王皓奎 唐 寬

（廣西瀚特信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司，廣西 桂林 541004）

基于ARM的2.4G RFID遠(yuǎn)距離讀寫器的設(shè)計(jì)

王皓奎 唐 寬

（廣西瀚特信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司，廣西 桂林 541004）

隨著RFID技術(shù)研究和開發(fā)的不斷深入，2.4G RFID設(shè)備的研制逐漸成為研發(fā)的熱點(diǎn)。相比無源RFID標(biāo)簽，2.4G有源電子標(biāo)簽具有傳輸距離遠(yuǎn)、數(shù)據(jù)速率高、多標(biāo)簽識(shí)別速度快及處理能力強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此智能交通運(yùn)輸，資產(chǎn)管理，人員定位，自動(dòng)考勤系統(tǒng)等應(yīng)用場合有著天然的優(yōu)勢。文章基于ARM微處理芯片LPC2136，設(shè)計(jì)了一種2.4G RFID遠(yuǎn)距離讀寫器，該讀寫器經(jīng)過長時(shí)間的測試和應(yīng)用，在多個(gè)系統(tǒng)中運(yùn)行穩(wěn)定。

RFID；ARM；定位系統(tǒng);智能交通

隨著信息產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，RFID技術(shù)在生活生產(chǎn)中起著越來越重要的作用。RFID技術(shù)在硬件上主要分成兩部分,一部分是讀寫器、一部分是標(biāo)簽。本文提出了一種 2.4G的 RFID讀寫器的設(shè)計(jì)。通常，2.4G有源標(biāo)簽內(nèi)部發(fā)射功率比讀寫器低得多，這就要求讀寫器的接收靈敏度高，標(biāo)簽識(shí)別速度快，安全保密，多卡識(shí)別能力強(qiáng)，通信距離遠(yuǎn)，具備防重讀功能，支持韋根，RS485，RS232，TCP/IP等多種通信接口。據(jù)此，本文設(shè)計(jì)的2.4G遠(yuǎn)距離讀寫器，滿足了市面上的大部分應(yīng)用，并且可配置性強(qiáng)，便于靈活組網(wǎng)使用。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖

處理單元采用以LPC2136為核心的ARM7內(nèi)核控制系統(tǒng)，利用LPC2136外設(shè)接口串口0實(shí)現(xiàn)RS232和RS485；串口1實(shí)現(xiàn)與串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)連接；IIC接口外掛EEPROM；普通I/O實(shí)現(xiàn)韋根接口，外部觸發(fā)讀卡，nRF24L01+射頻芯片通過SPI時(shí)序控制，HMC274射頻衰減器控制，蜂鳴器控制，2個(gè)干接點(diǎn)（繼電器輸出）控制；其中韋根接口和外部觸發(fā)讀卡通過光耦隔離再連接到外部接口，防止I/O口損壞。

模塊框圖如下圖1所示：

圖1 2.4G RFID讀寫器框圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 ARM控制器部分

LPC/2136微控制器是基于一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真和嵌入式跟蹤的16/32位ARM7TDMI-S CPU，并帶有256kB嵌入的高速Flash存儲(chǔ)器。128位寬度的存儲(chǔ)器接口和獨(dú)特的加速結(jié)構(gòu)使32位代碼能夠在最大時(shí)鐘速率下運(yùn)行，較小的封裝和很低的功耗使LP2136特別適用于訪問控制和POS機(jī)等小型應(yīng)用中；由于內(nèi)置了寬范圍的串行通信接口和8/16/32kB的片內(nèi)SRAM，它們非常適合于通信網(wǎng)關(guān)、協(xié)議轉(zhuǎn)換器、軟件modem、語音識(shí)別、低端成像，為這些應(yīng)用提供大規(guī)模的緩沖區(qū)和強(qiáng)大的處理功能。多個(gè)32位定時(shí)器、2個(gè)10位8路的ADC、1個(gè)10位DAC、PWM通道、47個(gè)GPIO以及多達(dá)9個(gè)邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷使它們特別適用于工業(yè)控制應(yīng)用。

圖2 ARM控制器

2.2 射頻接口部分

為滿足本文所設(shè)計(jì)系統(tǒng)指標(biāo)，在設(shè)計(jì)中選用了NORDIC公司研發(fā)的nRF24L01+芯片。該款芯片屬于2.4 GHz無線射頻頻段收發(fā)芯片，工作頻率在2.4～2.4835GHz之間可調(diào)，可以同時(shí)接收6路不同通道數(shù)據(jù)。通訊速度最高設(shè)置為2 Mbps，芯片內(nèi)部固化有 CRC與地址校驗(yàn)協(xié)議，并支持自動(dòng)應(yīng)答功能，在確認(rèn)收到數(shù)據(jù)，可以自動(dòng)回應(yīng)應(yīng)答方，從而提高了通信的安全可靠性，這些功能都可以通過芯片提供的 SPI接口配置相應(yīng)的寄存器得以實(shí)現(xiàn)。其外圍電路如圖3所示。

