基于無線數(shù)傳電臺(tái)的RFID手持機(jī)設(shè)計(jì)

李春龍

【摘 要】論文主要介紹了STM32F103ZET6芯片的主要功能、工作原理、操作命令和相關(guān)知識(shí)。同時(shí)通過此芯片設(shè)計(jì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)液晶顯示器的顯示，按鍵控制，利用無線數(shù)傳電臺(tái)接收、發(fā)送空中電波指令數(shù)據(jù)，通過ZLG522讀、寫卡模塊掃描S50卡信息，對物品進(jìn)行出庫、入庫、移庫的操作，從而實(shí)現(xiàn)對倉儲(chǔ)系統(tǒng)的管理。本系統(tǒng)采用單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，以STM32F103ZET6為核心芯片，具有集成度高、可靠性高、芯片尺寸小、占用印制板空間少、直觀性強(qiáng)和操作性好等特點(diǎn)，非常方便使用。

【關(guān)鍵詞】RFI D；讀卡模塊；無線數(shù)傳電臺(tái)；ARM

【中圖分類號(hào)】F407.63【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號(hào)】1672-5158（2013）07-0493-02

第1章 概述

20世紀(jì)末，電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展，在其推動(dòng)下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，有力地推動(dòng)了社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展和社會(huì)信息化程度的提高，同時(shí)也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進(jìn)一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快。

近年來，自動(dòng)識(shí)別方法在許多服務(wù)領(lǐng)域、在貨物銷售與后勤分配方面、在商業(yè)部門、在生產(chǎn)企業(yè)和材料流通領(lǐng)域得到了快速的普及和推廣。自動(dòng)識(shí)別的任務(wù)和目的是提供關(guān)于個(gè)人、動(dòng)物、貨物和商品的信息。條型碼—-紙帶已經(jīng)不能滿足人們的需求，條型碼雖然很便宜，但它的不足之處在于存儲(chǔ)能力小以及不能改寫。根據(jù)從事射頻系統(tǒng)開發(fā)并使產(chǎn)品適合市場需求的公司數(shù)量的增多，說明了這種產(chǎn)品的市場一定會(huì)不斷地?cái)U(kuò)大。目前，射頻識(shí)別系統(tǒng)產(chǎn)品市場是無線電工業(yè)增長最快的部門，手持機(jī)就是其中的一個(gè)產(chǎn)品。

1.1 課題研究的意義

目前國內(nèi)將手持機(jī)應(yīng)用于倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)較少，基于無線數(shù)傳電臺(tái)的RFID手持機(jī)設(shè)計(jì)將電子標(biāo)簽應(yīng)用到了倉儲(chǔ)管理中，節(jié)省了大量的時(shí)間，提高了效率，可以隨時(shí)更新，不至于信息滯后、帶來信息的錯(cuò)誤，還節(jié)省了大量的人力。對倉儲(chǔ)管理有著十分重要的參考價(jià)值。

在眾多信息技術(shù)中，RFID技術(shù)受到了倉儲(chǔ)管理領(lǐng)域業(yè)內(nèi)人士的追捧。RFID應(yīng)用載體系統(tǒng)的本質(zhì)為無線射頻系統(tǒng)。RFID的優(yōu)點(diǎn)有很多，首先是無接觸式信息讀取。這一點(diǎn)被業(yè)內(nèi)人士所看好，因?yàn)檫@極大節(jié)約了分揀作業(yè)時(shí)商品識(shí)別與辨認(rèn)的時(shí)間，提高了分揀作業(yè)的效率。而且，通過射頻信息的數(shù)據(jù)傳播，可以實(shí)現(xiàn)管理員與貨物的無接觸信息讀取交換，達(dá)到了信息的有效傳播和共享方式的透明。其次，RFID技術(shù)具有存儲(chǔ)與更新的性能。將其貼到包裝箱表面，當(dāng)貨物又箱中取出時(shí)，管理員可以通過信息數(shù)據(jù)的更新，將新的物品信息熟練快速錄入原有標(biāo)簽中，及時(shí)做到信息更新。保持了信息讀取與錄入的準(zhǔn)確性。在我國，雖然人力成本較為便宜。但隨著勞動(dòng)法規(guī)的出臺(tái)，工人收到了國家的抱負(fù)和關(guān)注，在長江三角洲區(qū)已經(jīng)逐步實(shí)現(xiàn)最低工作制的用人標(biāo)準(zhǔn)，造成了人力成本的上升。因此，原有繁重分揀等物流作業(yè)造成大量的人力資本投入，從而增加了成本。傳統(tǒng)模式下，倉儲(chǔ)管理需要大量人員的參與介入，隨著信息化的普及，RFID技術(shù)將會(huì)帶來人員需求層次的要求，即要求工作人員掌握數(shù)據(jù)維護(hù)和信息處理的技能，病逐步淘汰純體力勞動(dòng)的人力資源。因此，新的技術(shù)變革勢必會(huì)帶來新一輪的人才需求浪潮。RFID技術(shù)帶來的不僅是方便與快捷的信息革命，更是一種對于原有流通環(huán)節(jié)的挑戰(zhàn)。因此，企業(yè)必須做好整合資源優(yōu)勢、改造原有流程的心理準(zhǔn)備，這樣才能在新一輪的信息競爭中充分利用RFID技術(shù)，從而立于不敗之地[1]。

