基于STC12C5A60S2單片機(jī)的射頻讀寫器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

宗 盼

（遼寧鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 錦州 121000）

射頻識(shí)別系統(tǒng)通常由電子標(biāo)簽和讀寫器兩部分組成，通常被識(shí)別物品的具體信息被存儲(chǔ)在電子標(biāo)簽當(dāng)中，而電子標(biāo)簽一般情況下被放在被識(shí)別物品上，通過非接觸的方式，射頻讀寫器可以很容易的獲取到所存儲(chǔ)的信息[1]。讀寫器可以對(duì)接收的電子標(biāo)簽的信息進(jìn)行調(diào)制解碼，然后通過計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)，將讀出的標(biāo)簽信息進(jìn)行信息傳輸和管理[2-3]。STC12C5A60S2系列的單片機(jī)具有超強(qiáng)抗干擾能力、可用低頻晶振、低功耗、可遠(yuǎn)程升級(jí)、可送STC-ISP下載編程器、內(nèi)部集成高可靠復(fù)位電路等優(yōu)點(diǎn)[4]，基于上述優(yōu)點(diǎn)，本文選用STC12C5A60S2系列的STC12LE5A32S2作為射頻讀寫器的主控制器。

1 射頻讀寫器總體設(shè)計(jì)

射頻讀寫器的硬件組成框圖如圖1所示。

為了增加讀寫模塊的通用性和可擴(kuò)展性，在硬件設(shè)計(jì)時(shí)遵循模塊化的設(shè)計(jì)思想。整個(gè)讀寫模塊主要由四大部分組成。

1.1 主控MCU

主控單片機(jī)主要用于射頻讀寫芯片和RF收發(fā)芯片的控制操作。本文選用STC12C5A60S2系列的STC12LE5A32S2做為主控制器。

1.2 射頻讀卡模塊芯片

射頻讀寫芯片，一方面該模塊負(fù)責(zé)接收主控單片機(jī)的控制信息，另一方面主要完成與電子標(biāo)簽的通信操作。本文選用TX125系列非接觸IC卡射頻讀卡模塊。

1.3 RF 收發(fā)模塊

RF收發(fā)模塊的作用是為數(shù)據(jù)包處理、數(shù)據(jù)換沖、突發(fā)數(shù)據(jù)傳書、清洗信道評(píng)估、連接質(zhì)量指示和電磁波技法等一系列工作提供廣泛的硬件支持。本文選用CC1100做為RF收發(fā)模塊的主控芯片。

1.4 RS232 接口模塊

本設(shè)計(jì)選用RS232異步通訊接口。臺(tái)式電腦上一般都有這種接口配置，這種配置做為臺(tái)式電腦的基本配置而存在。綜上所述，射頻讀寫器的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 射頻讀寫器硬件組成框圖

2 射頻讀卡器各個(gè)模塊設(shè)計(jì)

2.1 STC12LE5A32S2應(yīng)用線路圖

晶振電路：如果是外部時(shí)鐘頻率在33MHz以上的情況，這時(shí)就直接可以使用外部有源晶振，反之則使用R/C振蕩器時(shí)鐘(室溫情況下5V單片機(jī)為：11MHz～15.5MHz，3V單片機(jī)為8MHz～12MHz)，XTAL1 和 XTAL2 腳浮空；在外部時(shí)鐘頻率在27MHz以上的情況下，使用標(biāo)稱頻率就是基本頻率的晶體，但不要使用三泛音的晶體，否則如參數(shù)搭配不當(dāng)，就有有可能會(huì)出現(xiàn)振在基頻的情況發(fā)生，在此狀態(tài)下實(shí)際頻率就只有標(biāo)稱頻率的1/3了，也可以直接使用外部有源晶振 (時(shí)鐘從XTAL1腳輸入，XTAL2腳必須浮空)。

2.2 射頻讀卡模塊TX125

非接觸IC卡射頻讀卡模塊TX125系列采用的是125K的射頻基站。當(dāng)有射頻卡靠近模塊的情況發(fā)生時(shí)，模塊會(huì)以韋根或UART方式輸出ID卡卡號(hào)，用戶僅需簡(jiǎn)單的讀取即可，如果是在在串口方式下，該模塊可工作在主動(dòng)與被動(dòng)的模式兩種模式之下[5]。該讀卡模塊完全支持EM、TEMIC、TK及其兼容卡片的操作，TX125系列非接觸IC卡射頻讀卡模塊實(shí)物圖如圖2所示。

