嵌入式系統的RFID讀卡器和無(wú)源標簽設計

本設計中的CR95HF使用串口方式與STM32F103VET6微處理器通信，CR95HF提供與串口標準兼容的通信接口(14和12引腳)，可與微處理器進(jìn)行雙向通信。CR95HF射頻芯片供電電壓為3.3V，可以使用STM32F103VET6所用電壓。同時(shí)，電容C1、C2、C3用來(lái)去耦，減少干擾。RX1、TX1、RX2、TX2引腳用來(lái)連接匹配電路和天線(xiàn)。CR95HF工作在高頻頻段，在天線(xiàn)設計上，通過(guò)匹配電路電容和電阻值的選取，得到匹配電路的等效電容，由于會(huì )和天線(xiàn)電感組成頻率為13．56 MHz LC振蕩回路，因而可以計算出所需的天線(xiàn)電感，從而得到天線(xiàn)參數，進(jìn)行匹配設計。
2．1．3 數據通信部分的設計
本文設計的RFID讀卡器通過(guò)使用STM32F103VET6芯片內部集成的標準USB接口與PC上位機實(shí)現有線(xiàn)通信。USB接口支持設備的即插即用和熱插拔功能，從而可以方便地實(shí)現讀卡器設備的移動(dòng)。同時(shí)，USB2．0高速總線(xiàn)傳輸速率可達480 Mbps，可以快速地將讀卡器與PC上位機進(jìn)行數據交換。由于本文所設計標簽具有容量較大等特點(diǎn)，因而讀卡器需要能夠快速地將讀取到標簽內的大容量數據傳輸給上位機，而USB總線(xiàn)傳輸速率極高的優(yōu)點(diǎn)使得本讀卡器可以滿(mǎn)足實(shí)時(shí)需求。
2．2 基于M24LR64的大容量無(wú)源RFID標簽設計
2．2．1 大容量RFID標簽電路設計
M24LR64是意法半導體公司推出的一款新型無(wú)線(xiàn)存儲器芯片，其內部具有口令保護的64 Kb EEPROM，支持工作頻率為13．56 MHz，符合ISO／IEC 15693協(xié)議標準的無(wú)線(xiàn)通信接口數據，傳輸頻率為400kHz，符合I2C串行總線(xiàn)標準的有線(xiàn)通信接口。其工作電壓為1．8～5．5 V，在I2C總線(xiàn)接口模式下，芯片工作電源由VCC引腳提供，存儲器結構為8 192×8位；在無(wú)線(xiàn)射頻接口模式下，以接收到的射頻載波信號為工作電能，存儲器結構為2 048×32位。M24LR64引腳配置圖如圖3所示。

由于該芯片價(jià)格比較昂貴，應根據不同的需求選擇標簽存儲容量；根據項目需要，本文設計了采用3個(gè)M24LR64芯片的標簽，即實(shí)現了24 KB的大存儲容量標簽。另外對三個(gè)芯片采用并聯(lián)方式，從而實(shí)現三個(gè)芯片共用一條I2C總線(xiàn)和一根天線(xiàn)，減少標簽的成本和功耗。
設計中，通過(guò)讓3個(gè)M24LR64的E1、E0引腳依次賦值00、01、10來(lái)區分是第幾個(gè)M24LR64存儲器。SCL、SDA為引出的I2C總線(xiàn)接口。同理，當標簽采用RFID讀卡器對標簽進(jìn)行無(wú)線(xiàn)數據讀寫(xiě)時(shí)，根據3個(gè)M24LR64引腳E1、E0的不同來(lái)區分和選擇所需的M24LR64。其中，AC0和AC1是存儲器天線(xiàn)的收發(fā)端，將其并聯(lián)實(shí)現了共用一個(gè)天線(xiàn)。標簽電路原理示意圖如圖4所示。
2．2．2 天線(xiàn)研究與設計
M24LR64在進(jìn)行無(wú)線(xiàn)方式的信息讀寫(xiě)時(shí)，采用頻率為13．56 MHz的高頻(HF)載波進(jìn)行通信。通過(guò)電磁耦合，標簽利用外部電感天線(xiàn)從嵌入式RFID讀卡器的電磁場(chǎng)中獲取所需電能。M24LR64等效電路和天線(xiàn)等效電路圖如圖5所示。其中，Ctun是M24LR64的內部調諧電容，其值為28．5 pF，并聯(lián)電阻Rchip以模擬芯片的電流消耗；天線(xiàn)是一條導線(xiàn)，Rant表示等效電阻，Lant表示天線(xiàn)電感，Cant表示天線(xiàn)寄生電容。