基于ARM的双频RFID读写系统设计

1 引言

RFID（Radio Frequency Identification Technology，无线射频识别技术）由于具有高速移动物体识别、多目标识别和非接触识别等特点，显示出巨大的发展潜力和应用空间，被认为是21 世纪最有发展前途的信息技术之一。射频识别技术虽然有很多优点，但其技术本身也有局限性。对RFID 系统而言，低频系统具有良好的对水、肉体等可导媒介的穿透力，而速度、距离、抗冲突性较差；而高频系统则正好相反。如能结合各种频率系统，用其所长，则可以使RFID 适应多种场合，拓展其应用范围。本文设计的系统正是基于这一出发点，将低频和高频二种频率的RFID 模块组合在一起，构成双频系统，使系统兼具低频可穿透性和高频良好的距离、速度、抗冲突性等方面的优势。鉴于目前国内市场上应用最为广泛的射频卡和读写器实现方法，本文采用ARM 嵌入式系统作为微控制器，设计了能对低频125KHz 和高频13.56MHz 的二种频率RFID 卡操作的读写模块，实现了的双频RFID 读写系统。

2 系统设计

由于ARM 微处理器具有运行速度快，接口功能丰富，其应用越来越广泛。本文采用三星公司的S3C44B0X，它是ARM7 系列的低功耗的32 位RISC 处理器，具有ARM7TDMI内核，有丰富的内置部件，包括8K 字节Cache 和内部SRAM，带自动握手联络的2 通道UART，定时器，通用 I/O 口，ADC 和I2C-BUS 控制器等。尤其是它的内置液晶显示器接口，可直接连接LCD 显示器，无需专用LCD 显示器接口芯片，可使成本降低，很适合在本系统中使用。读写系统的结构如图1 所示。

图1 系统结构框图

整个系统由ARM 嵌入式系统(包括S3C44B0X,SDRAM 存储器和FLASH 存储器)，低频RFID 卡读写模块，高频RFID 卡读写模块，USB 接口，LCD 显示器以及蜂鸣器、状态指示灯等组成。RFID 模块是北京华闰得公司开发的具有串行数据通信接口的模块，低频读写模块是CR001，为工作于125kHz 的EM4001 卡；高频模块是CR013，为工作于13.56MHz的MF 卡。由于RFID 模块具有TTL 电平的串行通信接口，这样ARM 微处理器可直接通过片上的二个UART 接口与其连接，不需要电平转换即可轻松实现与RFID 模块的通信。嵌入式系统与PC 机的连接则通过USB 接口实现。

因为低频 RFID 卡一般都是只读卡，进入读卡器磁场范围后，就自动发出信号。ARM微处理器通过不断检测端口捕捉信号，一旦读到卡，就读取信息，并在LCD 上显示。对于高频卡，可根据需要进行读或写操作。

LCD 显示器采用320*240 点阵的STN 型彩色液晶模块，可直接与S3C44B0X 连接，成本也较低。对LCD 的显示控制直接使用S3C44B0X 内部的LCD 驱动控制器实现，它能自动产生LCD 驱动控制所需的信号。在这种接口方式下，LCD 显示缓冲区映射在系统的存储器空间上，程序只需将像素点内容写入存储器对应地址就可以实现对应LCD 屏上像素点颜色的显示刷新，控制十分方便。

键盘和状态指示灯的操作控制采用 ZLG7290 实现。ZLG7290 是一款功能较强的按键处理和7 段数码管显示专业芯片，提供了I2C 串行接口和键盘中断信号，可方便地与S3C44B0X连接。

在上位机(PC 机)上，通过设计专门的软件实现对RFID 卡的读写操作，并对RFID 卡进行管理。由于PC 机功能强大，如再配上数据库系统，可以对大量用户的数据和信息进行存储和查询等处理，满足多种应用的需要。

3 系统的软件设计

3.1 RFID 模块操作

CR001 模块与S3C44B0X 的串口（UART0）相连，在接收数据前首先要对UART0 进行初始化。根据CR001 的使用规范，设置波特率为9600Baud，数据位为8 位，1 位停止位，无校验位。为使ARM 对低频RFID 卡及时作出响应，软件采用中断方式接收数据，即当S3C44B0X 的UART0 接收到数据时，产生中断，在中断服务程序中接收CR001 模块的数据。

根据 CR001 射频读写模块的使用规范，CR001 模块输出的数据包有5 个字段，即起始符（STX，02H）、数据（10 个ASCII 字符）、校验和（2 个ASCII 字符）、LD 和LF（0DH和0AH）、结束符（ETX，03H）。因此在软件设计中，当收到UART0 的数据时，首先要判断一个数据包的起始符和结束符，以确定一个数据帧的起止位置，然后再检验数据的校验和是否正确。只有在接收的数据无误时，再将其中的数据取出、存储，并在LCD 上显示。中断服务软件的流程如图2 所示。