李園園，李 勇

（中山職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 中山 528404）

隨著信息技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、移動(dòng)應(yīng)用技術(shù)等高新技術(shù)的蓬勃發(fā)展，智能化的生活已經(jīng)滲透到我們生活、工作、學(xué)習(xí)的方方面面，各行各業(yè)不僅僅需要信息化的支持，更需要借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)人和物品之間更緊密的聯(lián)接。經(jīng)過(guò)近些年不斷地發(fā)展，高校的資產(chǎn)管理系統(tǒng)已然實(shí)現(xiàn)了信息化，學(xué)校資產(chǎn)盤(pán)點(diǎn)終端主要有兩種技術(shù)手段：條形碼二維碼技術(shù)和射頻技術(shù)。二維碼技術(shù)可以用特定的手持終端或手機(jī)上安裝專門(mén)開(kāi)發(fā)的APP來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理，優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備成本低，且操作方便；缺點(diǎn)是操作效率低，一次只能讀取一個(gè)資產(chǎn)的信息，對(duì)于空間狹窄操作設(shè)備無(wú)法到達(dá)的地方無(wú)法進(jìn)行管理。射頻技術(shù)可以克服二維碼技術(shù)在資產(chǎn)管理方面的缺陷，效率高，可以同時(shí)管理數(shù)百個(gè)資產(chǎn)數(shù)據(jù)；管理空間范圍大，遠(yuǎn)到幾十米的范圍進(jìn)行資產(chǎn)信息讀寫(xiě)。本文設(shè)計(jì)了一種超高頻（Ultrahigh Frequency，UHF）射頻標(biāo)簽讀寫(xiě)終端以及手機(jī)客戶端的編程流程，能通過(guò)藍(lán)牙配合手機(jī)使用同時(shí)進(jìn)行二維碼和射頻標(biāo)簽的讀寫(xiě)管理。

1 硬件設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

手持UHF射頻讀寫(xiě)終端，能滿足電池供電、低功耗、藍(lán)牙功能，射頻標(biāo)簽讀寫(xiě)功能，硬件的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 硬件結(jié)構(gòu)

1.2 主要硬件選型

1.2.1 單片機(jī)

選用意法半導(dǎo)體公司的STM32F103C8T6，該芯片應(yīng)用廣泛，供貨量大，價(jià)格基本與51系列同等功能單片機(jī)持平，性價(jià)比非常高。該芯片使用高性能的ARM? Cortex?-M3 32位的RISC內(nèi)核，工作頻率為72 MHz，內(nèi)置高速存儲(chǔ)器(64 K字節(jié)的閃存和20 K字節(jié)的SRAM)，包含2個(gè)12位的ADC、3個(gè)通用16位定時(shí)器和1個(gè)PWM定時(shí)器，還包含標(biāo)準(zhǔn)和先進(jìn)的通信接口：多達(dá)2個(gè)I 2 C接口和SPI接口、3個(gè)USART接口、一個(gè)USB接口和一個(gè)CAN接口。該單片機(jī)豐富的片上資源以及外設(shè)接口，保證了系統(tǒng)的最小化以及硬件的可靠性。供電電壓為2.0～3.6 V，一系列的省電模式（睡眠模式、停機(jī)模式、待機(jī)模式）保證低功耗應(yīng)用的要求。

1.2.2 射頻模塊

選用曉網(wǎng)電子的一款900 M超高頻模塊RF100，兼容ISO18000-6C/EPC Gen2 協(xié)議。電源電壓支持 3.6～5 V 供電，該模塊參數(shù)如下。

