基于13.56MHz射頻數據傳輸硬件系統設計

　　13.56MHz在射頻領域廣泛應用于電子防盜，物流倉儲，無接觸識別卡中目前國際上已經形成了許多關于次頻段應用的規范， 國際標準有lSO 14443 (產品MIFARE，LEGIC)，ISO15693(產品Tag—It，I-Code,···)，ISO 18000—3物品管理等。由于物品種類繁多，人員有限，從而導致效率比較低。為了解決這個問題，本文從實際情況出發分析了管理流程，利用射頻識別技術，提出了倉儲信息化管理方案。通過對輸入輸出各點的設立記錄點，以單片機為數據采集控制器，然后通過現在總線實現數據的到上位機的通訊。

　　該系統采用無源電子標簽；無源RFID標簽本身不帶電池，依靠讀卡器發送的電磁能量工作。由于它結構簡單、經濟實用，因而獲得廣泛的應用。

　　1 射頻系統數據前端處理系統

　　整個系統的數據處理過程主要分為數據的采集存儲(解讀器)和數據傳輸兩大部分。由于服裝倉儲的存貨量比較巨大，流動量頻繁，并需及時地把數據傳輸到上位機。所以要求處理器存取容量大，具有可讀寫性，這里采用了單片機作為底層數據控制器，有效的實現了數據的存儲及傳輸，滿足了現場的需要。解讀器是數據采集的核心部分，解讀器通過接收標簽發出的無線電波接收讀取數據。最常見的是被動射頻系統，當解讀器遇見RFID標簽時，發出電磁波，周圍形成電磁場，標簽從電磁場中獲得能量激活標簽中的微芯片電路，芯片轉換電磁波，然后發送給解讀器，解讀器把它轉換成相關數據。控制計算器就可以處理這些數據從而進行管理控制。在主動射頻系統中，標簽中裝有電池在有效范圍內活動。該系統采用的是無緣標簽，屬于被動射頻系統。

　　圖1為該系統讀寫器的信號轉換流程圖，接收由于倉儲環境比較復雜，干擾源比較多，因此設計系統的接收電路時，加強了電路的抗干擾能力設計，采用的元件和集成芯片都具有一定的抑制噪聲，抗干擾電路。

圖1 信號轉換流程圖

圖2 信號解調電路

　　信號解調電路：如圖2接收到的模擬標簽信號整形放大后轉化為三路數字信號送到讀寫器。其中信號分離環節高頻模擬鎖相環NE564，此電路現在廣泛應用于高速數字通行系統中FM 解凋信號及FSK移頻鍵控信號的調制，解調，無需外接復雜的濾波電容。并且具有強的抗干擾能力，作為信號處理的前端核心部分，將標簽信復合信號分離為標簽信號(f1)，載波信號(f2)。放大整形后送到微控制器去處理。Vi為信號輸入斷，該系統中為標簽復合信號，f1分別為調制后的標簽信號，f2為載波信號。

　　處理器模塊采用ETC公司生產的STC12C2051單片機作為處理器，該型單片機自帶SPI通訊口(主模式／從模式)，通用異步串行通訊口(UART)，標簽信號經過數字化處理后作為頻率為360kHz的兩路數字信號進入CPU，而載波信號經過數字處理之后進入CPU作為信號標簽信號到來的輔助判椐。這為整個現場的數據集中網絡化管理提供了硬件基礎。

圖3 處理器模塊

　　2 總線設計

　　本文采用了SPI總線通訊技術，實現了各微控制器對上位PC機的數據通訊。單片機與PC機通訊網絡圖如圖4。由于PC機不能直接和SPI進行通訊， 必須使用將SPI總線擴展為RS232標準的串行接El芯片，在這里采用的是GMX814系列串口擴展芯片。

圖4 單片機與PC機通訊電路

　　GM814X系列芯片適合于大多數需要多串口擴展的應用場合。它的各子串口具備獨立的串口波特率奇偶校驗、數據長度、中斷屏蔽、紅外模式。各子串口還具備獨立的8級發送數據FIFO，獨立的16級接收數據FIFO，滿足高速數據接收，減少數據溢出。主MCU通過SPI總線對GM814X的功能設置寄存器寫入相應的編程信息，可實現該芯片的工作模式、各子串口的波特率設置、數據幀長和UART第9位功能設置，不再需要外部引腳，可節省大量IO 資源。主MCU也可以通過SPI總線讀取功能設置寄存器內的內容。在3．6864M 晶振下子串口的波特率最高可達到230400bps。SPI接口上的數據收發為16bit的數據長度，其中，高8bit為子串口地址以及其它附加命令和狀態信息，低8bit為實際收發的數據。GM814X與MCU的通訊為全雙工模式。數據的接收以時鐘的上升沿為采樣標志，數據的發送以時鐘信號的下降沿為移位標志。16bit的數據收發從CS為低時有效，當CS拉高后，結束數據的收發，并對數據進行判斷和有效性分析。GM814X從SPI接口上接收MCU發來的16位的數據包括寫數據命令位、指定的子串口地址位和實際的發送數據，并寫入到數據發送寄存器中，8位的發送數據將從TXD引腳以設定的波特率發送出去。

　　3 結束語

　　該系統具有可裁剪性，只要稍加修改就可以應用目前大型的物流管理領域，且在實際應用中收到了良好的效果，但是在干擾源比較多的環境中，存在不穩定因素，該系統有待完善。