便携式射频读写器设计

2018-09-03 02:29李园园

无线互联科技 2018年16期

李园园，李勇

（中山职业技术学院，广东中山 528404）

随着信息技术、物联网技术、移动应用技术等高新技术的蓬勃发展，智能化的生活已经渗透到我们生活、工作、学习的方方面面，各行各业不仅仅需要信息化的支持，更需要借助物联网技术实现人和物品之间更紧密的联接。经过近些年不断地发展，高校的资产管理系统已然实现了信息化，学校资产盘点终端主要有两种技术手段：条形码二维码技术和射频技术。二维码技术可以用特定的手持终端或手机上安装专门开发的APP来实现设备管理，优点是设备成本低，且操作方便；缺点是操作效率低，一次只能读取一个资产的信息，对于空间狭窄操作设备无法到达的地方无法进行管理。射频技术可以克服二维码技术在资产管理方面的缺陷，效率高，可以同时管理数百个资产数据；管理空间范围大，远到几十米的范围进行资产信息读写。本文设计了一种超高频（Ultrahigh Frequency，UHF）射频标签读写终端以及手机客户端的编程流程，能通过蓝牙配合手机使用同时进行二维码和射频标签的读写管理。

1 硬件设计

1.1 系统结构

手持UHF射频读写终端，能满足电池供电、低功耗、蓝牙功能，射频标签读写功能，硬件的整体结构如图1所示。

图1 硬件结构

1.2 主要硬件选型

1.2.1 单片机

选用意法半导体公司的STM32F103C8T6，该芯片应用广泛，供货量大，价格基本与51系列同等功能单片机持平，性价比非常高。该芯片使用高性能的ARM® Cortex™-M3 32位的RISC内核，工作频率为72 MHz，内置高速存储器(64 K字节的闪存和20 K字节的SRAM)，包含2个12位的ADC、3个通用16位定时器和1个PWM定时器，还包含标准和先进的通信接口：多达2个I 2 C接口和SPI接口、3个USART接口、一个USB接口和一个CAN接口。该单片机丰富的片上资源以及外设接口，保证了系统的最小化以及硬件的可靠性。供电电压为2.0～3.6 V，一系列的省电模式（睡眠模式、停机模式、待机模式）保证低功耗应用的要求。

1.2.2 射频模块

选用晓网电子的一款900 M超高频模块RF100，兼容ISO18000-6C/EPC Gen2 协议。电源电压支持 3.6～5 V 供电，该模块参数如下。

（1）通讯协议：TTL串口；波特率：115 200 bps。

（2）频率范围：840～928 MHz。

（3）模块尺寸为 20 mm×23 mm×1 mm(未计算屏蔽罩厚度)。

（4）发射功率为 15 dBm，26 dBm，软件可调。

（5）读卡距离：2～10 m，依据使用天线而定。

（6）模块处于关闭模式：漏电小于10 μA。

（7）模块处于深度睡眠模式：功耗小于300 μA。

（8）模块处于待机模式：功耗为32 mA左右。

（9）模块连续盘存模式：功耗为220～320 mA左右。

（10）模块发送连续波时：功耗为320 mA左右。

（11）多标签读取＞50 张/s。

（12）启动时间＜80 ms。

1.2.3 蓝牙模块

选用蜂汇物联的主从一体蓝牙模块串口透传模块B-0001，该无线模块是基于TI公司的CC2540F256 芯片研发的射频模块，该模块可广泛应用于短距离无线通信领域，具有功耗低、体积小、抗干扰能力强等特点。B-0001可以实现模块与手机数据透传，模块与模块点对点的数据透传，通过简单的 IO 控制便可以快速使用蓝牙低能耗（Bluetooth Low Energy Consumption，BLE）技术。模块主从合一，具有命令控制，通过串口可以切换模块的主从角色，配置串口波特率，修改模块的广播名称，修改广播间隔和连接参数。该模块采用TI CC2541方案，适配BLE4.0协议，可通过RS232串口与单片机通信，具有低功耗，超小体积等特点。

以上主要硬件的选择，保证了系统设计的简洁，功能可靠，并且达到了便携式设备的低功耗的要求。

2 便携式射频标签读写器

本文设计的便携式射频标签读写器，以手机或PC机作为客户端通过蓝牙RS232串口控制读写器的运行（见图2）。读写器的使用方式为：（1）系统开机上电；（2）手机端蓝牙寻找配对设备；（3）设备配对后，可以通过手机发送指令对读写器进行设置；（4）RFID标签管理。主要程序功能包含客户端控制数据的封装与发送；读写器返回数据的解封装；蓝牙接收客户端数据解封装与封装成RFID模块控制命令；RFID将读取的标签信息转发至蓝牙端。

图2 读写器程序结构

?帧头帧类型指令代码指令参数长度指令参数校验位帧尾

手机客户端APP开发：Android 还是 iOS，APP软件编程的使用相同的编程流程，设备中所用的蓝牙模块的透传服务是 0xFEE0, 传输数据的特征值是 0xFEE1。APP编程设计流程如下。

（1）扫描设备，扫描到设备后会有一个回调函数，查找广播报文中含有0xFEE0或者根据服务0xFEE0这个参数去扫描。（2）连接设备，调用连接蓝牙的API。连接成功后会有回调；连接成功之后调用发现服务的API去发现所有的服务，透传的服务是0xFEE0。若有发现到0xFEE服务，那么接着应该去使能特征值0xFEE1，只有使用了这个开关，模块才会发送数据到手机。（3）调用发送函数去发送数据，当手机接收到数据，会有一个接收到数据的回调。