來源：電子設(shè)計應用 作者：沈陽理工大學 信息科學與工程分院 馬秀麗 姜學軍
摘要：本文針對EM4469射頻卡的特點和存儲結(jié)構(gòu)，設(shè)計了一款適用于RFID系統(tǒng)的手持式射頻卡讀寫設(shè)備，該設(shè)備體積小、使用方便、性價比高，可廣泛應用于物流、零售、倉儲、資產(chǎn)管理、門禁控制和畜牧業(yè)管理等領(lǐng)域。
關(guān)鍵詞：RFID；EM4469；射頻卡；手持讀寫設(shè)備
RFID系統(tǒng)主要由射頻電子標簽、讀寫設(shè)備和計算機網(wǎng)絡(luò)及軟件組成。其中，讀寫設(shè)備主要作為射頻卡數(shù)據(jù)采集終端，其任務是啟動作為數(shù)據(jù)載體的射頻電子標簽，并與這個射頻電子標簽通過空間耦合建立雙向通信聯(lián)系，從而實現(xiàn)射頻電子標簽與讀寫設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸，終實現(xiàn)對射頻卡中數(shù)據(jù)的讀寫、存儲和向計算機網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)，它是RFID系統(tǒng)中十分重要的一個硬件設(shè)備。
射頻電子標簽EM4469
EM4469射頻卡是EM微電子公司推出的一款工作頻率為100kHz~150kHz，具有讀/寫功能的非接觸式RFID射頻芯片，它可以較低的功耗提供多種數(shù)據(jù)傳輸速率和數(shù)據(jù)編碼方式。由于該射頻芯片不僅兼容ISO 11784/11785標準，還符合ISO FDX/B動物識別標準，因此，該射頻芯片可被廣泛應用于各種應用管理系統(tǒng)中，尤其是動物識別和跟蹤管理。
EM4469具有32位的密碼讀/寫保護、32位唯一的ID碼和10位用戶碼。EM4469 的EEPROM存儲空間有512位，被分為16個扇區(qū)，每個扇區(qū)32位，其中的鎖定位可以將EEPROM的數(shù)據(jù)塊變成只讀模式。EM4469可以較低的功耗提供多種數(shù)據(jù)傳輸率和編碼方式，而且其內(nèi)部集成的諧振電容可掩膜選擇，不需要外部電容。另外，它還有片內(nèi)整流器和限壓器，可以在-40℃~85℃溫度下工作。
手持式讀寫設(shè)備設(shè)計
手持式讀寫設(shè)備也叫便攜式讀寫器，它是將RFID讀寫功能、天線和數(shù)據(jù)處理功能集成在一起的掌上電腦。其主要部分是射頻卡讀寫電路，用于實現(xiàn)射頻卡的讀寫和數(shù)據(jù)采集。此外，它通常帶有液晶顯示屏和鍵盤，用來輸入和顯示數(shù)據(jù)，并配有存儲器和通信接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的保存并向計算機傳送，另外，還配有穩(wěn)定的電源管理電路，用于設(shè)備的供電。
手持式讀寫設(shè)備的硬件設(shè)計
手持式讀寫設(shè)備的硬件電路主要包括主控單片機、射頻讀寫、液晶顯示、存儲、鍵盤、通信、電源和聲光提示電路。
主控單片機和射頻卡
讀寫電路設(shè)計
考慮到手持機的存儲容量大、外部中斷和定時中斷的功能需要，以及開發(fā)工具的費用等因素，本系統(tǒng)選用了由深圳宏晶科技公司生產(chǎn)的STC89C58RD+單片機作為主控制模塊。STC89C58RD+具有以下優(yōu)點：加密性強；超強的抗干擾性，有三大降低單片機時鐘對外部電磁輻射的措施；超低功耗；在線系統(tǒng)可編程和可遠程升級。
射頻卡讀寫電路是手持機的重要組成部分，用于實現(xiàn)對射頻卡的寫入并讀取射頻卡所攜帶的數(shù)據(jù)信息。這里采用射頻卡讀寫模塊XM503A來實現(xiàn)對EM4469射頻卡的讀寫控制(見圖1)。
圖1 手持設(shè)備的射頻卡讀寫電路
液晶顯示電路
本手持式讀寫設(shè)備中的數(shù)據(jù)顯示電路采用CSD—12864I液晶顯示模塊。這是一種圖形點陣液晶顯示模塊，主要由行驅(qū)動器和列驅(qū)動器，以及128×64全點陣液晶顯示器組成。它可以完成圖形顯示，也可以顯示32個16×16點陣的漢字。液晶顯示模塊與CPU接口采用8位數(shù)據(jù)總線和8條控制線。
在初始化的時候要先輸入關(guān)顯示屏的指令，然后輸入開顯示屏的指令，接下來就可以設(shè)置顯示的起始行和頁地址，進入讀寫顯示數(shù)據(jù)的操作。
存儲電路硬件設(shè)計
在本RFID手持式讀寫設(shè)備中，STC89C58RD+單片機只有1280B的RAM，需要附加存儲器電路。本手持機選擇了由Hynix公司生產(chǎn)的HY628400存儲器。
HY628400是一種高速、低功耗的、容量為512k×8bit(共4Mb)的SRAM器件，它采用了先進的CMOS技術(shù)，兼容TTL輸入和輸出，數(shù)據(jù)保存模式使該器件在低電壓為2V的時候，仍然可以保證數(shù)據(jù)是有效的。
