要用 DC-DC 轉換器來完成 5V"2.5V 、5V"3.3V 的轉換，在該系統電路中選用了 BayLinear 公司的 B1117 電壓轉換芯片系列：B1117-2.5和B1117-3.3，器件輸出電流為 1.0A。系統電源電路如圖4 所示。 圖 3 系統電源電路圖 4.3 SDRAM 接口電路 在本系統中，采用了 HY57V641620 SDRAM 芯片，存儲容量為 4 組×16M 位（8M 字節），工作電壓為 3.3V，支持自動刷新和自刷新，16 位數據寬度。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 4 個存儲器組的選擇，將它與 ADDR21 和ADDR22 相連，利用地址高端進行相應的選擇。 在本系統中，采用該 JTAG 接口對程序進行調試和下載。標準的 JTAG 接口是 4 線：TMS、TCK、TDI、TDO，分別為測試模式選擇、測試時鐘、測試數據輸入和測試數據輸出。 5 讀寫器的軟件設計 根據 RFID 讀寫器的需要，移植了UC/OS-Ⅱ。嵌入式系統通信程序循環發送命令，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送至 PC 機上的應用程序，由應用程序對它進行辨識。無論是與 RFID 模塊的通信還是與 PC 機的通信，都采用了串口通信方式，所以首先應對串口進行設置。 當嵌入式控制程序向 RFID 模塊發送完讀卡的相關命令后，就需要等待接收傳回的卡號數據信息，由于系統串口采用的是查詢方式，一旦發送端存在數據遺失，一直未能有數據傳送回來，則程序將進入死循環，所以在程序中設計了自動終止功能。在系統設計中該部分子內容只接收來自 RFID模塊的數據，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 模塊傳來的數據 { wh: for(;(!(rUTRSTAT1 & 0x1));){ m=m+1; // 等待的同時對變量 m 計數 if(m==500) // 判斷 m 是否已累計到 500 還未接收到有效數據 {err_flag=1; // 若是，則將標志 err_flag 置 1 goto wh1; // 跳轉到標記為 wh1 的程序處 }} lm=RdURXH1(); // 若接收到有效數據，則將串口數據賦給變量 lm return(lm); // 返回 lm 的值 } wh1: l=0; // 標記 wh1 處程序，實為跳出子程序 } 寫卡的過程只需要將從應用程序處獲取持卡人的相關信息然后發送至RFID 收發模塊，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讀取射頻卡中的信息并返回給應用程序，由應用程序來判斷寫入信息的正誤。持卡人的相關信息包括姓名、性別、年齡、工作單位、身份證號、發卡日期和發卡時間。 6 結束語 本文創新點：基于 S6700 的嵌入式的RIFD 讀寫器具有成本低廉，穩定性好等特點，完全支持ISO/ IEC15693 協議的全部命令，并且實現了同時識別，若設計出功率放大器，讀寫距離可以達到 1m左右，可滿足門禁、校園一卡通等非高速識別應用場合的需要，在低成本應用領域有較廣闊的應用空間。 |
