基于EM4469射頻卡的手持式讀寫(xiě)設(shè)備的開(kāi)發(fā)

文章出處：http://botanicstilllife.com 作者：馬秀麗 姜學(xué)軍   人氣： 發(fā)表時(shí)間：2011年10月22日

    RFID系統(tǒng)主要由射頻電子標(biāo)簽、讀寫(xiě)設(shè)備和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及軟件組成。其中，讀寫(xiě)設(shè)備主要作為射頻卡數(shù)據(jù)采集終端，其任務(wù)是啟動(dòng)作為數(shù)據(jù)載體的射頻電子標(biāo)簽，并與這個(gè)射頻電子標(biāo)簽通過(guò)空間耦合建立雙向通信聯(lián)系，從而實(shí)現(xiàn)射頻電子標(biāo)簽與讀寫(xiě)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)射頻卡中數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)、存儲(chǔ)和向計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)，它是RFID系統(tǒng)中十分重要的一個(gè)硬件設(shè)備。  

射頻電子標(biāo)簽EM4469  

    EM4469射頻卡是EM微電子公司推出的一款工作頻率為100kHz~150kHz，具有讀/寫(xiě)功能的非接觸式RFID射頻芯片，它可以較低的功耗提供多種數(shù)據(jù)傳輸速率和數(shù)據(jù)編碼方式。由于該射頻芯片不僅兼容ISO 11784/11785標(biāo)準(zhǔn)，還符合ISO FDX/B動(dòng)物識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)，因此，該射頻芯片可被廣泛應(yīng)用于各種應(yīng)用管理系統(tǒng)中，尤其是動(dòng)物識(shí)別和跟蹤管理。  

    EM4469具有32位的密碼讀/寫(xiě)保護(hù)、32位唯一的ID碼和10位用戶碼。EM4469 的EEPROM存儲(chǔ)空間有512位，被分為16個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)32位，其中的鎖定位可以將EEPROM的數(shù)據(jù)塊變成只讀模式。EM4469可以較低的功耗提供多種數(shù)據(jù)傳輸率和編碼方式，而且其內(nèi)部集成的諧振電容可掩膜選擇，不需要外部電容。另外，它還有片內(nèi)整流器和限壓器，可以在-40℃~85℃溫度下工作。  
　　  
手持式讀寫(xiě)設(shè)備設(shè)計(jì)  

    手持式讀寫(xiě)設(shè)備也叫便攜式讀寫(xiě)器，它是將RFID讀寫(xiě)功能、天線和數(shù)據(jù)處理功能集成在一起的掌上電腦。其主要部分是射頻卡讀寫(xiě)電路，用于實(shí)現(xiàn)射頻卡的讀寫(xiě)和數(shù)據(jù)采集。此外，它通常帶有液晶顯示屏和鍵盤(pán)，用來(lái)輸入和顯示數(shù)據(jù)，并配有存儲(chǔ)器和通信接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的保存并向計(jì)算機(jī)傳送，另外，還配有穩(wěn)定的電源管理電路，用于設(shè)備的供電。  

手持式讀寫(xiě)設(shè)備的硬件設(shè)計(jì)  

    手持式讀寫(xiě)設(shè)備的硬件電路主要包括主控單片機(jī)、射頻讀寫(xiě)、液晶顯示、存儲(chǔ)、鍵盤(pán)、通信、電源和聲光提示電路。  

主控單片機(jī)和射頻卡  

讀寫(xiě)電路設(shè)計(jì)  

    考慮到手持機(jī)的存儲(chǔ)容量大、外部中斷和定時(shí)中斷的功能需要，以及開(kāi)發(fā)工具的費(fèi)用等因素，本系統(tǒng)選用了由深圳宏晶科技公司生產(chǎn)的STC89C58RD+單片機(jī)作為主控制模塊。STC89C58RD+具有以下優(yōu)點(diǎn)：加密性強(qiáng)；超強(qiáng)的抗干擾性，有三大降低單片機(jī)時(shí)鐘對(duì)外部電磁輻射的措施；超低功耗；在線系統(tǒng)可編程和可遠(yuǎn)程升級(jí)。  