（1）通訊協(xié)議：TTL串口；波特率：115 200 bps。

（2）頻率范圍：840～928 MHz。

（3）模塊尺寸為 20 mm×23 mm×1 mm(未計(jì)算屏蔽罩厚度)。

（4）發(fā)射功率為 15 dBm，26 dBm，軟件可調(diào)。

（5）讀卡距離：2～10 m，依據(jù)使用天線而定。

（6）模塊處于關(guān)閉模式：漏電小于10 μA。

（7）模塊處于深度睡眠模式：功耗小于300 μA。

（8）模塊處于待機(jī)模式：功耗為32 mA左右。

（9）模塊連續(xù)盤(pán)存模式：功耗為220～320 mA左右。

（10）模塊發(fā)送連續(xù)波時(shí)：功耗為320 mA左右。

（11）多標(biāo)簽讀取＞50 張/s。

（12）啟動(dòng)時(shí)間＜80 ms。

1.2.3 藍(lán)牙模塊

選用蜂匯物聯(lián)的主從一體藍(lán)牙模塊串口透?jìng)髂KB-0001，該無(wú)線模塊是基于TI公司的CC2540F256 芯片研發(fā)的射頻模塊，該模塊可廣泛應(yīng)用于短距離無(wú)線通信領(lǐng)域，具有功耗低、體積小、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。B-0001可以實(shí)現(xiàn)模塊與手機(jī)數(shù)據(jù)透?jìng)?，模塊與模塊點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的數(shù)據(jù)透?jìng)?，通過(guò)簡(jiǎn)單的 IO 控制便可以快速使用藍(lán)牙低能耗（Bluetooth Low Energy Consumption，BLE）技術(shù)。模塊主從合一，具有命令控制，通過(guò)串口可以切換模塊的主從角色，配置串口波特率，修改模塊的廣播名稱，修改廣播間隔和連接參數(shù)。該模塊采用TI CC2541方案，適配BLE4.0協(xié)議，可通過(guò)RS232串口與單片機(jī)通信，具有低功耗，超小體積等特點(diǎn)。

以上主要硬件的選擇，保證了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)潔，功能可靠，并且達(dá)到了便攜式設(shè)備的低功耗的要求。

2 便攜式射頻標(biāo)簽讀寫(xiě)器

本文設(shè)計(jì)的便攜式射頻標(biāo)簽讀寫(xiě)器，以手機(jī)或PC機(jī)作為客戶端通過(guò)藍(lán)牙RS232串口控制讀寫(xiě)器的運(yùn)行（見(jiàn)圖2）。讀寫(xiě)器的使用方式為：（1）系統(tǒng)開(kāi)機(jī)上電；（2）手機(jī)端藍(lán)牙尋找配對(duì)設(shè)備；（3）設(shè)備配對(duì)后，可以通過(guò)手機(jī)發(fā)送指令對(duì)讀寫(xiě)器進(jìn)行設(shè)置；（4）RFID標(biāo)簽管理。主要程序功能包含客戶端控制數(shù)據(jù)的封裝與發(fā)送；讀寫(xiě)器返回?cái)?shù)據(jù)的解封裝；藍(lán)牙接收客戶端數(shù)據(jù)解封裝與封裝成RFID模塊控制命令；RFID將讀取的標(biāo)簽信息轉(zhuǎn)發(fā)至藍(lán)牙端。

圖2 讀寫(xiě)器程序結(jié)構(gòu)

?幀頭 幀類型 指令代碼 指令參數(shù)長(zhǎng)度 指令參數(shù) 校驗(yàn)位 幀尾

手機(jī)客戶端APP開(kāi)發(fā)：Android 還是 iOS，APP軟件編程的使用相同的編程流程，設(shè)備中所用的藍(lán)牙模塊的透?jìng)鞣?wù)是 0xFEE0, 傳輸數(shù)據(jù)的特征值是 0xFEE1。APP編程設(shè)計(jì)流程如下。

