RFID射频读写器的设计

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RFID（Radio Frequency Identification）是一种无线射频识别技 术，它是自动识别技术的一种。使用专用的RFID 读写器及专门的可附着于目标物的RFID标签，利用频率信号将信息由标签传送至读写器。相比传统的条码、磁卡等自动识别技术，RFID技术在诸多方面都有显著优势，如环境适应能力、工作距离、保 密性、及其智能化等。另外，它对多个高速运动的物体也可同时识别。
         
        RFID技术正在迅速成熟，许多国家都将它作为一项重要产业予以积极推动。就目前来看，中国无源超高频发展还处于初级阶段，亟待突破核心技术，不仅需要完善商业模 式更需要创新，要想无源超高频市场发展，必须有效地解决核心问题。本文为射频通信系统的实现提供了一种可行的解决方案。
         
        1 系统整体设计
        本文选用的是C8051F310微控制器和FM1702SL读写芯片。C8051F310具有10位转换速率可达200 ksps的ADC，高速8051微控制器内核，29/25个端口I/O等特点；非接触式读卡芯片FM1702SL是基于ISO14443标准的，可满足的加密算法有很多种，支持13.56 MHz下的非接触通信协议TYPEA。
         
        读写器将要发射的信息编码后加载在13.56MHz的射频载波上，通过天线向外发送，并形成一个稳定的电磁场，为RFID标签提供能量。当RFID电子标签进 入读写器的工作区时，卡内天线接收此信号和能量，标签被激活。标签芯片对此信号做出判断，如为有效信令，则从存储器中读取有关信息，并通过卡内天线发射出 去。天线收到此信号，FM1702SL内部接收器对信号进行检测和解调并根据寄存器的设定进行处理，之后送至主机系统。主机系统判断出该标签是否合法，做出相应处理，随后发出指令到读写器。
         
        2 系统硬件设计
        2.1 整体电路设计
        外部电源为220V交流电，通过开关电源将其稳压在5V，给电路板供电。由于C8051F310单片机的 供电电压为2.7 V~3.6V，射频读写芯片FM1702SL的供电电压为3 V~5 V，所以用一片AMS1117稳压器，将电压稳定在3.3V供电。RS232通过SP3232实现电平转换，与C8051F310相连接，C8051F310单片机通过SPI口与FM1702SL相连接，进而对读写芯片进行控制。FM1702SL再与天线相连接实现信号的发送与接收。
         
        总之，该系统主要由电源模块、串口通讯模块、MCU 模块、FM1702SL 接口模块和天线匹配电路模块组成。
         
        2.2 FM1702SL 电路设计
        FM1702SL是高集成度的芯片，其外围电路需要几个退耦电容和一个晶振以及一个0 Ω 电阻即可。本系统采用PCB天线设计，FM1702SL电路如图1 所示。
         

       
        图1 FM1702SL 电路

         

         

        3 系统软件设计
        首先对C8051F310和FM1702SL初始化，然后执行检测命令进行寻卡，如果有卡进入，判断信令是否有效，如为有效信令就进行防冲突机制，选择卡片，再进行认证，通过之后进行读卡、写卡、停止等操作，依此循环。部分程序的子函数如下：
        char PcdRequest(unsigned char req_code,unsigned char*pTagType)
        // 防冲撞
        //input: g_cSNR= 存放序列号(4byte) 的内存单元首地址
        //output:status=MI_OK: 成功
        // 得到的序列号放入指定单元
        char PcdAnticoll(unsigned char *pSnr)
        // 选定一张卡
         
        4 结束语
        本文使用C8051F310和FM1702SL实现了射频通信系统的软硬件设计，论述了主要电路的设计原理，介绍了部分程序的设计。本文射频读写器的设计具有实际意义。射频识别技术也是物联网的核心研究内容之一，本文的研究对物联网研究也有着重要的指导意义。