基于RFID的新型阅读器的设计

引言

　　RFID 技术是一个崭新的技术应用领域，它不仅涵盖了微波技术与电磁学理论，而且还包括通信原理及半导体集成电路技术，是一个多学科综合的新兴学科。同其他一些识别技术相比，射频识别技术具有高效快捷、非接触、无污染、识别率高等突出优点。因此，对 RFID技术的认识和研究具有深远的理论意义。

　　1. RFID 系统分析
 
　　系统属于遥耦合中的疏耦合射频识别系统，主要由应答器、阅读器、天线、通讯模块及人机接口等几部分组成。

 

　　当阅读器向应答器发送数据时，数据处理机将该数据先送给射频接口电路，与振荡器产生的本振信号相同，产生出调制信号，然后由天线传送给应答器，IC 卡根据不同的命令做出不同应答。当阅读器接收应答器传回的数据时，由天线接受来自应答器的调制信号，经过射频接口将数据还原，然后在单片机中作相应的处理，可以通过人机界面进行互动或者由通讯接口传送给上位机。

　　对于一个非接触式数据载体的读写操作，一般是严格按照“主一从”原则来进行数据交换，这意味着阅读器和电子标签的所有动作均应有通信协议或软件来控制。RFID 系统的阅读器均可以简化为三大基本功能模块：由收发系统组成的高频接口、控制系统以及和外界其它设备通信用的各种标准接口，如 USB 接口、RS232 接口、RS485 接口、与 Internet 连接的网口以及与打印机相连的并口等。

　　2．RFID 系统设计及接口实现

　　2.1 MCU 与 S6700 芯片接口电路设计

　　在此设计中选用了 PIC16F877A 单片机作为控制器，PIC16F877A 单片机有丰富的位操作指令，精简的指令集,能够模拟 RI-R6C-001A (RI-R6C-001A 芯片是TI 公司最新开发的针对应答器读写的多协议收发器)传送数据的时序以及时钟切换的时序。

 

　　S6700 阅读器芯片提供给用户数字接口的信号线为 DIN、DOUT、SCLOCK，通过这三根线可完成控制器与 RI-R6C-001A 芯片之间的数据传输。当 RI-R6C-001A 要发送数据时，时钟由单片机控制，当它要接收数据时，时钟由该芯片控制，设计中作者采用PIC16F877单片机的 RA0、RA1、RA2 与 SCLOCK、DIN、DOUT 通过模拟的方式来传输数据,执行符合射频系统标准的命令，MCU 与S6700 芯片接口电路如图2 所示。

　　2.2 阅读器通信接口

　　在 RFID 系统中，用作上位机的PC 机系统与阅读器之间经常要进行信息交换。由于系统中采用的单片机PIC16F877 带有串口，因而两者之间的通信可通过串行口完成。但是，在实际应用中有时主控PC 机和阅读器相隔很远，为保证数据能高速及时、安全地传至PC机，阅读器与PC 机之间采用RS485 协议的串行通行较为合理。

 

　　单片机 PIC16F877A 串行通信模块的 URXD、UTXD 电平符合 TTL/CMOS 标准，当PC 机的 RXMCU 有电平输入时，它首先通过 6N137 光电隔离，保护单片机不受干扰，由O 脚输出到 DI，从而转化为 RS485 电平由 Y、Z 输出。反之，PC 机的输出信号转换成的MAX490 的 A、B 端有输入，将首先转换为 R0 输出，然后经过光电隔离后最终由TXMCU 输出。

 

　　PC 机接口电路的具体实现如图4 所示，RS232 的电平标准如下：逻辑“0”的电平范围为-5V—15V，逻辑“1”的电平范围为5V-15V。这里选用的MAX232A 是MAXI 公司的RS232电平转换芯片。当PC 机的TXDPC 输出到R1IN 时候，首先由MAX232A 转换成TTL 电平由R1OUT 输出，经过6N137 光电隔离后输入DI 脚，从而装换为RS485 电平由Z，Y 输出。同理单片机输出信号转换成的 RS485 电平信号输入A，B 脚，经过MAX490 转换成TTL电平，再经过光电隔离最终由RXDPC 输出。必须强调的是在电路的连接中PC 接口电路中的MAX490 芯片引脚RSOUT+，RSOUT-必须和单片机侧MAX490 芯片引脚RSIN+、RSIN-两两错开相连的。这样才能正常的通信。