圖3 射頻接口

2.3 網(wǎng)絡(luò)接口部分

本設(shè)計(jì)采用基于通用串行接口，符合網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式模塊，內(nèi)置TCP/IP協(xié)議棧，能夠?qū)崿F(xiàn)串口、以太網(wǎng)、無線網(wǎng)（WIFI）3個(gè)接口之間的轉(zhuǎn)換，通過此網(wǎng)絡(luò)接口，可將讀寫器的數(shù)據(jù)在Internet 網(wǎng)絡(luò)傳輸，方便將2.4G RFID讀寫器迅速部署到物聯(lián)網(wǎng)中。

圖4 網(wǎng)絡(luò)接口

2.4 外部接口部分

2.4G RFID讀寫器讀到的標(biāo)簽可以通過 RS232、RS485、韋根 26/34、和干節(jié)點(diǎn)信號(hào)傳送給用戶。RS232、RS485采用相同的通訊協(xié)議。支持主動(dòng)上傳、被動(dòng)上傳兩種模式，可以通過通訊模式的設(shè)置來進(jìn)行切換。

主動(dòng)模式：是指設(shè)備讀到標(biāo)簽后，保存到緩沖區(qū)中，按一定的讀卡時(shí)間間隔 把緩沖區(qū)內(nèi)沒有上傳的標(biāo)簽主動(dòng)傳送給用戶。讀卡時(shí)間間隔是可以設(shè)置的。注意：主動(dòng)模式，傳送速度快，但沒有應(yīng)答過程，有可能丟失數(shù)據(jù)。

被動(dòng)模式：是指設(shè)備讀到標(biāo)簽后，保存到緩沖區(qū)中，等待用戶發(fā)“讀標(biāo)簽命令”。接收命令后，把標(biāo)簽信息上傳給用戶，用戶正確無誤接收標(biāo)簽信息后，發(fā)送“確定標(biāo)簽正確接收”命令，設(shè)備接收到“確定標(biāo)簽正確接收”命令后，把已上傳的標(biāo)簽刪除。注意：被動(dòng)模式，傳送速度慢，有應(yīng)答過程，可以保證接收的準(zhǔn)確性。

圖5 外部接口

2.5 電源部分

電源轉(zhuǎn)換部分采用LM2596，此芯片是3A電流輸出降壓開關(guān)型集成穩(wěn)壓芯片，它內(nèi)含固定頻率振蕩器（150KHZ）和基準(zhǔn)穩(wěn)壓器（1.23v），并具有完善的保護(hù)電路、電流限制、熱關(guān)斷電路等。利用該器件只需極少的外圍器件便可構(gòu)成寬輸入的高效穩(wěn)壓電路。

圖6 電源部分

2.6 主要軟件設(shè)計(jì)

讀寫器程序流程圖如下圖所示，其中外掛的EEPROM負(fù)責(zé)保存配置參數(shù)，實(shí)現(xiàn)掉電后配置數(shù)據(jù)不丟失。配置數(shù)據(jù)包括所有上位機(jī)調(diào)試軟件可設(shè)置的參數(shù)。

圖7 軟件流程

3 測試結(jié)果與性能分析

通過對(duì)實(shí)際電路測試，其傳輸距離最遠(yuǎn)可以達(dá)到100米，讀寫器支持輸出功率調(diào)節(jié)功能，輸出功率調(diào)節(jié)范圍為30dB，1dB步進(jìn)。支持 RS232，RS485，以太網(wǎng)，韋根通信方式；且可通過上位機(jī)設(shè)置。讀寫器支持主動(dòng)式讀卡和被動(dòng)式讀卡。并在多所學(xué)校自動(dòng)考勤系統(tǒng)中得到了實(shí)際應(yīng)用。

4 結(jié)束語

由于2.4 G RFID讀寫器是通信距離遠(yuǎn)，傳輸速度快，性能穩(wěn)定，保密性強(qiáng)，因此相信其在智能交通，人員定位，物資管理，自動(dòng)考勤，物流管理等方面將具有越來越廣泛的應(yīng)用前景。

[1] ISO/IEC 180000-4 RFID Air Interface Standards.

[2] GB/T 28925-2012 信息技術(shù) 射頻識(shí)別 2.45GHz空中接口協(xié)議.

Design based on ARM's 2.4G RFID long range reader

With the development of RFID technology research and development, the development of 2.4G RFID device has become the focus of research and development. Compared with passive RFID tags, 2.4G active electronic tag has the advantages of long transmission distance, high data rate, multi tag identification speed and strong capability of processing, so the intelligent transportation, personnel positioning, application of automatic attendance system has the advantage of natural. In this paper, ARM micro processing chip based on LPC2136, the design of a 2.4GRFID long-distance card reader, the reader through the test and application of long time, stable operation in multiple systems.

RFID;ARM; positioning system;intelligent transportation

TP391.4

A

1008-1151(2015)02-0041-03

2015-01-15

王皓奎(1974－)，男，廣西桂林人，供職于廣西瀚特信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司；唐寬（1983－），男，廣西桂林人，供職于廣西瀚特信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司。