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防爆型电子标签(RFID)手持机设计
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引言
RFID的核心部分是一个带有天线的小型芯片，集成在极薄的标签中。这些标签通过射频调制将电子产品代码传输到RFID读写器中，就如同扫描条形码一样，但它不像条码那样受光线和位置的影响。在发达国家和地区，RFID在访问控制、人的识别系统、货物完整性、防盗以及军事上用途广泛。因此对此种标签操作的超高频读写器的设计也有很广泛的应用前景。
1 RFID原理介绍
RFID原理是读写器通过发送超高频载波来激活标签内部的芯片，即芯片通过天线感应能量将存储在自身中的信息发送给读写器。其载波通信频段根据各国划分的不同有所不同。调制方式都采用ASK方式，协议有IS015693，ISO14443-A，-B等。主要介绍IS015693协议下的标签手持式读写器设计。
2 硬件设计
2．1射频模块。读写器的射频模块主要是实现将读写器发往电子标签的命令调制到射频信号上，经由发射天线发送出去，同时实现将电子标签返回到读写器的信号进行必要的加工处理，并从中解调提取出电子标签回送的数据。其结构如图1所示。为了适应标签在金属表面读写的需要，本项目确定对射频模块的发射功率作加大调整，增加读写距离。
2．3微处理器。微处理器是电子标签读写设备的核心部件，根据嵌入式软件的指令完成各种应用功能，包括与计算机之间的通信、对电子标签内数据的处理、安全控制及对外围设备的控制等功能。
2．4天线。读写器天线与射频模块之间必须满足阻抗匹配，在手持式读写器中，将模块与天线进行一体化设计，但在本项目中考虑到实际应用需要，必须延长天线的馈线，具体内容包括馈线延长以后的输入输出阻抗匹配设计；极化方向设计；高增益设计和功率容量设计。
2．5输入输出模块。读写器的输入输出模块包括键盘和显示屏等，本项目将在原有产品结构上，对显示屏进行加固，提高可靠性；对键盘采用塑料薄膜加橡胶按键方式加以改进，以提高键盘使用寿命。
2．6电源模块。在原电源稳压器的基础上加装过压过流保护装置，增加电压电流的检测装置，提高读写器的可靠性。
2．7安全模块。置于读写器内部含安全模块，包含有通信接口、SAM卡驱动和操作系统等。为提高读写器的运算速度，将对SAM卡接口的通信速率进行调整， 由原来的9600bps提升到38400bps。
3软件设计
3．1操作系统。对读写器的核心系统进行改进，采用实时操作系统，支持标准汉字库、输入法、SAM卡操作系统系统等软件模块。
3．2驱动程序。对原有驱动程序作出改写，满足操作系统多任务的需要，根据硬件设备的变化可方便地进行软件裁剪。
3．3 文件系统的建立和实现。现有的存储器结构为512K的NOR FLASH，其中后256K的容量用作字库的存储。因此只有256K容量用来记录平时的操作数据。而且此FLASH一共有128块(每块可以独立擦除)，每块容量为4K。存储器结构如图2所示：FLASH存储器的特点是可以将数据从1写成0，但是要从0改变为1则必须执行块擦除才行，而且一块FLAsH的擦除次数是有限的最多10万次。原来使用的存储方式是不管写人多少的字节都先将此块数据备份到最后一块(第63块)，然后通过擦除指令，擦除这一块的信息，再将改写的数据写入到当前块上。这样操作使每写人一个数据就要擦除一块，特别是最后一块备份区很容易由于过多地擦除而减少其使用寿命。还有一个弊端就是每次存储都要对4K数据作整体的读写操作，使记录存储操作的时间变得很长。由于以上原因，对于记录的存储需要建立一个文件系统来统一管理。并且由于此FLASH所能提供的存储空间有限，因此只作静态的文件结构，而不是动态链接表的方式。作为静态文件系统，通过宏定义的方式确定每种记录的类型和给这种记录开辟的存储空间。由于系统需要记录一些如记录数量或是开机启动设置之类的数据，因此将系统文件独立存放在0块和1块这两个块中，并且这两个块作为相互备份。其他的块用作存储5种不同类型的记录结构。宏定义如下：
#define BLOCK_SYS_ BCK 1 ∥系统文件结束块号
—————一记录文件区— — 一
#define BLOCK STR RECORDO 2 ／／人厂记录
