基于nRF2401的有源RFID手持式讀寫(xiě)器的設計
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引言
本文設計了一款有源RFID便攜式讀寫(xiě)器。本讀寫(xiě)器工作在2.4GHz～2.5GHz的頻率范圍內，其特點(diǎn)是讀寫(xiě)距離遠、數據傳輸量大、存儲能力強，主要應用于大型的貨物儲倉中，能快速準確地對成千上萬(wàn)的貨物進(jìn)行清算，或應用于大型車(chē)庫中，對繁忙的車(chē)輛出入進(jìn)行快速有效地記錄與管理。
RFID系統主要包括射頻讀寫(xiě)器和射頻識別標簽(應答器)兩部分。射頻識別標簽是射頻識別系統的數據載體。通常，射頻識別標簽由耦合元件和微電子器件構成，可分為有源標簽和無(wú)源標簽兩種類(lèi)型。讀寫(xiě)器可以發(fā)送射頻信號到電子標簽，并接收電子標簽返回的射頻信號，從而獲取標簽數據信息。不論是讀寫(xiě)器還是應答器，它們都有一個(gè)重要的構成部分，即微型天線(xiàn)。微型天線(xiàn)可使讀寫(xiě)器和應答器之間進(jìn)行有效的信號和能量傳輸。 如圖1所示，射頻應答器和射頻讀寫(xiě)器的組成均包括微型天線(xiàn)、射頻信號收發(fā)器、數據處理器和存儲器。除此之外，讀寫(xiě)器還包括存儲器的讀寫(xiě)控制、與計算機的通信、顯示器控制等。
本讀寫(xiě)器采用nRF2401作為射頻信號的收發(fā)器，W77E58作為總控制器，并負責數據的處理，選用非易失性的K9F5608作為存儲器。同時(shí)選用了時(shí)鐘芯片DS1302、串行口顯示器FYD12864和RS-232驅動(dòng)／接收器MAX233。
系統框圖
本系統中各元件與單片機之間的連接如圖2所示。
本系統的主控芯片W77E58指令執行速度快、讀寫(xiě)速度快、功能龐大且設計方便。首先，根據鍵盤(pán)鍵人的指令，通過(guò)W77E58的控制，nRF2401向對應編號的電子標簽進(jìn)行查詢(xún)，再將查詢(xún)結果存入K9F5608中，同時(shí)將DS1302即時(shí)產(chǎn)生的時(shí)刻信息，也就是查詢(xún)時(shí)刻信息存入K9F5608中，由FYD12864顯示整個(gè)查詢(xún)過(guò)程。系統可通過(guò)MAX233與計算機通信，實(shí)現數據上傳與下載。
nRF2401功能強大且使用簡(jiǎn)便，只需利用SPI接口的3條信號線(xiàn)：DATA、CLK1、CS便可對其進(jìn)行配置。4種不同工作模式的控制也只需使用PWR_UP、CE、CS三個(gè)引腳。其工作模式為：收發(fā)模式、配置模式、空閑模式和關(guān)斷模式。 為了降低功耗，系統平時(shí)處于空閑模式，通過(guò)W77E58外部中斷0來(lái)監測鍵盤(pán)的中斷信號，一旦檢測到有鍵盤(pán)鍵入，W77E58便進(jìn)入正常工作模式，并接收與判別來(lái)自鍵盤(pán)的指令數據，若判別出數據為電子標簽搜索指令，W77E58便通過(guò)輸出高電平到nRF2401的PWR_UP引腳激活nRF2401，通過(guò)設置CE與CS來(lái)選擇nRF2401的工作模式。
W77E58通過(guò)其增強型全雙工串口SCON1的RXD1、TXD1將數據傳輸給nRF2401。nRF2401對數據進(jìn)行調制并向外發(fā)送后，立即進(jìn)入接收模式，若在指定時(shí)間內無(wú)響應，則重復發(fā)送再轉入接收模式，若指定發(fā)送次數內仍無(wú)響應，則判定搜索范圍內無(wú)有效標簽。DS1302提供搜索時(shí)刻信息，它和搜索結果一起存入K9F5608,，
若nRF2401接收到來(lái)自電子標簽的應答信號，便自動(dòng)進(jìn)行接收與檢測，然后將數據解調后傳輸給W77E58。同理，W77E58將數據和搜索時(shí)刻信息存儲到外存儲器中。
另外，通過(guò)W77E58的另一組串口SCON的RXD、TXD，以及MAX233可進(jìn)行本系統與計算機之間的數據通信。
K9F5608提供了32MB的數據存儲空間，其存儲量大、讀寫(xiě)速度快、性能穩定。K9F5608有一組功能強大的復用8位I／O口，既可作為指令的輸入口使用，也可作為數據和地址的輸入／輸出口使用，因此，只需占用W77E58的一組8位I／O口。K91F5608的使用非常方便，其片上寫(xiě)控制系統可使所有的編程和擦除功能自動(dòng)完成。
系統工作流程
系統的工作流程如圖3所示。系統開(kāi)啟后，首先進(jìn)行系統的初始化，包括對W77E58各內部資源的初始化，如：定時(shí)／計數器、中斷系統、串行口、存儲器等；以及nRF2401初始狀態(tài)的配置等。然后，系統進(jìn)入空閑模式，等待鍵盤(pán)按鍵產(chǎn)生的外部中斷輸入信號，由鍵盤(pán)的中斷信號激勵系統進(jìn)入正常工作狀態(tài)；隨后將鍵盤(pán)鍵人的RFID編號作為請求信號發(fā)送出去，并檢測是否有應答信號，同時(shí)將結果顯示在LCD顯示器上。系統可將接收到的數據和時(shí)間保存到K9F5608記錄存儲器中，或通過(guò)串行口傳到PC。
結語(yǔ)
本文主要簡(jiǎn)述了基于nRF2401射頻收發(fā)芯片的便攜式RFID讀寫(xiě)器的設計。系統具有體積小、傳輸速度快、性能穩定、功耗低等特點(diǎn)。
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