基于RFID的便攜式閱讀器的設(shè)計(jì)

1 引言

　　RFID(射頻識(shí)別)技術(shù)是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù),通過發(fā)射射頻信號(hào)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別。RFID 系統(tǒng)由電子標(biāo)簽和閱讀器及后臺(tái)的管理系統(tǒng)構(gòu)成。閱讀器的主要功能是讀寫電子標(biāo)簽上存儲(chǔ)信息,并與后臺(tái)的管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,再由后臺(tái)管理系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。由于RFID 閱讀器內(nèi)部沒有大容量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,所以需要連接計(jì)算機(jī)(通常是筆記本電腦)才能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集,這不僅使RFID 系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)成本很難降低,而且給數(shù)據(jù)采集操作人員帶來了一定的不便。如果能夠開發(fā)出帶有大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的閱讀器,不但能使用其脫離計(jì)算機(jī)獨(dú)立進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,還將增加閱讀器的便攜性, 同時(shí)還能降低其經(jīng)濟(jì)成本。

　　USB 技術(shù)因其使用方便、傳輸速度快等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。USB 接口技術(shù)主要分為USB-Host(USB主機(jī),通常是計(jì)算機(jī))和USB-Slave(USB 設(shè)備,通常是數(shù)據(jù)采集或存儲(chǔ)設(shè)備)。USB-Host 居于主導(dǎo)地位,與UBS設(shè)備的數(shù)據(jù)交換都是由USB-Host 發(fā)起和控制。如果能夠把USB-Host 技術(shù)應(yīng)用于RFID 閱讀器的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊, 則能夠滿足RFID 閱讀器獨(dú)立采集數(shù)據(jù)及長時(shí)間采集海量數(shù)據(jù)的需求。但問題是USB-Host 技術(shù)主要應(yīng)用于PC 機(jī)系統(tǒng)中,而在嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用中缺少與USB-Host 直接接口技術(shù)。以USB-Host 主機(jī)接口芯片SL811HS 的推出為單片機(jī)技術(shù)與USB-Host 技術(shù)兩者結(jié)合,利用單片機(jī)直接讀寫U 盤,從而實(shí)現(xiàn)RFID 便攜式閱讀器的外掛式海量存儲(chǔ)方案的實(shí)現(xiàn)提供了可能。

　　2 RFID 便攜式閱讀器硬件構(gòu)成

　　便攜式閱讀器在RFID 系統(tǒng)中主要功能是從電子標(biāo)簽中讀取數(shù)據(jù),并先將采集的數(shù)據(jù)處理后暫時(shí)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊的U 盤中,然后把U 盤插入計(jì)算機(jī),RFID 管理系統(tǒng)再從U 盤中讀取采集的數(shù)據(jù)。便攜式閱讀器的硬件組成主要有控制模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、通信模塊、人機(jī)交互模塊、時(shí)鐘模塊、供電模塊等。硬件系統(tǒng)的構(gòu)成如圖1 所示。

圖1 便攜式閱讀器硬件構(gòu)成

　　(1) 閱讀器控制模塊

　　閱讀器控制模塊是便攜式閱讀器的核心部件,主要完成對(duì)電子標(biāo)簽中數(shù)據(jù)的收發(fā),對(duì)發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制,對(duì)收到數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào);對(duì)通信模塊的控制,驅(qū)動(dòng)射頻模塊和天線,提供能量載波;及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)控制等。MCU 選用AT89C51單片機(jī),標(biāo)簽讀寫模塊選用同欣的TX125LER 芯片。

　　(2) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊

　　其功能MCU 把采集來的溫度等數(shù)據(jù)通過USBHost芯片按照約定數(shù)據(jù)存儲(chǔ)協(xié)議存儲(chǔ)到移動(dòng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中, 以便于后續(xù)數(shù)據(jù)的回放。USB-Ho s t 芯片采用Cypress 公司的SL118SH 芯片。

　　(3) 通信模塊

　　通信模塊由射頻模塊、USB 接口模塊、天線等構(gòu)成,其功能是對(duì)收發(fā)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制解調(diào)、與計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)通信、能量載波等。射頻模塊采用TEMIC 公司的U2270B 芯片。

　　(4) 人機(jī)交互模塊

　　人機(jī)交互模塊由LCD 顯示器和鍵盤構(gòu)成,其功能是通過LCD 實(shí)時(shí)顯示采集數(shù)據(jù)的信息和查詢U 盤上采集數(shù)據(jù)信息及對(duì)閱讀器進(jìn)行設(shè)置。