圖2 TX125系列非接觸IC卡射頻讀卡模塊實(shí)物圖

TX125支持韋根接口和串口兩種協(xié)議，本設(shè)計(jì)選用韋根接口。TX125韋根接實(shí)物圖如圖3所示。

圖3 韋根接口實(shí)物圖

2.3 RF收發(fā)模塊CC1100

論文里選擇射頻收發(fā)器CC1100芯片作為RF收發(fā)模塊，這是ChiPCon公司生產(chǎn)的一種收發(fā)器CC1100芯片。該芯片優(yōu)點(diǎn)有：不需要大量的外部器件，所以集成度很高；選SPI接口作為其數(shù)據(jù)接口，擁有高達(dá)500kbps的傳輸速率；CRC(循環(huán)冗余碼校驗(yàn))和自動(dòng)處理數(shù)據(jù)頭；功耗特別低，其工作電壓僅為1.9-3.6V；工作的頻道依次是4335MHz、8685MHz和915MHz，每個(gè)頻道之間的轉(zhuǎn)換時(shí)間低于650s；點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸模式和廣播傳輸模式均可以[6]。

2.4 射頻讀寫器工作流程

射頻讀卡器作為一個(gè)系統(tǒng)，不僅包括硬件部分，還包括有軟件部分。對(duì)于本設(shè)計(jì)，有許多接口需要軟件的支持，軟件程序應(yīng)用Keil C語(yǔ)言進(jìn)行編寫。主控MCU工作流程如下：

1）初始化接收緩沖區(qū)；

2）檢查TX125連接超時(shí)次數(shù)不得大于10次，否則重新發(fā)送電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)；

3）當(dāng)電子標(biāo)簽經(jīng)過后，將電子標(biāo)簽內(nèi)的數(shù)據(jù)發(fā)送到接收緩沖區(qū)并啟動(dòng)定時(shí)器；

4）檢查CC1100連接超時(shí)次數(shù)不得大于10次，否則重新發(fā)送電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)；

5）對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，若收到的數(shù)據(jù)為10字節(jié)則檢查它的正確性，反之則重新發(fā)送數(shù)據(jù)；

6）檢查讀寫器是否存在故障；

7）清空接收緩沖區(qū)。

3 射頻讀寫器調(diào)試結(jié)果

圖4 調(diào)試參數(shù)設(shè)置

調(diào)試軟件AccessPort是一款集端口調(diào)試、攔截?cái)?shù)據(jù)等多功能為一體的串口調(diào)試工具，他具有簡(jiǎn)單、易用、功能強(qiáng)大等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)中的硬件配置：CPU 3.0GHz，2G的內(nèi)存，160G的硬盤。

調(diào)試參數(shù)設(shè)置如圖4所示。

當(dāng)標(biāo)簽經(jīng)過時(shí)，讀卡器能很迅速的讀出電子標(biāo)簽的信息，并且顯示正確，表明了讀卡器良好的閱讀性和可用性。調(diào)試結(jié)果如圖5所示。

圖5 調(diào)試結(jié)果

調(diào)試結(jié)果表明：該讀卡器讀卡距離穩(wěn)定、穿透性較強(qiáng)、具有嚴(yán)格的方向性和穩(wěn)定性、適用于露天環(huán)境、維護(hù)方便。用STC12LE5A32S2作為主控MCU的讀卡器讀寫速度快，讀寫信息正確，具有一定的抗干擾性，能在惡劣的環(huán)境下對(duì)電子標(biāo)簽信息進(jìn)行閱讀，并且操作方便，可以直接下載程序，在調(diào)試工作中該性能給予了很大的便利性。

[1]王圣禮.超高頻射頻識(shí)別(RFID)閱讀器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].杭州:浙江大學(xué),2008:15-19.

[2]John R. Tuttle.Traditional and emerging technologies and applications in the radio frequency identification industry[J].IEEE Radio Frequency Integrated Circuits Sysmposium,2004,32(5):9-15.

[3]Matthew M,Radmanesh.Radio frequency and microwave electronics illustrate[J].Publishing House of Electronics Industry,2002(3):467-470.

[4]左安友,劉延平,黃勇.基于STC12C5A60S2單片機(jī)的樓宇平面結(jié)構(gòu)顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].湖北民族學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,2011,12(04):13-19.

[5]佚名.TX125系列讀寫模塊[OL].東莞:同欣智能,2011/03/07:2-17.

[6]劉洋,吳楊,李澤健.基于CC1100的新型無(wú)線投票表決器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2010,9(2):3-12.