基于nRF2401的牲畜信息讀寫(xiě)器的研究
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2 讀寫(xiě)器的基本組成
RFID讀寫(xiě)器一般由控制單元、射頻單元、通信接口、人機界面、存儲器及電源電路等部分組成。其中控制單元、射頻單元和通信接口是讀寫(xiě)器的基本組成部分，下面分別介紹它們。
2．1 單片機ATmega128
控制單元是讀寫(xiě)器的重要組成部分，它負責協(xié)調該系統各個(gè)單元模塊的工作以及提供一些通信接口。這里選用Atmel公司的ATmega128作為讀寫(xiě)器的控制單元，ATmega128是一款基于AVR RISC的低功耗CMOS的8位單片機。它具有豐富的外圍接口，128 KB的FLASH程序儲存器，4 KB的E2PROM，4 KB的SRAM，53個(gè)可編程的I／O口線(xiàn)，內外中斷源，可編程的USART，可編程的看門(mén)狗定時(shí)器，SPI口等。它具備的USART，SPI，IIC口以及較高的工作頻率很好地滿(mǎn)足了本設計的需求，另外它豐富的引腳為系統的擴展提供了條件。
2．2 射頻模塊
2．2．1 射頻芯片接口
射頻模塊是讀寫(xiě)器的核心組成部分，它的工作頻率以及編碼、通信協(xié)議等決定了它的性能。為了設計出一種讀寫(xiě)距離遠并保證通信可靠的讀寫(xiě)器，選用工作頻率較高的nRF2401芯片。它是挪威Nordic公司生產(chǎn)的單片射頻收發(fā)芯片，工作于2．4～2．5 GHz ISM頻段，芯片內置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調制器等功能模塊，并且它的輸出功率和通信頻道可通過(guò)程序進(jìn)行配置。
該射頻芯片主要用來(lái)通過(guò)天線(xiàn)與電子標簽進(jìn)行信息交互，單片機主要通過(guò)控制它的CS，CE，DR1，PWR_UP，CLK1，DATA等幾個(gè)引腳來(lái)操作它。芯片的外圍元件及引腳連接方式電路原理如圖3所示。
2．2．2 射頻芯片編程
使用nRF2401收發(fā)數據要先配置它，本設計中將芯片配置成ShockBurstTM收發(fā)模式，在這種模式下系統的程序編寫(xiě)會(huì )更加簡(jiǎn)單，且系統穩定性也會(huì )更高。配置過(guò)程如下：設置CS為高電平，CE為低電平使芯片進(jìn)入配置模式，延時(shí)5μs以上，單片機將配置數據通過(guò)I／O引腳寫(xiě)進(jìn)nRF2401，再置CS引腳為低電平即可完成nRF2401的配置。配置芯片為T(mén)X模式時(shí)，將nRF2401的CE引腳置為高電平，延時(shí)5μs以上后，將要發(fā)送的數據寫(xiě)入nRF2401的發(fā)送數據緩存中，再將nRF2401的CE引腳置為低電平就可以將要發(fā)送的數據通過(guò)天線(xiàn)發(fā)射出去。
接收數據的過(guò)程與發(fā)送數據的過(guò)程類(lèi)似，配置nRF2401為RX模式。然后置CE引腳為高電平經(jīng)過(guò)200μs延時(shí)后芯片進(jìn)入接收狀態(tài)，當檢測到DR1引腳變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，表明nRF2401的FIFO緩沖區已收到數據，單片機執行讀數據子程序將nRF2401中的數據全部讀出，當全部數據讀完后DR1引腳變?yōu)榈碗娖?，此時(shí)可利用DR1引腳的狀態(tài)變換跳轉去執行其他處理程序。
2．3 通信接口設計
2．3．1 串口電路設計
在本設計中，讀寫(xiě)器與PC機的通信通過(guò)RS 232串行接口，但單片機I／O管腳的電平是TTL電平與PC機不能直接進(jìn)行通信，需要通過(guò)芯片進(jìn)行電平轉換才能通信，本設計中選用MAX232E來(lái)完成電平轉換，T1IN和R1OUT與單片機串行發(fā)送口和串行接收口相連，T1OUT和R1IN通過(guò)DB9連接器連到PC機COM口的RXD和TXD端口，電路連接方式如電路原理圖3所示。
2．3．2 串口編程
單片機與PC機通過(guò)握手信號連通后，在PC機發(fā)送的控制狀態(tài)信號的作用下，單片機通過(guò)USART發(fā)送、接收數據與PC機的串口通信。本設計中USART工作在異步收發(fā)模式下，操作過(guò)程如下，首先初始化USART，然后將要發(fā)送的數據放在數據寄存器中，配置控制寄存器相關(guān)位使數據通過(guò)引腳能夠發(fā)送出去；接收數據的情況類(lèi)似，初始化控制寄存器后，使能接收控制寄存器的相應控制位，然后去數據寄存器中讀取數據。
2．4 系統基本組成原理圖
系統基本組成原理圖如圖3所示。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/155863.htm
3 讀寫(xiě)器系統的擴展
以上介紹的是讀寫(xiě)器的基本組成，為了設計一個(gè)方便完整的讀寫(xiě)器還要加上人機界面，存儲器，電源電路等。人機界面提供讀／寫(xiě)過(guò)程中需要人干預的接口，可選用獨立式鍵盤(pán)和LCD12864來(lái)實(shí)現；存儲電路用于暫存讀寫(xiě)器讀到的數據或者將要寫(xiě)到電子標簽中的數據暫存到讀寫(xiě)器中，再由讀寫(xiě)器發(fā)給電子標簽，可選用AT24C08芯片來(lái)實(shí)現，它是一種I2C接口的器件。電源電路為整個(gè)讀寫(xiě)器的各個(gè)芯片提供電源，可以選用各種穩壓模塊通過(guò)變換來(lái)獲得所需電源。
4 結語(yǔ)
實(shí)現設計的過(guò)程中，電磁干擾問(wèn)題很突出。將讀寫(xiě)器的PCB設計成雙層板，底層作為地層不放置元件，頂層的空地方敷上銅，并將敷銅通過(guò)過(guò)孔與底層的地相連，可大大降低電磁干擾。整個(gè)系統做了抗電磁干擾處理后，工作在微波頻段的本讀寫(xiě)器能夠在遠距離、動(dòng)物快速移動(dòng)的狀態(tài)下具備非常高的可靠性。
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