    射頻卡讀寫(xiě)電路是手持機(jī)的重要組成部分，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)射頻卡的寫(xiě)入并讀取射頻卡所攜帶的數(shù)據(jù)信息。這里采用射頻卡讀寫(xiě)模塊XM503A來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)EM4469射頻卡的讀寫(xiě)控制(見(jiàn)圖1)。  

圖1 手持設(shè)備的射頻卡讀寫(xiě)電路  

液晶顯示電路  

    本手持式讀寫(xiě)設(shè)備中的數(shù)據(jù)顯示電路采用CSD—12864I液晶顯示模塊。這是一種圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊，主要由行驅(qū)動(dòng)器和列驅(qū)動(dòng)器，以及128×64全點(diǎn)陣液晶顯示器組成。它可以完成圖形顯示，也可以顯示32個(gè)16×16點(diǎn)陣的漢字。液晶顯示模塊與CPU接口采用8位數(shù)據(jù)總線和8條控制線。  

    在初始化的時(shí)候要先輸入關(guān)顯示屏的指令，然后輸入開(kāi)顯示屏的指令，接下來(lái)就可以設(shè)置顯示的起始行和頁(yè)地址，進(jìn)入讀寫(xiě)顯示數(shù)據(jù)的操作。  

存儲(chǔ)電路硬件設(shè)計(jì)  

    在本RFID手持式讀寫(xiě)設(shè)備中，STC89C58RD+單片機(jī)只有1280B的RAM，需要附加存儲(chǔ)器電路。本手持機(jī)選擇了由Hynix公司生產(chǎn)的HY628400存儲(chǔ)器。  

    HY628400是一種高速、低功耗的、容量為512k×8bit(共4Mb)的SRAM器件，它采用了先進(jìn)的CMOS技術(shù)，兼容TTL輸入和輸出，數(shù)據(jù)保存模式使該器件在最低電壓為2V的時(shí)候，仍然可以保證數(shù)據(jù)是有效的。  

    HY628400的4Mb存儲(chǔ)單元中，分配2Mb的空間存放漢字字庫(kù)，用于液晶顯示模塊的漢字顯示；其余2Mb的空間用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。 HY628400與單片機(jī)的連接電路如圖2所示?！?nbsp; 

圖2 STC89C58RD+單片機(jī)與HY628400存儲(chǔ)器的連接電路 

其他部分電路的設(shè)計(jì)   

    RFID手持式讀寫(xiě)設(shè)備與計(jì)算機(jī)之間通過(guò)RS-232C串行接口進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。本手持式讀寫(xiě)設(shè)備選用了兼容RS-232標(biāo)準(zhǔn)的MAX3243芯片。MAX3243具有3個(gè)驅(qū)動(dòng)器、5個(gè)接收器和雙電荷泵電路，而且所有的引腳都具有±15kV ESD保護(hù)。  

    鍵盤(pán)作為用戶的輸入端口，其功能是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入和手持機(jī)功能選擇與操作的控制，從而實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。本手持機(jī)鍵盤(pán)一共設(shè)有19個(gè)鍵，包括0～9數(shù)字鍵10個(gè)，F(xiàn)1、F2、F3、“.”和回車共5個(gè)功能鍵，背光鍵、掃描鍵(讀寫(xiě)EM4469的按鍵)、以及開(kāi)關(guān)鍵。  

    時(shí)鐘電路用于為手持機(jī)提供準(zhǔn)確的時(shí)間，并可以在液晶顯示屏上顯示出當(dāng)前的時(shí)間。本手持機(jī)選用深圳市威帆電子技術(shù)有限公司生產(chǎn)的SD2003A時(shí)鐘芯片，其具有體積小、內(nèi)置晶振、支持I2C總線接口等特點(diǎn)，可以定時(shí)中斷輸出，高精度、免調(diào)校，年誤差小于2分鐘(在25±1℃下)。  

    本手持式讀寫(xiě)設(shè)備的工作電壓為5V，后備電源電壓為3.6V，因此選用Maxim公司的升壓型DC/DC電壓轉(zhuǎn)換器件MAX682為手持機(jī)供電。MAX682通過(guò)2.7V～5.5V的輸入電壓，可獲得穩(wěn)定的5V輸出電壓和250mA的輸出電流，而且停機(jī)狀態(tài)下的電流損耗小(只有0.1mA)，完全滿足手持機(jī)的供電需要。電源模塊的電路如圖3所示，其中，C105和C107是濾波電容，電阻R102是控制電阻，C106是電路的升壓電容。  

