RFID 系統中便攜式閱讀器的設計與實現

1 引言

RFID(射頻識別)技術是一種非接觸式的自動識別技術,通過發射射頻信號對目標進行自動識別。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電子標簽上存儲信息,并與后臺的管理系統進行數據交換,再由后臺管理系統對數據進行處理。由于RFID 閱讀器內部沒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)才能對數據進行采集,這不僅使RFID 系統的經濟成本很難降低,而且給數據采集操作人員帶來了一定的不便。如果能夠開發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行數據采集,還將增加閱讀器的便攜性, 同時還能降低其經濟成本。

USB 技術因其使用方便、傳輸速度快等優點而得到廣泛應用。USB 接口技術主要分為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 發起和控制。如果能夠把USB-Host 技術應用于RFID 閱讀器的數據存儲模塊, 則能夠滿足RFID 閱讀器獨立采集數據及長時間采集海量數據的需求。但問題是USB-Host 技術主要應用于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。以USB-Host 主機接口芯片SL811HS 的推出為單片機技術與USB-Host 技術兩者結合,利用單片機直接讀寫U 盤,從而實現RFID 便攜式閱讀器的外掛式海量存儲方案的實現提供了可能。

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存儲在數據存儲模塊的U 盤中,然后把U 盤插入計算機,RFID 管理系統再從U 盤中讀取采集的數據。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、時鐘模塊、供電模塊等。硬件系統的構成如圖1 所示。

(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,對發送數據進行調制,對收到數據進行解調;對通信模塊的控制,驅動射頻模塊和天線,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 把采集來的溫度等數據通過USBHost芯片按照約定數據存儲協議存儲到移動數據存儲器中, 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、天線等構成,其功能是對收發數據進行調制解調、與計算機進行實時通信、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 顯示器和鍵盤構成,其功能是通過LCD 實時顯示采集數據的信息和查詢U 盤上采集數據信息及對閱讀器進行設置。

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, 這使得僅需占用外接單片機的1 個尋址空間,SL811HS 數據線為8 位,有16 個內部寄存器和256 字節的RAM, 可以對USB-Host 進行充分的控制和為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。單片機通過控制SL811HS 芯片對U 盤進行讀寫,實現數據存取功能。為使定時計數更準確,在設計中采用外部的24MHz 有源晶振作為時鐘源。

3.3 數據存儲模塊的軟件設計

數據存儲模塊讀寫主要是對文件操作, 采集數據量大, 所以采用USB 的批量傳輸協議來完成數據包的收發,同時運用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, 對U 盤進行管理, 包括U 盤進行復位和配置。當U盤準備好后,MCU 接收閱讀模塊采集的數據,對U 盤進行文件讀寫操作。

(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 盤進行復位。

(2) 檢測 U 盤

當有U 盤插入USB 接口時,AT8 9C5 1 接受來自SL811HS 的中斷,處理中斷響應,檢測設備類型、配置傳輸方式、分配地址等。

(3) 讀寫操作

當U 盤準備好后,AT89C51 通知閱讀器讀寫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制代碼傳給SL811HS,由于SL811HS 的外接總線的地址和數據信號是復用的,通過42 管腳上信號來區分AT89C51 傳過來是地址還是數據。因而AT89C51 與SL811HS 進行通信時先發送地址,再發送數據,這樣SL811HS 就可以把電子標簽上的信息準確地寫入U 盤了。



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