非接触式RFID读写器系统设计

　　引言

　　随着计算机和嵌入式系统的发展，IC卡已经融入人们的日常生活，并发展成几大类，其中非接触IC卡的出现引起了人们的特别关注。与之相应，能够读取非接触IC卡内信息的读写器(阅读器)也在不断地发展和更新。非接触式卡又称射频卡(应答器)，它使用无线电调制方式和阅读器进行信息交换。通常根据以下几种标准来设计，即ISO／IEC10536标准、ISO／IEC14443标准、 ISO／IEC15693标准。根据ISO／IEC10536标准设计的卡称为"密耦合卡"，对应的阅读器也相应遵循ISO／IEC10536标准设计；根据ISO／IEC14443标准设计的卡是近耦合卡，对应的阅读器遵循ISO／IEC14443标准设计；根据ISO／IEC15693标准设计的卡是遥耦合卡，对应的阅读器遵循ISO／IEC15693标准设计。遥耦合卡比近耦合卡具有更远的读卡距离，但二者均采用13．56 MHz工作频率，均具有防冲突机制[1]。

　　本文以射频识别技术的实际应用为背景，以智能车辆识别系统的设计为实例，阐述了使用一种TI公司生产的工作于13．56 MHz的典型射频IC卡进行系统开发的方法。该系统

　　1系统总体结构及方案设计

　　本系统采用基于IS015693协议的TI公司的工作于13．56 MHz的射频标签(RI-I02-112A，RI-I03-112A等)为射频信息钮，由基于RI-R6C一001A[2]的射频信息钮读头模块、天线、单片机、电源稳压模块(UA7805)、串口通信电路(MAX232)、液晶显示电路(SED1335、MAX749)[3]、无线收发模块(AYG一 59C)[4]等组成。电源稳压模块把整个系统的工作电压稳定在5 V，MAX749芯片主要是为液晶模块提供所需的负电压。系统总体结构框图如图1所示。

　　把此系统用于城市的公交车运行情况的统计上，前提是要把每辆公交车上贴一个射频卡，在每一个站牌处安装一个由阅读器组成的系统(包括阅读器、液晶模块、无线收发模块)。该系统的工作过程如下：

　　首先，由应用软件通过单片机(PIC16F874)向射频信息钮读卡模块(RI-R6C一001A)发出指令(如读射频卡的UID)，射频信息钮读卡模块把单片机发过来的数据按所选择的射频协议(ISO15693)[5]的要求对数据进行编码和调制，然后经过天线发送出去。此时，在阅读距离范围内的电子标签(射频卡)收到此命令，经过认证，如果正确，则按命令的要求把自己的UID发送出去(如果错误，则返回错误信息)。读卡模块经过天线收到此信息，对其进行解调和解码后，通过SPI串口送给单片机。单片机把收到的数据通过RS232串口送给收发模块(AYG一59C)，收发模块以短消息的形式把数据发送给控制中心，然后控制中心把收到的数据以短消息群发的形式送给各个智能站牌。站牌处的无线收发模块收到此信息后，通过串口RS232送给单片机。单片机把此信息送给液晶显示模块，通过液晶显示模块乘客就可以知道公交车行驶的情况。

　　2系统硬件设计

　　硬件主要包括单片机MCU、RI一R6C-001A、液晶显示器、时钟电路、匹配电路及接口等外围电路。下面给出各部分的详细说明及相关设计。

& nbsp;& nbsp;& nbsp;& nbsp;& nbsp;& nbsp;& nbsp; 2．1 MCU部分

　　图2为MCU加外围器件的应用原理[6]，也即控制部分电路原理。

　　控制部分首先辅助RI-R6C一001A工作。因为RI-R6C一001A芯片要正常工作，实现射频阅读器的功能，不但要有外围电路，而且还要有控制器对其进行适当的控制。PIC16F874控制器有丰富的位操作指令，有SPI串行口和精简的指令集，能够很容易地模拟RI-R6C-001A传送数据的时序以及时钟切换的时序。由于RI-R6C一001A对外只提供4个引脚(DOUT、DIN、SCLOCK、M-ERR)，所以控制器的接口电路相对较简单。DOUT、DIN、SCLOCK三个引脚分别连接到单片机的SPI串行口SDI、SDO、SCK三根线上，用来实现数据的串行传输。M-ERR引脚用来检测接收到射频卡中的数据是否发生错误(若有错误，则此引脚变为高电平)，因此把此引脚接到单片机的外部中断输入33引脚，用于检测接收数据是否有错误，进而单片机对其作出相应的处理。由于RI-R6C一001A在接收射频卡中的数据并把它发送给控制器时，要求控制器对其发送的数据是否结束作出判断，并且RI-R6C-001A不发送数据时就不再送时钟，所以在此电路设计中把RI-R6C一001A的SCLOCK引脚也接到了具有电压变化中断功能的 RB4引脚。RB4引脚外接一个二极管，与软件结合起来，要求当控制器供应时钟时，RB4引脚处于高电平输出状态，经过二极管，RB4引脚不会输入时钟；当RI-R6C-001A供应时钟时，RB4引脚处于输入状态，SCLOCK信号输入此引脚，从而可以对发送数据是否结束作出相应的判断。其次控制器还要适时控制LCD的液晶显示，图2中，ADJ、CTRL是与MAX749相连的，提供LCD所需的-20 V电压；C5、C6、C7、E4、E7以及DO～D7是与LCD相连的控制信号与数据信号；同时也通过MAX232控制无线收发模块AYG一59C数据的发送和接收。

& nbsp;& nbsp;& nbsp;& nbsp;& nbsp;& nbsp; 2．2射频部分

　　微处理器与RI-R6C一001A之间的通信主要通过几根连线实现，图3所示为射频芯片加外围器件的应用原理[2]。

　　射频电路由三大部分组成：RI-R6C一001A应用电路，与单片机相连的接口电路，天线发送、接收电路。在RI-R6C-001A应用电路中，L1、 L2、C2组成的T型网络以及L3、C9组成的LC网络都起滤波作用，使RI-R6C-001A通过天线接收的数据不至于流向

发送端TX-OUT，因为此芯片发送数据时频率是13．56 MHz，而接收& nbsp; 信号的副载波频率是13．56 MHz／28和13．56 MHz／32(FM)或13．56 MHz／32(AM)，R-MOD端的电阻R2决定发送信号的调制深度；R3、L4、C10、C11组成串联谐振电路，匹配阻抗为50 Ω。可调电容C11用来准确调整电路谐振点在13．56 MHz，这一设计有利于阅读器正确的收／发信息。