基于ARM的雙頻RFID讀寫系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1 引言

RFID（Radio Frequency Identification Technology，無線射頻識(shí)別技術(shù)）由于具有高速移動(dòng)物體識(shí)別、多目標(biāo)識(shí)別和非接觸識(shí)別等特點(diǎn)，顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用空間，被認(rèn)為是21 世紀(jì)最有發(fā)展前途的信息技術(shù)之一。射頻識(shí)別技術(shù)雖然有很多優(yōu)點(diǎn)，但其技術(shù)本身也有局限性。對(duì)RFID 系統(tǒng)而言，低頻系統(tǒng)具有良好的對(duì)水、肉體等可導(dǎo)媒介的穿透力，而速度、距離、抗沖突性較差；而高頻系統(tǒng)則正好相反。如能結(jié)合各種頻率系統(tǒng)，用其所長(zhǎng)，則可以使RFID 適應(yīng)多種場(chǎng)合，拓展其應(yīng)用范圍。本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)正是基于這一出發(fā)點(diǎn)，將低頻和高頻二種頻率的RFID 模塊組合在一起，構(gòu)成雙頻系統(tǒng)，使系統(tǒng)兼具低頻可穿透性和高頻良好的距離、速度、抗沖突性等方面的優(yōu)勢(shì)。鑒于目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上應(yīng)用最為廣泛的射頻卡和讀寫器實(shí)現(xiàn)方法，本文采用ARM 嵌入式系統(tǒng)作為微控制器，設(shè)計(jì)了能對(duì)低頻125KHz 和高頻13.56MHz 的二種頻率RFID 卡操作的讀寫模塊，實(shí)現(xiàn)了的雙頻RFID 讀寫系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由于ARM 微處理器具有運(yùn)行速度快，接口功能豐富，其應(yīng)用越來越廣泛。本文采用三星公司的S3C44B0X，它是ARM7 系列的低功耗的32 位RISC 處理器，具有ARM7TDMI內(nèi)核，有豐富的內(nèi)置部件，包括8K 字節(jié)Cache 和內(nèi)部SRAM，帶自動(dòng)握手聯(lián)絡(luò)的2 通道UART，定時(shí)器，通用 I/O 口，ADC 和I2C-BUS 控制器等。尤其是它的內(nèi)置液晶顯示器接口，可直接連接LCD 顯示器，無需專用LCD 顯示器接口芯片，可使成本降低，很適合在本系統(tǒng)中使用。讀寫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

整個(gè)系統(tǒng)由ARM 嵌入式系統(tǒng)(包括S3C44B0X,SDRAM 存儲(chǔ)器和FLASH 存儲(chǔ)器)，低頻RFID 卡讀寫模塊，高頻RFID 卡讀寫模塊，USB 接口，LCD 顯示器以及蜂鳴器、狀態(tài)指示燈等組成。RFID 模塊是北京華閏得公司開發(fā)的具有串行數(shù)據(jù)通信接口的模塊，低頻讀寫模塊是CR001，為工作于125kHz 的EM4001 卡；高頻模塊是CR013，為工作于13.56MHz的MF 卡。由于RFID 模塊具有TTL 電平的串行通信接口，這樣ARM 微處理器可直接通過片上的二個(gè)UART 接口與其連接，不需要電平轉(zhuǎn)換即可輕松實(shí)現(xiàn)與RFID 模塊的通信。嵌入式系統(tǒng)與PC 機(jī)的連接則通過USB 接口實(shí)現(xiàn)。

因?yàn)榈皖l RFID 卡一般都是只讀卡，進(jìn)入讀卡器磁場(chǎng)范圍后，就自動(dòng)發(fā)出信號(hào)。ARM微處理器通過不斷檢測(cè)端口捕捉信號(hào)，一旦讀到卡，就讀取信息，并在LCD 上顯示。對(duì)于高頻卡，可根據(jù)需要進(jìn)行讀或?qū)懖僮鳌?br>
LCD 顯示器采用320*240 點(diǎn)陣的STN 型彩色液晶模塊，可直接與S3C44B0X 連接，成本也較低。對(duì)LCD 的顯示控制直接使用S3C44B0X 內(nèi)部的LCD 驅(qū)動(dòng)控制器實(shí)現(xiàn)，它能自動(dòng)產(chǎn)生LCD 驅(qū)動(dòng)控制所需的信號(hào)。在這種接口方式下，LCD 顯示緩沖區(qū)映射在系統(tǒng)的存儲(chǔ)器空間上，程序只需將像素點(diǎn)內(nèi)容寫入存儲(chǔ)器對(duì)應(yīng)地址就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)LCD 屏上像素點(diǎn)顏色的顯示刷新，控制十分方便。

鍵盤和狀態(tài)指示燈的操作控制采用 ZLG7290 實(shí)現(xiàn)。ZLG7290 是一款功能較強(qiáng)的按鍵處理和7 段數(shù)碼管顯示專業(yè)芯片，提供了I2C 串行接口和鍵盤中斷信號(hào)，可方便地與S3C44B0X連接。

在上位機(jī)(PC 機(jī))上，通過設(shè)計(jì)專門的軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)RFID 卡的讀寫操作，并對(duì)RFID 卡進(jìn)行管理。由于PC 機(jī)功能強(qiáng)大，如再配上數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，可以對(duì)大量用戶的數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行存儲(chǔ)和查詢等處理，滿足多種應(yīng)用的需要。

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

3.1 RFID 模塊操作

CR001 模塊與S3C44B0X 的串口（UART0）相連，在接收數(shù)據(jù)前首先要對(duì)UART0 進(jìn)行初始化。根據(jù)CR001 的使用規(guī)范，設(shè)置波特率為9600Baud，數(shù)據(jù)位為8 位，1 位停止位，無校驗(yàn)位。為使ARM 對(duì)低頻RFID 卡及時(shí)作出響應(yīng)，軟件采用中斷方式接收數(shù)據(jù)，即當(dāng)S3C44B0X 的UART0 接收到數(shù)據(jù)時(shí)，產(chǎn)生中斷，在中斷服務(wù)程序中接收CR001 模塊的數(shù)據(jù)。

根據(jù) CR001 射頻讀寫模塊的使用規(guī)范，CR001 模塊輸出的數(shù)據(jù)包有5 個(gè)字段，即起始符（STX，02H）、數(shù)據(jù)（10 個(gè)ASCII 字符）、校驗(yàn)和（2 個(gè)ASCII 字符）、LD 和LF（0DH和0AH）、結(jié)束符（ETX，03H）。因此在軟件設(shè)計(jì)中，當(dāng)收到UART0 的數(shù)據(jù)時(shí)，首先要判斷一個(gè)數(shù)據(jù)包的起始符和結(jié)束符，以確定一個(gè)數(shù)據(jù)幀的起止位置，然后再檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的校驗(yàn)和是否正確。只有在接收的數(shù)據(jù)無誤時(shí)，再將其中的數(shù)據(jù)取出、存儲(chǔ)，并在LCD 上顯示。中斷服務(wù)軟件的流程如圖2 所示。