基于ARM的2.4G RFID遠距離讀寫器的設計

王皓奎 唐 寬

（廣西瀚特信息產業股份有限公司，廣西 桂林 541004）

基于ARM的2.4G RFID遠距離讀寫器的設計

王皓奎 唐 寬

（廣西瀚特信息產業股份有限公司，廣西 桂林 541004）

隨著RFID技術研究和開發的不斷深入，2.4G RFID設備的研制逐漸成為研發的熱點。相比無源RFID標簽，2.4G有源電子標簽具有傳輸距離遠、數據速率高、多標簽識別速度快及處理能力強等諸多優點，因此智能交通運輸，資產管理，人員定位，自動考勤系統等應用場合有著天然的優勢。文章基于ARM微處理芯片LPC2136，設計了一種2.4G RFID遠距離讀寫器，該讀寫器經過長時間的測試和應用，在多個系統中運行穩定。

RFID；ARM；定位系統;智能交通

隨著信息產業的不斷發展，RFID技術在生活生產中起著越來越重要的作用。RFID技術在硬件上主要分成兩部分,一部分是讀寫器、一部分是標簽。本文提出了一種 2.4G的 RFID讀寫器的設計。通常，2.4G有源標簽內部發射功率比讀寫器低得多，這就要求讀寫器的接收靈敏度高，標簽識別速度快，安全保密，多卡識別能力強，通信距離遠，具備防重讀功能，支持韋根，RS485，RS232，TCP/IP等多種通信接口。據此，本文設計的2.4G遠距離讀寫器，滿足了市面上的大部分應用，并且可配置性強，便于靈活組網使用。

1 系統總體設計框圖

處理單元采用以LPC2136為核心的ARM7內核控制系統，利用LPC2136外設接口串口0實現RS232和RS485；串口1實現與串口轉以太網連接；IIC接口外掛EEPROM；普通I/O實現韋根接口，外部觸發讀卡，nRF24L01+射頻芯片通過SPI時序控制，HMC274射頻衰減器控制，蜂鳴器控制，2個干接點（繼電器輸出）控制；其中韋根接口和外部觸發讀卡通過光耦隔離再連接到外部接口，防止I/O口損壞。

模塊框圖如下圖1所示：

圖1 2.4G RFID讀寫器框圖

2 系統硬件設計

2.1 ARM控制器部分

LPC/2136微控制器是基于一個支持實時仿真和嵌入式跟蹤的16/32位ARM7TDMI-S CPU，并帶有256kB嵌入的高速Flash存儲器。128位寬度的存儲器接口和獨特的加速結構使32位代碼能夠在最大時鐘速率下運行，較小的封裝和很低的功耗使LP2136特別適用于訪問控制和POS機等小型應用中；由于內置了寬范圍的串行通信接口和8/16/32kB的片內SRAM，它們非常適合于通信網關、協議轉換器、軟件modem、語音識別、低端成像，為這些應用提供大規模的緩沖區和強大的處理功能。多個32位定時器、2個10位8路的ADC、1個10位DAC、PWM通道、47個GPIO以及多達9個邊沿或電平觸發的外部中斷使它們特別適用于工業控制應用。

圖2 ARM控制器

2.2 射頻接口部分

為滿足本文所設計系統指標，在設計中選用了NORDIC公司研發的nRF24L01+芯片。該款芯片屬于2.4 GHz無線射頻頻段收發芯片，工作頻率在2.4～2.4835GHz之間可調，可以同時接收6路不同通道數據。通訊速度最高設置為2 Mbps，芯片內部固化有 CRC與地址校驗協議，并支持自動應答功能，在確認收到數據，可以自動回應應答方，從而提高了通信的安全可靠性，這些功能都可以通過芯片提供的 SPI接口配置相應的寄存器得以實現。其外圍電路如圖3所示。

圖3 射頻接口

2.3 網絡接口部分

本設計采用基于通用串行接口，符合網絡標準的嵌入式模塊，內置TCP/IP協議棧，能夠實現串口、以太網、無線網（WIFI）3個接口之間的轉換，通過此網絡接口，可將讀寫器的數據在Internet 網絡傳輸，方便將2.4G RFID讀寫器迅速部署到物聯網中。

圖4 網絡接口

2.4 外部接口部分

2.4G RFID讀寫器讀到的標簽可以通過 RS232、RS485、韋根 26/34、和干節點信號傳送給用戶。RS232、RS485采用相同的通訊協議。支持主動上傳、被動上傳兩種模式，可以通過通訊模式的設置來進行切換。

主動模式：是指設備讀到標簽后，保存到緩沖區中，按一定的讀卡時間間隔 把緩沖區內沒有上傳的標簽主動傳送給用戶。讀卡時間間隔是可以設置的。注意：主動模式，傳送速度快，但沒有應答過程，有可能丟失數據。

被動模式：是指設備讀到標簽后，保存到緩沖區中，等待用戶發“讀標簽命令”。接收命令后，把標簽信息上傳給用戶，用戶正確無誤接收標簽信息后，發送“確定標簽正確接收”命令，設備接收到“確定標簽正確接收”命令后，把已上傳的標簽刪除。注意：被動模式，傳送速度慢，有應答過程，可以保證接收的準確性。

圖5 外部接口

2.5 電源部分

電源轉換部分采用LM2596，此芯片是3A電流輸出降壓開關型集成穩壓芯片，它內含固定頻率振蕩器（150KHZ）和基準穩壓器（1.23v），并具有完善的保護電路、電流限制、熱關斷電路等。利用該器件只需極少的外圍器件便可構成寬輸入的高效穩壓電路。

圖6 電源部分

2.6 主要軟件設計

讀寫器程序流程圖如下圖所示，其中外掛的EEPROM負責保存配置參數，實現掉電后配置數據不丟失。配置數據包括所有上位機調試軟件可設置的參數。

圖7 軟件流程

3 測試結果與性能分析

通過對實際電路測試，其傳輸距離最遠可以達到100米，讀寫器支持輸出功率調節功能，輸出功率調節范圍為30dB，1dB步進。支持 RS232，RS485，以太網，韋根通信方式；且可通過上位機設置。讀寫器支持主動式讀卡和被動式讀卡。并在多所學校自動考勤系統中得到了實際應用。

4 結束語

由于2.4 G RFID讀寫器是通信距離遠，傳輸速度快，性能穩定，保密性強，因此相信其在智能交通，人員定位，物資管理，自動考勤，物流管理等方面將具有越來越廣泛的應用前景。

[1] ISO/IEC 180000-4 RFID Air Interface Standards.

[2] GB/T 28925-2012 信息技術 射頻識別 2.45GHz空中接口協議.

Design based on ARM's 2.4G RFID long range reader

With the development of RFID technology research and development, the development of 2.4G RFID device has become the focus of research and development. Compared with passive RFID tags, 2.4G active electronic tag has the advantages of long transmission distance, high data rate, multi tag identification speed and strong capability of processing, so the intelligent transportation, personnel positioning, application of automatic attendance system has the advantage of natural. In this paper, ARM micro processing chip based on LPC2136, the design of a 2.4GRFID long-distance card reader, the reader through the test and application of long time, stable operation in multiple systems.

RFID;ARM; positioning system;intelligent transportation

TP391.4

A

1008-1151(2015)02-0041-03

2015-01-15

王皓奎(1974－)，男，廣西桂林人，供職于廣西瀚特信息產業股份有限公司；唐寬（1983－），男，廣西桂林人，供職于廣西瀚特信息產業股份有限公司。