基于SPCE061A的射頻讀寫(xiě)器信號分析系統設計

引 言

射頻識別RFID技術(shù)是一種基于射頻原理實(shí)現的非接觸式自動(dòng)識別技術(shù)。它的基本原理是信號通過(guò)空間耦合(交變磁場(chǎng)和電磁場(chǎng))實(shí)現信息傳遞，這些信息一般加載在電子標簽中。信息的數據格式通常有標準的韋根(Wiegand)信號或各種串行通信接口信號。

當前，讀寫(xiě)器的應用日漸廣泛。在生產(chǎn)和銷(xiāo)售的過(guò)程中，人們常?？嘤跊](méi)有一種快速、簡(jiǎn)便的方法對讀寫(xiě)器的輸出信號進(jìn)行直觀(guān)的顯示，以至于在生產(chǎn)中常常需要將產(chǎn)品進(jìn)行返工，重新校正產(chǎn)品的信號輸出。為解決這一問(wèn)題，采用具有語(yǔ)音處理功能的SPCE061A單片機作為控制器，對射頻讀寫(xiě)器常見(jiàn)的輸出信號進(jìn)行分析和處理。

1 信號分析系統的總體設計

在射頻讀寫(xiě)器中，需要分析與處理的常見(jiàn)信號包括RS-232信號、RS-485及韋根信號。對這些信號的處理可以采用凌陽(yáng)SPCE061A單片機。凌陽(yáng)SPCE061A單片機具有51單片機的常用功能，片內資源高度集成，如ADC、DAC、RAM、FLASH、定時(shí)器、鎖相環(huán)、低電壓檢測及復位、看門(mén)狗、ICE接口等等；另外，SPCE061A內嵌32K字閃存，其u’nSP指令系統還提供具有較高處理速度的16位×16位乘法運算指令和內積運算指令，能方便、快捷地處理各種復雜的數字信號。因此，本系統采用SPCE061A作為核心控制電路來(lái)進(jìn)行外圍電路開(kāi)發(fā)，系統的總體框圖如圖1所示。

在本系統中，為了選擇所要測試的數據類(lèi)型，系統中設計了數據切換按鈕以使系統能夠對所讀數據進(jìn)行選擇處理，同時(shí)，為了直觀(guān)看到所要分析的數據信號，系統中設置了LCD。該LCD能將所讀數據的ID顯示出來(lái)，同時(shí)系統能將讀到的錯誤ID通過(guò)語(yǔ)音模塊進(jìn)行報警。本文重點(diǎn)討論使用SPCE061A對常見(jiàn)信號(如RS-485與韋根信號)進(jìn)行分析與處理的方法。

1.1 RS-485數據信號處理

本文所要處理的RS-485信號的數據幀格式如下：

①數據開(kāi)始標志STX=02H，數據結束標志ETX=03H。

②DATA為讀取的電子標簽編號，長(cháng)度為8字節ASCII碼。把數據按從高到低的順序每4位1組進(jìn)行分割，再把4位二進(jìn)制數的取值用ASCII碼表示。由于4位二進(jìn)制數的取值范圍是0H～FH，因此轉換后的ASCII碼為30H～39H、41H～46H。例如：32位編號數據為6A90F103H，轉化為8字節的ASCII碼后為“36H 41H39H 30H 46H 31H 30H 33H”。

③BCC為校驗碼，是從STX到ETX每一個(gè)字節“異或”后的結果。接收時(shí)，SPCE061A單片機對接收的數據進(jìn)行校驗和計算，然后與校驗碼相比較，以進(jìn)行誤碼判斷。

當用SPCE061A單片機對RS-485信號進(jìn)行分析時(shí)，采用Maxim公司的MAX481作為RS-485的驅動(dòng)芯片。該芯片內部集成了1個(gè)驅動(dòng)器和1個(gè)接收器，符合RS-422A和RS-485通信標準。MAX481引腳如圖2所示。引腳功能如表1所列。

SPCE061A與RS-485的接口電路如圖3所示。

SPCE061A的串口引腳IOAlO和IOAl3分別連接到MAX481的RO和DI引腳，以進(jìn)行串行數據交換；控制引腳I0A12和IOAll分別連接到MAX481的DE和引腳，以控制驅動(dòng)器和接收使能端。這4個(gè)引腳均接上拉電阻。

MAX481的A端和B端為RS一485差分信號的輸入和輸出端。二者之間串接1個(gè)120 Ω的電阻。

1．2 韋根信號處理

韋根碼有多種數據格式，本文介紹讀寫(xiě)器中較常用的韋根碼(26位)數據格式。國際標準Wiegand26格式每次只傳輸26位數據(二進(jìn)制)。這26位中只有24位是有效數據，我們規定這24位對應電子標簽中編號的低24位。其傳輸格式如下：

表2對韋根數據格式進(jìn)行了詳細說(shuō)明。其中第2～9位為分組碼，分組碼共有8個(gè)二進(jìn)制位，有256個(gè)狀態(tài)；第10～25位為標識碼，標識碼共16個(gè)二進(jìn)制位，有65 536個(gè)狀態(tài)；第1位是第2～13位的偶校驗位；第26位是第14～25位的奇校驗位。

由于韋根信號的特殊性，在一般的應用中，對韋根信號的分析均是使用FPGA來(lái)完成的，文中采用如下一種特殊方式對韋根信號進(jìn)行處理。圖4中74HCl4是施密特反相器，主要起整形作用；74HC86為異或門(mén)。根據韋根信號的特點(diǎn)，data0和datal所輸入的信號總是相反的，這樣通過(guò)第一級異或門(mén)就可檢出data0和datal端所出現的“O”和“1”。第二級異或門(mén)一端接VCC，只起反相的作用，以便產(chǎn)生適合SPCE061A的中斷信號；輸出接到SPCE061A的中斷輸入端IOB2(INTO)。datal經(jīng)反相整形后與SPCE061A的IOB3(INTl)相連。SPCE061A可以讀取該信號來(lái)判別是“O”還是“1”。

2 系統軟件設計

在進(jìn)行系統的軟件設計時(shí)，首先必須對SPCE061A的引腳進(jìn)行配置，將IOB2和IOB3分配為外部中斷1和外部中斷O，使SPCE061A能夠更好地捕捉到外部的韋根信號。初始化程序如下：

由于數據脈沖的寬度比較窄，為了不使讀到的數據產(chǎn)生錯誤，在IOB3上的中斷信號產(chǎn)生之前應將IOB2上的EXTl信號進(jìn)行捕捉。

結語(yǔ)

本系統最大的優(yōu)點(diǎn)在于能夠快速、方便地對讀寫(xiě)器的各種信號進(jìn)行分析和處理。通過(guò)附加的LCD顯示屏和語(yǔ)音提示，該系統可以隨時(shí)檢測讀寫(xiě)器所讀的ID信號。這一過(guò)程可以減少產(chǎn)品測試員的煩瑣工作，也能加大對讀寫(xiě)器產(chǎn)品的對外推廣力度，大大提高生產(chǎn)效率，促進(jìn)銷(xiāo)售。