基于RFID的便攜式閱讀器的設計

1 引言

　　RFID(射頻識別)技術(shù)是一種非接觸式的自動(dòng)識別技術(shù),通過(guò)發(fā)射射頻信號對目標進(jìn)行自動(dòng)識別。RFID 系統由電子標簽和閱讀器及后臺的管理系統構成。閱讀器的主要功能是讀寫(xiě)電子標簽上存儲信息,并與后臺的管理系統進(jìn)行數據交換,再由后臺管理系統對數據進(jìn)行處理。由于RFID 閱讀器內部沒(méi)有大容量的數據存儲器,所以需要連接計算機(通常是筆記本電腦)才能對數據進(jìn)行采集,這不僅使RFID 系統的經(jīng)濟成本很難降低,而且給數據采集操作人員帶來(lái)了一定的不便。如果能夠開(kāi)發(fā)出帶有大容量數據存儲器的閱讀器,不但能使用其脫離計算機獨立進(jìn)行數據采集,還將增加閱讀器的便攜性, 同時(shí)還能降低其經(jīng)濟成本。

　　USB 技術(shù)因其使用方便、傳輸速度快等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應用。USB 接口技術(shù)主要分為USB-Host(USB主機,通常是計算機)和USB-Slave(USB 設備,通常是數據采集或存儲設備)。USB-Host 居于主導地位,與UBS設備的數據交換都是由USB-Host 發(fā)起和控制。如果能夠把USB-Host 技術(shù)應用于RFID 閱讀器的數據存儲模塊, 則能夠滿(mǎn)足RFID 閱讀器獨立采集數據及長(cháng)時(shí)間采集海量數據的需求。但問(wèn)題是USB-Host 技術(shù)主要應用于PC 機系統中,而在嵌入式系統的應用中缺少與USB-Host 直接接口技術(shù)。以USB-Host 主機接口芯片SL811HS 的推出為單片機技術(shù)與USB-Host 技術(shù)兩者結合,利用單片機直接讀寫(xiě)U 盤(pán),從而實(shí)現RFID 便攜式閱讀器的外掛式海量存儲方案的實(shí)現提供了可能。

　　2 RFID 便攜式閱讀器硬件構成

　　便攜式閱讀器在RFID 系統中主要功能是從電子標簽中讀取數據,并先將采集的數據處理后暫時(shí)存儲在數據存儲模塊的U 盤(pán)中,然后把U 盤(pán)插入計算機,RFID 管理系統再從U 盤(pán)中讀取采集的數據。便攜式閱讀器的硬件組成主要有控制模塊、數據存儲模塊、通信模塊、人機交互模塊、時(shí)鐘模塊、供電模塊等。硬件系統的構成如圖1 所示。

圖1 便攜式閱讀器硬件構成

　　(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,主要完成對電子標簽中數據的收發(fā),對發(fā)送數據進(jìn)行調制,對收到數據進(jìn)行解調;對通信模塊的控制,驅動(dòng)射頻模塊和天線(xiàn),提供能量載波;及數據存儲控制等。MCU 選用AT89C51單片機,標簽讀寫(xiě)模塊選用同欣的TX125LER 芯片。

　　(2) 數據存儲模塊

　　其功能MCU 把采集來(lái)的溫度等數據通過(guò)USBHost芯片按照約定數據存儲協(xié)議存儲到移動(dòng)數據存儲器中, 以便于后續數據的回放。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(xiàn)等構成,其功能是對收發(fā)數據進(jìn)行調制解調、與計算機進(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) 人機交互模塊

　　人機交互模塊由LCD 顯示器和鍵盤(pán)構成,其功能是通過(guò)LCD 實(shí)時(shí)顯示采集數據的信息和查詢(xún)U 盤(pán)上采集數據信息及對閱讀器進(jìn)行設置。

　　3 數據存儲模塊設計

　　3.1 SL811HS 芯片

　　在這里選SL811HS 芯片作為數據存儲模塊的USB主機控制器, SL811HS 支持USB1.1 的全速和低速設備, 其內部有虛擬的外部總線(xiàn), 這使得僅需占用外接單片機的1 個(gè)尋址空間,SL811HS 數據線(xiàn)為8 位,有16 個(gè)內部寄存器和256 字節的RAM, 可以對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,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 的單片機系統直接相連。

　　3.2 數據存儲模塊的硬件設計

　　RFID 便攜式閱讀器的數據存儲模塊主要電路如圖2 所示。圖2 中由AT89C51、SL811HS 和USB 接口構成, 其它電路因篇幅原因略去。單片機通過(guò)控制SL811HS 芯片對U 盤(pán)進(jìn)行讀寫(xiě),實(shí)現數據存取功能。為使定時(shí)計數更準確,在設計中采用外部的24MHz 有源晶振作為時(shí)鐘源。

圖2 AT89C51 與SL811HS 硬件連線(xiàn)圖