HY628400的4Mb存儲單元中，分配2Mb的空間存放漢字字庫，用于液晶顯示模塊的漢字顯示；其余2Mb的空間用于存儲數(shù)據(jù)。 HY628400與單片機的連接電路如圖2所示。
圖2 STC89C58RD+單片機與HY628400存儲器的連接電路
其他部分電路的設(shè)計
RFID手持式讀寫設(shè)備與計算機之間通過RS-232C串行接口進行數(shù)據(jù)通信。本手持式讀寫設(shè)備選用了兼容RS-232標準的MAX3243芯片。MAX3243具有3個驅(qū)動器、5個接收器和雙電荷泵電路，而且所有的引腳都具有±15kV ESD保護。
鍵盤作為用戶的輸入端口，其功能是實現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入和手持機功能選擇與操作的控制，從而實現(xiàn)人機交互。本手持機鍵盤一共設(shè)有19個鍵，包括0～9數(shù)字鍵10個，F(xiàn)1、F2、F3、“.”和回車共5個功能鍵，背光鍵、掃描鍵(讀寫EM4469的按鍵)、以及開關(guān)鍵。
時鐘電路用于為手持機提供準確的時間，并可以在液晶顯示屏上顯示出當前的時間。本手持機選用深圳市威帆電子技術(shù)有限公司生產(chǎn)的SD2003A時鐘芯片，其具有體積小、內(nèi)置晶振、支持I2C總線接口等特點，可以定時中斷輸出，高精度、免調(diào)校，年誤差小于2分鐘(在25±1℃下)。
本手持式讀寫設(shè)備的工作電壓為5V，后備電源電壓為3.6V，因此選用Maxim公司的升壓型DC/DC電壓轉(zhuǎn)換器件MAX682為手持機供電。MAX682通過2.7V～5.5V的輸入電壓，可獲得穩(wěn)定的5V輸出電壓和250mA的輸出電流，而且停機狀態(tài)下的電流損耗小(只有0.1mA)，完全滿足手持機的供電需要。電源模塊的電路如圖3所示，其中，C105和C107是濾波電容，電阻R102是控制電阻，C106是電路的升壓電容。
圖3 電源電路
聲光提示電路包括蜂鳴器和LED發(fā)光二極管電路兩部分，用于手持機操作成功或各種警示狀態(tài)提示。
軟件設(shè)計
本手持式讀寫設(shè)備主要完成射頻電子標簽的讀寫、數(shù)據(jù)的存儲和與計算機的信息通信。手持機主程序的流程如圖4所示。
圖4 主程序流程圖
本文開發(fā)的手持式讀寫設(shè)備采用曼徹斯特編碼方式來讀取EM4469的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸率為RF/64。
XM503感應模塊通過發(fā)送標準命令來完成對EM4469射頻卡的讀寫操作。讀卡的程序流程是：首先初始化單片機串口，發(fā)送開射頻場的命令，輸入要讀取的數(shù)據(jù)扇區(qū)的區(qū)號。然后發(fā)送讀數(shù)據(jù)的命令，判斷此命令是否發(fā)送完畢，如果沒有發(fā)送完就接著發(fā)送；如果發(fā)送結(jié)束就接著判斷是否有數(shù)據(jù)，如果沒有數(shù)據(jù)則提示錯誤并返回到初始化的地方。如果有數(shù)據(jù)就開始接收。后判斷接收到的數(shù)據(jù)正確與否，如果正確，則可以將所讀取到的數(shù)據(jù)通過液晶顯示屏顯示出來。如果判斷接收到的數(shù)據(jù)是錯誤的，則提示錯誤并返回初始化。
當要往EM4469射頻卡中寫入數(shù)據(jù)的時候，先要將單片機的串口初始化，設(shè)置波特率，發(fā)送開射頻場的命令。然后輸入要寫入數(shù)據(jù)的扇區(qū)的區(qū)號并發(fā)送寫數(shù)據(jù)的命令，接著判斷寫數(shù)據(jù)命令是否發(fā)送完畢。如果沒有發(fā)送完畢就接著發(fā)送；如果發(fā)送結(jié)束就進一步判斷是否有數(shù)據(jù)。如果沒有數(shù)據(jù)則提示錯誤并返回初始化；如果有數(shù)據(jù)就開始接收要寫入的數(shù)據(jù)。再判斷接收到的數(shù)據(jù)正確與否。如果判斷接收到的數(shù)據(jù)是錯誤的，則提示錯誤并返回到初始化的地方；如果正確，還要將其讀出來，判斷是否是要寫入的數(shù)據(jù)。如果是就結(jié)束；如果不是就返回初始化。
結(jié)語
本文詳細論述了基于EM4469射頻卡的手持式讀寫設(shè)備的硬件電路設(shè)計和主要軟件部分的設(shè)計方法。該產(chǎn)品采用模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，將射頻卡讀寫電路設(shè)計成相對獨立的模塊，如果有不同類型射頻卡的使用需要，可以將此部分電路更換成其他類型射頻卡讀寫電路模塊即可滿足需要。
參考文獻
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