　　3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊設(shè)計(jì)

　　3.1 SL811HS 芯片

　　在這里選SL811HS 芯片作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊的USB主機(jī)控制器, SL811HS 支持USB1.1 的全速和低速設(shè)備, 其內(nèi)部有虛擬的外部總線, 這使得僅需占用外接單片機(jī)的1 個(gè)尋址空間,SL811HS 數(shù)據(jù)線為8 位,有16 個(gè)內(nèi)部寄存器和256 字節(jié)的RAM, 可以對(duì)USB-Host 進(jìn)行充分的控制和為U S B 傳輸提供足夠的緩沖區(qū),SL811HS 芯片操作電壓為3.3V,I/O 口工作電壓為5V,所以SL811HS 可以和5V 的單片機(jī)系統(tǒng)直接相連。

　　3.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊的硬件設(shè)計(jì)

　　RFID 便攜式閱讀器的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊主要電路如圖2 所示。圖2 中由AT89C51、SL811HS 和USB 接口構(gòu)成, 其它電路因篇幅原因略去。單片機(jī)通過控制SL811HS 芯片對(duì)U 盤進(jìn)行讀寫,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存取功能。為使定時(shí)計(jì)數(shù)更準(zhǔn)確,在設(shè)計(jì)中采用外部的24MHz 有源晶振作為時(shí)鐘源。

圖2 AT89C51 與SL811HS 硬件連線圖

　　3.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊的軟件設(shè)計(jì)

　　數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊讀寫主要是對(duì)文件操作, 采集數(shù)據(jù)量大, 所以采用USB 的批量傳輸協(xié)議來完成數(shù)據(jù)包的收發(fā),同時(shí)運(yùn)用FAT16 文件系統(tǒng)完成存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的組織和管理。采集的射頻數(shù)據(jù)以文本文件存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊的軟件設(shè)計(jì)流程如圖3 所示, 首先是初始化, 然后檢測(cè)U盤, 對(duì)U 盤進(jìn)行管理, 包括U 盤進(jìn)行復(fù)位和配置。當(dāng)U盤準(zhǔn)備好后,MCU 接收閱讀模塊采集的數(shù)據(jù),對(duì)U 盤進(jìn)行文件讀寫操作。

圖3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊的軟件設(shè)計(jì)流程

　　(1) 系統(tǒng)初始化

　　系統(tǒng)初始化包括AT89C51 的初始化和SL811HS 的初始化。AT89C51 的初始化主要是完成內(nèi)部存儲(chǔ)器、外部中斷、I/O 口等的初始化。SL811HS 的初始化主要設(shè)定工作模式, 對(duì)U 盤進(jìn)行復(fù)位。

　　(2) 檢測(cè) U 盤

　　當(dāng)有U 盤插入U(xiǎn)SB 接口時(shí),AT8 9C5 1 接受來自SL811HS 的中斷,處理中斷響應(yīng),檢測(cè)設(shè)備類型、配置傳輸方式、分配地址等。

　　(3) 讀寫操作

　　當(dāng)U 盤準(zhǔn)備好后,AT89C51 通知閱讀器讀寫模型采集電子標(biāo)簽上的信息,然后把采集到的信息轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制代碼傳給SL811HS,由于SL811HS 的外接總線的地址和數(shù)據(jù)信號(hào)是復(fù)用的,通過42 管腳上信號(hào)來區(qū)分AT89C51 傳過來是地址還是數(shù)據(jù)。因而AT89C51 與SL811HS 進(jìn)行通信時(shí)先發(fā)送地址,再發(fā)送數(shù)據(jù),這樣SL811HS 就可以把電子標(biāo)簽上的信息準(zhǔn)確地寫入U(xiǎn) 盤了。

　　4 結(jié)束語

　　本文完成了RFID 系統(tǒng)中便攜式閱讀器的總體設(shè)計(jì), 把單片機(jī)與 USB-Hos t 技術(shù)相結(jié)合,設(shè)計(jì)了RFID便攜式閱讀器的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊,從而實(shí)現(xiàn)RFID 便攜式閱讀器的外掛式海量存儲(chǔ)。使RFID 閱讀器能夠脫離計(jì)算機(jī)獨(dú)立工作,給操作人員帶來了方便,也降低了RFID系統(tǒng)的成本。