RFID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。

　?。?） 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。

　?。?） 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。

　?。?） 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
3.3 數據存儲模塊的軟件設計

　　數據存儲模塊讀寫(xiě)主要是對文件操作， 采集數據量大， 所以采用USB 的批量傳輸協(xié)議來(lái)完成數據包的收發(fā)，同時(shí)運用FAT16 文件系統完成存儲數據的組織和管理。采集的射頻數據以文本文件存儲。數據存儲模塊的軟件設計流程如圖3 所示， 首先是初始化，然后檢測U盤(pán)， 對U 盤(pán)進(jìn)行管理， 包括 U 盤(pán)進(jìn)行復位和配置。當U盤(pán)準備好后，MCU 接收閱讀模塊采集的數據，對U 盤(pán)進(jìn)行文件讀寫(xiě)操作。

圖3 數據存儲模塊的軟件設計流程
（1） 系統初始化

　　系統初始化包括AT89C51 的初始化和SL811HS 的初始化。AT89C51 的初始化主要是完成內部存儲器、外部中斷、I/O 口等的初始化。SL811HS 的初始化主要設定工作模式， 對U 盤(pán)進(jìn)行復位。

　?。?） 檢測 U 盤(pán)

　　當有U 盤(pán)插入USB 接口時(shí)，AT8 9C5 1 接受來(lái)自SL811HS 的中斷，處理中斷響應，檢測設備類(lèi)型、配置傳輸方式、分配地址等。

　?。?） 讀寫(xiě)操作

　　當U 盤(pán)準備好后，AT89C51 通知閱讀器讀寫(xiě)模型采集電子標簽上的信息，然后把采集到的信息轉換成二進(jìn)制代碼傳給SL811HS，由于 SL811HS 的外接總線(xiàn)的地址和數據信號是復用的，通過(guò)42 管腳上信號來(lái)區分AT89C51 傳過(guò)來(lái)是地址還是數據。因而AT89C51 與 SL811HS 進(jìn)行通信時(shí)先發(fā)送地址，再發(fā)送數據，這樣SL811HS 就可以把電子標簽上的信息準確地寫(xiě)入U 盤(pán)了。

　　4 結束語(yǔ)

　　本文完成了RFID 系統中便攜式閱讀器的總體設計， 把單片機與 USB-Hos t 技術(shù)相結合，設計了RFID便攜式閱讀器的數據存儲模塊，從而實(shí)現RFID 便攜式閱讀器的外掛式海量存儲。使RFID 閱讀器能夠脫離計算機獨立工作，給操作人員帶來(lái)了方便，也降低了RFID系統的成本。