圖3 手持式讀寫(xiě)設(shè)備電源電路  

    聲光提示電路包括蜂鳴器和LED發(fā)光二極管電路兩部分，用于手持機(jī)操作成功或各種警示狀態(tài)提示。  

軟件設(shè)計(jì)  

    本手持式讀寫(xiě)設(shè)備主要完成射頻電子標(biāo)簽的讀寫(xiě)、數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和與計(jì)算機(jī)的信息通信。手持機(jī)主程序的流程如圖4所示?！　?nbsp; 

圖4 手持式讀寫(xiě)設(shè)備主程序流程圖 

    本文開(kāi)發(fā)的手持式讀寫(xiě)設(shè)備采用曼徹斯特編碼方式來(lái)讀取EM4469的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸率為RF/64。  

    XM503感應(yīng)模塊通過(guò)發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)命令來(lái)完成對(duì)EM4469射頻卡的讀寫(xiě)操作。讀卡的程序流程是：首先初始化單片機(jī)串口，發(fā)送開(kāi)射頻場(chǎng)的命令，輸入要讀取的數(shù)據(jù)扇區(qū)的區(qū)號(hào)。然后發(fā)送讀數(shù)據(jù)的命令，判斷此命令是否發(fā)送完畢，如果沒(méi)有發(fā)送完就接著發(fā)送；如果發(fā)送結(jié)束就接著判斷是否有數(shù)據(jù)，如果沒(méi)有數(shù)據(jù)則提示錯(cuò)誤并返回到初始化的地方。如果有數(shù)據(jù)就開(kāi)始接收。最后判斷接收到的數(shù)據(jù)正確與否，如果正確，則可以將所讀取到的數(shù)據(jù)通過(guò)液晶顯示屏顯示出來(lái)。如果判斷接收到的數(shù)據(jù)是錯(cuò)誤的，則提示錯(cuò)誤并返回初始化。  

    當(dāng)要往EM4469射頻卡中寫(xiě)入數(shù)據(jù)的時(shí)候，先要將單片機(jī)的串口初始化，設(shè)置波特率，發(fā)送開(kāi)射頻場(chǎng)的命令。然后輸入要寫(xiě)入數(shù)據(jù)的扇區(qū)的區(qū)號(hào)并發(fā)送寫(xiě)數(shù)據(jù)的命令，接著判斷寫(xiě)數(shù)據(jù)命令是否發(fā)送完畢。如果沒(méi)有發(fā)送完畢就接著發(fā)送；如果發(fā)送結(jié)束就進(jìn)一步判斷是否有數(shù)據(jù)。如果沒(méi)有數(shù)據(jù)則提示錯(cuò)誤并返回初始化；如果有數(shù)據(jù)就開(kāi)始接收要寫(xiě)入的數(shù)據(jù)。再判斷接收到的數(shù)據(jù)正確與否。如果判斷接收到的數(shù)據(jù)是錯(cuò)誤的，則提示錯(cuò)誤并返回到初始化的地方；如果正確，還要將其讀出來(lái)，判斷是否是要寫(xiě)入的數(shù)據(jù)。如果是就結(jié)束；如果不是就返回初始化。  
　　  
結(jié)語(yǔ)  

    本文詳細(xì)論述了基于EM4469射頻卡的手持式讀寫(xiě)設(shè)備的硬件電路設(shè)計(jì)和主要軟件部分的設(shè)計(jì)方法。該產(chǎn)品采用模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，將射頻卡讀寫(xiě)電路設(shè)計(jì)成相對(duì)獨(dú)立的模塊，如果有不同類型射頻卡的使用需要，可以將此部分電路更換成其他類型射頻卡讀寫(xiě)電路模塊即可滿足需要。

參考文獻(xiàn)  
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作者簡(jiǎn)介：沈陽(yáng)理工大學(xué) 信息科學(xué)與工程分院 馬秀麗 姜學(xué)軍