便攜式射頻讀寫器設計

2018-09-03 02:29:54李園園

無線互聯科技 2018年16期

李園園，李勇

（中山職業技術學院，廣東中山 528404）

隨著信息技術、物聯網技術、移動應用技術等高新技術的蓬勃發展，智能化的生活已經滲透到我們生活、工作、學習的方方面面，各行各業不僅僅需要信息化的支持，更需要借助物聯網技術實現人和物品之間更緊密的聯接。經過近些年不斷地發展，高校的資產管理系統已然實現了信息化，學校資產盤點終端主要有兩種技術手段：條形碼二維碼技術和射頻技術。二維碼技術可以用特定的手持終端或手機上安裝專門開發的APP來實現設備管理，優點是設備成本低，且操作方便；缺點是操作效率低，一次只能讀取一個資產的信息，對于空間狹窄操作設備無法到達的地方無法進行管理。射頻技術可以克服二維碼技術在資產管理方面的缺陷，效率高，可以同時管理數百個資產數據；管理空間范圍大，遠到幾十米的范圍進行資產信息讀寫。本文設計了一種超高頻（Ultrahigh Frequency，UHF）射頻標簽讀寫終端以及手機客戶端的編程流程，能通過藍牙配合手機使用同時進行二維碼和射頻標簽的讀寫管理。

1 硬件設計

1.1 系統結構

手持UHF射頻讀寫終端，能滿足電池供電、低功耗、藍牙功能，射頻標簽讀寫功能，硬件的整體結構如圖1所示。

圖1 硬件結構

1.2 主要硬件選型

1.2.1 單片機

選用意法半導體公司的STM32F103C8T6，該芯片應用廣泛，供貨量大，價格基本與51系列同等功能單片機持平，性價比非常高。該芯片使用高性能的ARM? Cortex?-M3 32位的RISC內核，工作頻率為72 MHz，內置高速存儲器(64 K字節的閃存和20 K字節的SRAM)，包含2個12位的ADC、3個通用16位定時器和1個PWM定時器，還包含標準和先進的通信接口：多達2個I 2 C接口和SPI接口、3個USART接口、一個USB接口和一個CAN接口。該單片機豐富的片上資源以及外設接口，保證了系統的最小化以及硬件的可靠性。供電電壓為2.0～3.6 V，一系列的省電模式（睡眠模式、停機模式、待機模式）保證低功耗應用的要求。

1.2.2 射頻模塊

選用曉網電子的一款900 M超高頻模塊RF100，兼容ISO18000-6C/EPC Gen2 協議。電源電壓支持 3.6～5 V 供電，該模塊參數如下。

（1）通訊協議：TTL串口；波特率：115 200 bps。

（2）頻率范圍：840～928 MHz。

（3）模塊尺寸為 20 mm×23 mm×1 mm(未計算屏蔽罩厚度)。

（4）發射功率為 15 dBm，26 dBm，軟件可調。

（5）讀卡距離：2～10 m，依據使用天線而定。

（6）模塊處于關閉模式：漏電小于10 μA。

（7）模塊處于深度睡眠模式：功耗小于300 μA。

（8）模塊處于待機模式：功耗為32 mA左右。

（9）模塊連續盤存模式：功耗為220～320 mA左右。

（10）模塊發送連續波時：功耗為320 mA左右。

（11）多標簽讀取＞50 張/s。

（12）啟動時間＜80 ms。

1.2.3 藍牙模塊

選用蜂匯物聯的主從一體藍牙模塊串口透傳模塊B-0001，該無線模塊是基于TI公司的CC2540F256 芯片研發的射頻模塊，該模塊可廣泛應用于短距離無線通信領域，具有功耗低、體積小、抗干擾能力強等特點。B-0001可以實現模塊與手機數據透傳，模塊與模塊點對點的數據透傳，通過簡單的 IO 控制便可以快速使用藍牙低能耗（Bluetooth Low Energy Consumption，BLE）技術。模塊主從合一，具有命令控制，通過串口可以切換模塊的主從角色，配置串口波特率，修改模塊的廣播名稱，修改廣播間隔和連接參數。該模塊采用TI CC2541方案，適配BLE4.0協議，可通過RS232串口與單片機通信，具有低功耗，超小體積等特點。

以上主要硬件的選擇，保證了系統設計的簡潔，功能可靠，并且達到了便攜式設備的低功耗的要求。

2 便攜式射頻標簽讀寫器

本文設計的便攜式射頻標簽讀寫器，以手機或PC機作為客戶端通過藍牙RS232串口控制讀寫器的運行（見圖2）。讀寫器的使用方式為：（1）系統開機上電；（2）手機端藍牙尋找配對設備；（3）設備配對后，可以通過手機發送指令對讀寫器進行設置；（4）RFID標簽管理。主要程序功能包含客戶端控制數據的封裝與發送；讀寫器返回數據的解封裝；藍牙接收客戶端數據解封裝與封裝成RFID模塊控制命令；RFID將讀取的標簽信息轉發至藍牙端。

圖2 讀寫器程序結構

?幀頭幀類型指令代碼指令參數長度指令參數校驗位幀尾

手機客戶端APP開發：Android 還是 iOS，APP軟件編程的使用相同的編程流程，設備中所用的藍牙模塊的透傳服務是 0xFEE0, 傳輸數據的特征值是 0xFEE1。APP編程設計流程如下。

（1）掃描設備，掃描到設備后會有一個回調函數，查找廣播報文中含有0xFEE0或者根據服務0xFEE0這個參數去掃描。（2）連接設備，調用連接藍牙的API。連接成功后會有回調；連接成功之后調用發現服務的API去發現所有的服務，透傳的服務是0xFEE0。若有發現到0xFEE服務，那么接著應該去使能特征值0xFEE1，只有使用了這個開關，模塊才會發送數據到手機。（3）調用發送函數去發送數據，當手機接收到數據，會有一個接收到數據的回調。