第2章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 電路原理設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)方案以STM32F103ZET6為主控器件，寫入程序，連接無線收發(fā)模塊（連接天線可以增加收發(fā)距離），并通過zlg522讀卡模塊將S50卡模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成芯片可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)。接入鍵盤和顯示器進(jìn)行輸入和顯示。內(nèi)部安裝一個(gè)1G的SD卡用來存儲(chǔ)信息。并通過電源分別對各部分進(jìn)行供電。最后接觸一個(gè)配置借口可對手持機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)配置[3]。

電路原理框圖如圖1所示。

2.2 單元電路設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)電路是由主控芯片STM32F103ZET6、無線收發(fā)模塊APC250、讀卡模塊ZLG522、液晶顯示器、按鍵、SD卡、電源模塊、串口幾個(gè)部分組成。

2.2.1 主控芯片

STM32F103xx增強(qiáng)型系列使用高性能的ARM Cortex-M3 32位的RISC內(nèi)核，工作頻率為72MHz，內(nèi)置高速存儲(chǔ)器（高達(dá)128K字節(jié)的閃存和20K字節(jié)的SRAM），豐富的增強(qiáng)I/O端口和聯(lián)接到兩條APB總線的外設(shè)[4]。所有型號(hào)的器件都包含2個(gè)12位的ADC、3個(gè)通用16位定時(shí)器和一個(gè)PWM定時(shí)器，還包含標(biāo)準(zhǔn)和先進(jìn)的通信接口：多達(dá)2個(gè)I2C和SPI、3個(gè)USART、一個(gè)USB和一個(gè)CAN。 STM32F103xx增強(qiáng)型系列工作于-40℃至+105℃的溫度范圍，供電電壓2.0V至3.6V，一系列的省電模式保證低功耗應(yīng)用的要求。

完整的STM32F103xx增強(qiáng)型系列產(chǎn)品包括從36腳至144腳的五種不同封裝形式[4]。根據(jù)不同的封裝形式，器件中的外設(shè)配置不盡相同。 豐富的外設(shè)配置，使得STM32F103xx增強(qiáng)型微控制器適合于多種應(yīng)用場合。

2.2.2 無線數(shù)傳電臺(tái)模塊

APC250模塊是高度集成半雙工微功率無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，其嵌入高速單片機(jī)和高性能射頻芯片。創(chuàng)新的采用高效的循環(huán)交織糾檢錯(cuò)編碼，抗干擾和靈敏度都大大提高，最大可以糾24bits連續(xù)突發(fā)錯(cuò)誤，達(dá)到業(yè)內(nèi)的領(lǐng)先水平。APC250模塊提供了多個(gè)頻道的選擇，可在線修改串口速率，發(fā)射功率，射頻速率等各種參數(shù)。APC250 模塊能夠透明傳輸任何大小的數(shù)據(jù)，而用戶無須編寫復(fù)雜的設(shè)置與傳輸程序，同時(shí)小體積寬電壓運(yùn)行，較遠(yuǎn)傳輸距離，豐富便捷的軟件編程設(shè)置功能，使之能夠應(yīng)用與非常廣泛的領(lǐng)域。

2.2.3 讀寫卡模塊

ZLG522S系列讀寫卡模塊是基于13.56MHz頻率的系列讀寫卡模塊，它符合ISO14443標(biāo)準(zhǔn)，可支持PLUS CPU、MIFARE Desfire（CPU卡）、MIFARE S50/S70、MIFARE 0 ultralight、MIFARE Pro，它采用超小型、超大規(guī)模集成電路封裝，具有易用、可靠、多樣和體積小等特點(diǎn)，可方便、快捷地將當(dāng)今最流行的非接觸式IC卡技術(shù)融入系統(tǒng)中，提高產(chǎn)品檔次。

2.2.4 液晶顯示模塊

TFT-LCD即薄膜晶體管液晶顯示器。TFT-LCD與無源TN-LCD、STN-LCD的簡單矩陣不同，它在液晶顯示屏的每一個(gè)象素上都設(shè)置有一個(gè)薄膜晶體管（TFT），可有效地克服非選通時(shí)的串?dāng)_，使顯示液晶屏的靜態(tài)特性與掃描線數(shù)無關(guān)，因此大大提高了圖像質(zhì)量。TFT-LCD也被叫做真彩液晶顯示器。手持機(jī)采用的是2.8寸TFT真彩屏，F(xiàn)SMC控制，配置ADS7843觸摸控制器[5]。