（1）掃描設(shè)備，掃描到設(shè)備后會(huì)有一個(gè)回調(diào)函數(shù)，查找廣播報(bào)文中含有0xFEE0或者根據(jù)服務(wù)0xFEE0這個(gè)參數(shù)去掃描。（2）連接設(shè)備，調(diào)用連接藍(lán)牙的API。連接成功后會(huì)有回調(diào)；連接成功之后調(diào)用發(fā)現(xiàn)服務(wù)的API去發(fā)現(xiàn)所有的服務(wù)，透?jìng)鞯姆?wù)是0xFEE0。若有發(fā)現(xiàn)到0xFEE服務(wù)，那么接著應(yīng)該去使能特征值0xFEE1，只有使用了這個(gè)開(kāi)關(guān)，模塊才會(huì)發(fā)送數(shù)據(jù)到手機(jī)。（3）調(diào)用發(fā)送函數(shù)去發(fā)送數(shù)據(jù)，當(dāng)手機(jī)接收到數(shù)據(jù)，會(huì)有一個(gè)接收到數(shù)據(jù)的回調(diào)。

3 數(shù)據(jù)通信設(shè)計(jì)

3.1 手機(jī)端到讀寫(xiě)器藍(lán)牙端數(shù)據(jù)

手機(jī)端到讀寫(xiě)器藍(lán)牙端數(shù)據(jù)分兩類設(shè)置指令和數(shù)據(jù)傳送指令，設(shè)置指令的格式如下。

?幀頭 命令碼 數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 數(shù)據(jù) 校驗(yàn)和 幀尾

（1）幀頭：固定為“0XFE”。（2）命令碼：（A）OX00表示設(shè)備命名；（B）0X01表示通信波特率設(shè)置；（C）0X02射頻模塊通信功耗設(shè)置。（3）數(shù)據(jù)長(zhǎng)度：數(shù)據(jù)部分的長(zhǎng)度。（4）數(shù)據(jù)：依據(jù)命令碼設(shè)定。（5）校驗(yàn)和：從命令碼到數(shù)據(jù)段按字節(jié)相加，取最后一個(gè)字節(jié)。（6）幀尾：固定為“0X0F”。

數(shù)據(jù)傳送指令格式為如下。

?幀頭 數(shù)據(jù) 幀尾

（1）幀頭：固定為“0XEF”。（2）數(shù)據(jù)：所要傳送的內(nèi)容。（3）幀尾：固定為“0X0F”。

3.2 讀寫(xiě)器內(nèi)部藍(lán)牙通信指令

讀寫(xiě)器內(nèi)部單片機(jī)藍(lán)牙通信指令對(duì)藍(lán)牙模塊進(jìn)行具體的控制，所使用指令集分采用蜂匯設(shè)定的指令集，分為兩種，一個(gè)是設(shè)置指令集，一個(gè)查看參數(shù)指令集。

（1）藍(lán)牙模塊設(shè)置命令格式如下。

幀頭 命令碼 數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 數(shù)據(jù) 幀尾

（2）藍(lán)牙模塊查看參數(shù)指令格式如下。

幀頭（固定） Type 幀尾0xFB 命令號(hào) 0x00 0xAA

3.3 射頻模塊指令格式為

指令由幀頭、幀類型、指令代碼、指令數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、指令參數(shù)、校驗(yàn)碼和幀尾組成，均為十六進(jìn)制表示。

幀頭：0xBB；幀類型：0x00；指令代碼：0x07；指令參數(shù)長(zhǎng)度：0x0001；指令參數(shù)：0x01；校驗(yàn)位：從幀類型到最后一個(gè)指令參數(shù)累加和，取最后一個(gè)字節(jié)；幀尾：0x7E。

4 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一種和手機(jī)配合使用的射頻標(biāo)簽讀卡器，給出了硬件原理圖框架，以及主要硬件模塊的選型；設(shè)計(jì)了軟件流程框架，給出了手機(jī)端到設(shè)備端通信協(xié)議、設(shè)備內(nèi)部藍(lán)牙模塊管理協(xié)議、設(shè)備內(nèi)部射頻模塊通信協(xié)議。與讀卡器配合手機(jī)使用，利用手機(jī)通信及二維碼掃描的優(yōu)勢(shì)，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)二維碼和射頻標(biāo)簽對(duì)資產(chǎn)的管理。