记录文件存储结构如图3所示。
文件的表头结构体如下：
由文件表头构成的块存储空间结构如图4所示：
RFID的核心部分是一个带有天线的小型芯片，集成在极薄的标签中。这些标签通过射频调制将电子产品代码传输到RFID读写器中，就如同扫描条形码一样，但它不像条码那样受光线和位置的影响。在发达国家和地区，RFID在访问控制、人的识别系统、货物完整性、防盗以及军事上用途广泛。因此对此种标签操作的超高频读写器的设计也有很广泛的应用前景。
1 RFID原理介绍
RFID原理是读写器通过发送超高频载波来激活标签内部的芯片，即芯片通过天线感应能量将存储在自身中的信息发送给读写器。其载波通信频段根据各国划分的不同有所不同。调制方式都采用ASK方式，协议有IS015693，ISO14443-A，-B等。主要介绍IS015693协议下的标签手持式读写器设计。
2 硬件设计
2．1射频模块。读写器的射频模块主要是实现将读写器发往电子标签的命令调制到射频信号上，经由发射天线发送出去，同时实现将电子标签返回到读写器的信号进行必要的加工处理，并从中解调提取出电子标签回送的数据。其结构如图1所示。为了适应标签在金属表面读写的需要，本项目确定对射频模块的发射功率作加大调整，增加读写距离。
2．3微处理器。微处理器是电子标签读写设备的核心部件，根据嵌入式软件的指令完成各种应用功能，包括与计算机之间的通信、对电子标签内数据的处理、安全控制及对外围设备的控制等功能。
2．4天线。读写器天线与射频模块之间必须满足阻抗匹配，在手持式读写器中，将模块与天线进行一体化设计，但在本项目中考虑到实际应用需要，必须延长天线的馈线，具体内容包括馈线延长以后的输入输出阻抗匹配设计；极化方向设计；高增益设计和功率容量设计。
2．5输入输出模块。读写器的输入输出模块包括键盘和显示屏等，本项目将在原有产品结构上，对显示屏进行加固，提高可靠性；对键盘采用塑料薄膜加橡胶按键方式加以改进，以提高键盘使用寿命。
2．6电源模块。在原电源稳压器的基础上加装过压过流保护装置，增加电压电流的检测装置，提高读写器的可靠性。
2．7安全模块。置于读写器内部含安全模块，包含有通信接口、SAM卡驱动和操作系统等。为提高读写器的运算速度，将对SAM卡接口的通信速率进行调整， 由原来的9600bps提升到38400bps。
3软件设计
3．1操作系统。对读写器的核心系统进行改进，采用实时操作系统，支持标准汉字库、输入法、SAM卡操作系统系统等软件模块。
3．2驱动程序。对原有驱动程序作出改写，满足操作系统多任务的需要，根据硬件设备的变化可方便地进行软件裁剪。
3．3 文件系统的建立和实现。现有的存储器结构为512K的NOR FLASH，其中后256K的容量用作字库的存储。因此只有256K容量用来记录平时的操作数据。而且此FLASH一共有128块(每块可以独立擦除)，每块容量为4K。存储器结构如图2所示：FLASH存储器的特点是可以将数据从1写成0，但是要从0改变为1则必须执行块擦除才行，而且一块FLAsH的擦除次数是有限的最多10万次。原来使用的存储方式是不管写人多少的字节都先将此块数据备份到最后一块(第63块)，然后通过擦除指令，擦除这一块的信息，再将改写的数据写入到当前块上。这样操作使每写人一个数据就要擦除一块，特别是最后一块备份区很容易由于过多地擦除而减少其使用寿命。还有一个弊端就是每次存储都要对4K数据作整体的读写操作，使记录存储操作的时间变得很长。由于以上原因，对于记录的存储需要建立一个文件系统来统一管理。并且由于此FLASH所能提供的存储空间有限，因此只作静态的文件结构，而不是动态链接表的方式。作为静态文件系统，通过宏定义的方式确定每种记录的类型和给这种记录开辟的存储空间。由于系统需要记录一些如记录数量或是开机启动设置之类的数据，因此将系统文件独立存放在0块和1块这两个块中，并且这两个块作为相互备份。其他的块用作存储5种不同类型的记录结构。宏定义如下：
#define BLOCK_SYS_ BCK 1 ∥系统文件结束块号
—————一记录文件区— — 一
#define BLOCK STR RECORDO 2 ／／人厂记录
记录文件存储结构如图3所示。
文件的表头结构体如下：
由文件表头构成的块存储空间结构如图4所示：
