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RFID 系统中便携式阅读器的设计与实现

国际米兰对博洛尼亚 www.srekzf.com.cn 1 引言

RFID(射频识别)技术是一种非接触式的自动识别技术,通过发射射频信号对目标进行自动识别。RFID 系统由电子标签和阅读器及后台的管理系统构成。阅读器的主要功能是读写电子标签上存储信息,并与后台的管理系统进行数据交换,再由后台管理系统对数据进行处理。由于RFID 阅读器内部没有大容量的数据存储器,所以需要连接计算机(通常是笔记本电脑)才能对数据进行采集,这不仅使RFID 系统的经济成本很难降低,而且给数据采集操作人员带来了一定的不便。如果能够开发出带有大容量数据存储器的阅读器,不但能使用其脱离计算机独立进行数据采集,还将增加阅读器的便携性, 同时还能降低其经济成本。

USB 技术因其使用方便、传输速度快等优点而得到广泛应用。USB 接口技术主要分为USB-Host(USB主机,通常是计算机)和USB-Slave(USB 设备,通常是数据采集或存储设备)。USB-Host 居于主导地位,与UBS设备的数据交换都是由USB-Host 发起和控制。如果能够把USB-Host 技术应用于RFID 阅读器的数据存储??? 则能够满足RFID 阅读器独立采集数据及长时间采集海量数据的需求。但问题是USB-Host 技术主要应用于PC 机系统中,而在嵌入式系统的应用中缺少与USB-Host 直接接口技术。以USB-Host 主机接口芯片SL811HS 的推出为单片机技术与USB-Host 技术两者结合,利用单片机直接读写U 盘,从而实现RFID 便携式阅读器的外挂式海量存储方案的实现提供了可能。

2 RFID 便携式阅读器硬件构成

便携式阅读器在RFID 系统中主要功能是从电子标签中读取数据,并先将采集的数据处理后暂时存储在数据存储??榈腢 盘中,然后把U 盘插入计算机,RFID 管理系统再从U 盘中读取采集的数据。便携式阅读器的硬件组成主要有控制???、数据存储???、通信???、人机交互???、时钟???、供电??榈?。硬件系统的构成如图1 所示。

RFID 系统中便携式阅读器的设计与实现

(1) 阅读器控制???/p>

阅读器控制??槭潜阈皆亩疗鞯暮诵牟考?主要完成对电子标签中数据的收发,对发送数据进行调制,对收到数据进行解调;对通信??榈目刂?驱动射频??楹吞煜?提供能量载波;及数据存储控制等。MCU 选用AT89C51单片机,标签读写??檠∮猛赖腡X125LER 芯片。

(2) 数据存储???/p>

其功能MCU 把采集来的温度等数据通过USBHost芯片按照约定数据存储协议存储到移动数据存储器中, 以便于后续数据的回放。USB-Ho s t 芯片采用Cypress 公司的SL118SH 芯片。

(3) 通信???/p>

通信??橛缮淦的??、USB 接口???、天线等构成,其功能是对收发数据进行调制解调、与计算机进行实时通信、能量载波等。射频??椴捎肨EMIC 公司的U2270B 芯片。

(4) 人机交互???/p>

人机交互??橛蒐CD 显示器和键盘构成,其功能是通过LCD 实时显示采集数据的信息和查询U 盘上采集数据信息及对阅读器进行设置。

3 数据存储??樯杓?/p>

3.1 SL811HS 芯片

在这里选SL811HS 芯片作为数据存储??榈腢SB主机控制器, SL811HS 支持USB1.1 的全速和低速设备, 其内部有虚拟的外部总线, 这使得仅需占用外接单片机的1 个寻址空间,SL811HS 数据线为8 位,有16 个内部寄存器和256 字节的RAM, 可以对USB-Host 进行充分的控制和为U S B 传输提供足够的缓冲区,SL811HS 芯片操作电压为3.3V,I/O 口工作电压为5V,所以SL811HS 可以和5V 的单片机系统直接相连。

3.2 数据存储??榈挠布杓?/p>

RFID 便携式阅读器的数据存储??橹饕缏啡缤? 所示。图2 中由AT89C51、SL811HS 和USB 接口构成, 其它电路因篇幅原因略去。单片机通过控制SL811HS 芯片对U 盘进行读写,实现数据存取功能。为使定时计数更准确,在设计中采用外部的24MHz 有源晶振作为时钟源。

RFID 系统中便携式阅读器的设计与实现

3.3 数据存储??榈娜砑杓?/p>

数据存储??槎列粗饕嵌晕募僮? 采集数据量大, 所以采用USB 的批量传输协议来完成数据包的收发,同时运用FAT16 文件系统完成存储数据的组织和管理。采集的射频数据以文本文件存储。数据存储??榈娜砑杓屏鞒倘缤? 所示, 首先是初始化, 然后检测U盘, 对U 盘进行管理, 包括U 盘进行复位和配置。当U盘准备好后,MCU 接收阅读??椴杉氖?对U 盘进行文件读写操作。

RFID 系统中便携式阅读器的设计与实现

(1) 系统初始化

系统初始化包括AT89C51 的初始化和SL811HS 的初始化。AT89C51 的初始化主要是完成内部存储器、外部中断、I/O 口等的初始化。SL811HS 的初始化主要设定工作模式, 对U 盘进行复位。

(2) 检测 U 盘

当有U 盘插入USB 接口时,AT8 9C5 1 接受来自SL811HS 的中断,处理中断响应,检测设备类型、配置传输方式、分配地址等。

(3) 读写操作

当U 盘准备好后,AT89C51 通知阅读器读写模型采集电子标签上的信息,然后把采集到的信息转换成二进制代码传给SL811HS,由于SL811HS 的外接总线的地址和数据信号是复用的,通过42 管脚上信号来区分AT89C51 传过来是地址还是数据。因而AT89C51 与SL811HS 进行通信时先发送地址,再发送数据,这样SL811HS 就可以把电子标签上的信息准确地写入U 盘了。