第3章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)思想

單片機(jī)的主要工作流程如圖2所示[6]。

本設(shè)計(jì)的主要原理是利用讀卡模塊掃描S50卡內(nèi)物品信息，在液晶顯示器上顯示出來，通過無線數(shù)傳電臺(tái)接收空中電波主控系統(tǒng)的校準(zhǔn)等指令數(shù)據(jù)，對指定物品實(shí)現(xiàn)出庫、入庫、移庫等操作，以實(shí)現(xiàn)對倉儲(chǔ)系統(tǒng)的管理[7]。

第4章 系統(tǒng)調(diào)試

4.1調(diào)試

調(diào)試分為硬件調(diào)試和軟件調(diào)試兩個(gè)部分。

4.1.1硬件調(diào)試

硬件調(diào)試主要是檢查當(dāng)焊接完成后各個(gè)器件管腳間是否有短路和斷路的現(xiàn)象，要根據(jù)電路原理圖一點(diǎn)一點(diǎn)的測試，在保證沒有問題以后才可以通電，否則板子上的元器件就有燒壞的可能性。在檢查好后，就可以通電，若通電后無異常就可以進(jìn)入軟件調(diào)試的環(huán)節(jié)。

4.1.2軟件調(diào)試

軟件調(diào)試主要是通過燒程序到單片機(jī)，看單片機(jī)是否按照指令工作，如果不工作或不按指令工作，就需要調(diào)整程序。首先調(diào)試的程序應(yīng)該是多串口程序，保證數(shù)據(jù)能夠在一定距離內(nèi)在通訊終端和手持機(jī)間進(jìn)行一對多的正常數(shù)據(jù)收發(fā)，而且數(shù)據(jù)不會(huì)丟失或改變。再調(diào)試液晶顯示器是否顯示正常，如文字能否正常的顯示，是否會(huì)出現(xiàn)亂碼，字體、顏色是否正常等。最后調(diào)試按鍵功能是否能夠正常實(shí)現(xiàn)。當(dāng)一個(gè)程序沒問題后就可以進(jìn)行下一個(gè)調(diào)試部分，把程序分部分調(diào)試效率比較高，這樣出現(xiàn)錯(cuò)誤的時(shí)候要檢查的程序比較集中，便于發(fā)現(xiàn)問題。當(dāng)一個(gè)部分調(diào)試完后再整合到之前已經(jīng)調(diào)好的程序中，這樣就可以保證程序的準(zhǔn)確性，減少了工作量。

結(jié)論

經(jīng)過對軟、硬件的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，最后完成了基于無線數(shù)傳電臺(tái)的RFID手持機(jī)的整體設(shè)計(jì)。通過對STM32F103ZET6的使用實(shí)現(xiàn)了通過ZLG522讀卡模塊讀取S50卡內(nèi)的信息，并利用無線數(shù)傳電臺(tái)接收、發(fā)送空中電波的指令數(shù)據(jù)，完成PC機(jī)與手持機(jī)一對多的通訊。還實(shí)現(xiàn)了LED顯示屏中對物品名稱、物品編號(hào)、物品數(shù)量、入庫、倉庫、貨位、管理員詳細(xì)信息及狀態(tài)的顯示，同時(shí)利用按鍵對物品進(jìn)行出庫、入庫、移庫的操作。經(jīng)實(shí)際驗(yàn)證在空曠的地方電臺(tái)傳輸范圍可達(dá)2公里左右，并且能夠保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，不會(huì)丟失或改變數(shù)據(jù)，系統(tǒng)在運(yùn)行過程中性能良好。

本設(shè)計(jì)具有集成度高、可靠性高、直觀性強(qiáng)、實(shí)用性強(qiáng)、方便快捷和操作性好等特點(diǎn)，使用起來得心應(yīng)手，具有很好的推廣價(jià)值，可將其廣泛應(yīng)用在倉儲(chǔ)管理等系統(tǒng)中。

參考文獻(xiàn)

[1] 王永虹，徐煒，郝立平.STM32系列ARM Cortex-M3微控制器原理與實(shí)踐[M]. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2008

[2] 周立功，張華，深入淺出ARM7，北京航空航天大學(xué)出版社，2005年6月

[3] Reinhold Ludwig，Pavel Bretchko，射頻電路設(shè)計(jì)理論與應(yīng)用，電子工業(yè)出版社，2002

[4] Andrew N.Sloss.ARM嵌入式系統(tǒng)開發(fā)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005

[5] 江宏，李良玉.Protel電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2002

[6] 高鵬，安濤，寇懷成.電路設(shè)計(jì)與制版-99入門與提高[M].北京：人民郵電出版社，2004

[7] Klaus Finkenzeller，射頻識(shí)別技術(shù)，電子工業(yè)出版社，2001年6月