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基于nRF2401的有源RFID手持式讀寫器的設計
摘要: 本文主要簡述了基于nRF2401射頻收發芯片的便攜式RFID讀寫器的設計。系統具有體積小、傳輸速度快、性能穩定、功耗低等特點。
Abstract:
Key words :

  引言

  本文設計了一款有源RFID便攜式讀寫器。本讀寫器工作在2.4GHz~2.5GHz的頻率范圍內,其特點是讀寫距離遠、數據傳輸量大、存儲能力強,主要應用于大型的貨物儲倉中,能快速準確地對成千上萬的貨物進行清算,或應用于大型車庫中,對繁忙的車輛出入進行快速有效地記錄與管理。

  基于nRF2401的讀寫器設計

  RFID系統的基本結構

  RFID系統主要包括射頻讀寫器和射頻識別標簽(應答器)兩部分。射頻識別標簽是射頻識別系統的數據載體。通常,射頻識別標簽由耦合元件和微電子器件構成,可分為有源標簽和無源標簽兩種類型。讀寫器可以發送射頻信號到電子標簽,并接收電子標簽返回的射頻信號,從而獲取標簽數據信息。不論是讀寫器還是應答器,它們都有一個重要的構成部分,即微型天線。微型天線可使讀寫器和應答器之間進行有效的信號和能量傳輸。 如圖1所示,射頻應答器和射頻讀寫器的組成均包括微型天線、射頻信號收發器、數據處理器和存儲器。除此之外,讀寫器還包括存儲器的讀寫控制、與計算機的通信、顯示器控制等。

基本結構

  本讀寫器采用nRF2401作為射頻信號的收發器,W77E58作為總控制器,并負責數據的處理,選用非易失性的K9F5608作為存儲器。同時選用了時鐘芯片DS1302、串行口顯示器FYD12864和RS-232驅動/接收器MAX233。

  系統框圖

  本系統中各元件與單片機之間的連接如圖2所示。

  本系統的主控芯片W77E58指令執行速度快、讀寫速度快、功能龐大且設計方便。首先,根據鍵盤鍵人的指令,通過W77E58的控制,nRF2401向對應編號的電子標簽進行查詢,再將查詢結果存入K9F5608中,同時將DS1302即時產生的時刻信息,也就是查詢時刻信息存入K9F5608中,由FYD12864顯示整個查詢過程。系統可通過MAX233與計算機通信,實現數據上傳與下載。

本系統中各元件與單片機之間的連接

  nRF2401功能強大且使用簡便,只需利用SPI接口的3條信號線:DATA、CLK1、CS便可對其進行配置。4種不同工作模式的控制也只需使用PWR_UP、CE、CS三個引腳。其工作模式為:收發模式、配置模式、空閑模式和關斷模式。 為了降低功耗,系統平時處于空閑模式,通過W77E58外部中斷0來監測鍵盤的中斷信號,一旦檢測到有鍵盤鍵入,W77E58便進入正常工作模式,并接收與判別來自鍵盤的指令數據,若判別出數據為電子標簽搜索指令,W77E58便通過輸出高電平到nRF2401的PWR_UP引腳激活nRF2401,通過設置CE與CS來選擇nRF2401的工作模式。

  W77E58通過其增強型全雙工串口SCON1的RXD1、TXD1將數據傳輸給nRF2401。nRF2401對數據進行調制并向外發送后,立即進入接收模式,若在指定時間內無響應,則重復發送再轉入接收模式,若指定發送次數內仍無響應,則判定搜索范圍內無有效標簽。DS1302提供搜索時刻信息,它和搜索結果一起存入K9F5608,若nRF2401接收到來自電子標簽的應答信號,便自動進行接收與檢測,然后將數據解調后傳輸給W77E58。同理,W77E58將數據和搜索時刻信息存儲到外存儲器中。

  另外,通過W77E58的另一組串口SCON的RXD、TXD,以及MAX233可進行本系統與計算機之間的數據通信。

  K9F5608提供了32MB的數據存儲空間,其存儲量大、讀寫速度快、性能穩定。K9F5608有一組功能強大的復用8位I/O口,既可作為指令的輸入口使用,也可作為數據和地址的輸入/輸出口使用,因此,只需占用W77E58的一組8位I/O口。K91F5608的使用非常方便,其片上寫控制系統可使所有的編程和擦除功能自動完成。

  系統工作流程

  系統的工作流程如圖3所示。系統開啟后,首先進行系統的初始化,包括對W77E58各內部資源的初始化,如:定時/計數器、中斷系統、串行口、存儲器等;以及nRF2401初始狀態的配置等。然后,系統進入空閑模式,等待鍵盤按鍵產生的外部中斷輸入信號,由鍵盤的中斷信號激勵系統進入正常工作狀態;隨后將鍵盤鍵人的RFID編號作為請求信號發送出去,并檢測是否有應答信號,同時將結果顯示在LCD顯示器上。系統可將接收到的數據和時間保存到K9F5608記錄存儲器中,或通過串行口傳到PC。

系統的工作流程

  結語

  本文主要簡述了基于nRF2401射頻收發芯片的便攜式RFID讀寫器的設計。系統具有體積小、傳輸速度快、性能穩定、功耗低等特點。

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