基于STM32的RFID標(biāo)簽設(shè)計(jì)

劉勛+石豐華

摘 要：本文主要研究RFID電子標(biāo)簽識(shí)別系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、讀寫(xiě)方法及工作原理，待解決的主要是基于stm32的電路設(shè)計(jì)，整體分七個(gè)部分：電源模塊的設(shè)計(jì)、LCD顯示模塊電路、NAND FLASH模塊的電路設(shè)計(jì)、串口模塊電路設(shè)計(jì)、RF RC522模塊電路設(shè)計(jì)、以太網(wǎng)模塊和stm32單片機(jī)的電路設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；電路設(shè)計(jì)；射頻識(shí)別

一、射頻識(shí)別研究背景

射頻識(shí)別技術(shù)的發(fā)展有著豐富和完善的理論。多個(gè)電子標(biāo)簽識(shí)讀、遠(yuǎn)距離識(shí)別的無(wú)源的電子標(biāo)簽、電子標(biāo)簽的單芯片應(yīng)用、移動(dòng)速度快的物體相應(yīng)的射頻識(shí)別等大批產(chǎn)品正在逐漸地走向市場(chǎng)。射頻識(shí)別技術(shù)具有相當(dāng)多的特點(diǎn)：實(shí)時(shí)、快速地采集與正確地處理信息，在生產(chǎn)業(yè)的管理系統(tǒng)、自動(dòng)販賣(mài)機(jī)收費(fèi)、食堂系統(tǒng)、圖書(shū)管理系統(tǒng)中有大量的應(yīng)用。

（一）低頻（125KHz～134KHz）。RFID技術(shù)首先得到大范圍應(yīng)用和推廣的是在低頻。特性：排除金屬材料對(duì)它有一些影響之外，讀取距離固定的前提下，一般的低頻產(chǎn)品幾乎可以穿過(guò)多數(shù)材料的物品。主要應(yīng)用：生產(chǎn)業(yè)的管理系統(tǒng)，販賣(mài)機(jī)自動(dòng)收費(fèi)和食堂管理系統(tǒng)等。

（二）高頻（f=13.56MHz）。特點(diǎn)是：通過(guò)負(fù)載調(diào)制感應(yīng)器的工作，不需要線圈。主要應(yīng)用：圖書(shū)管理方面的應(yīng)用，衣物生產(chǎn)線和超市條碼的掃取以及農(nóng)牧系統(tǒng)的管理和應(yīng)用等。

二、總體設(shè)計(jì)及原理

（一）設(shè)計(jì)思路。電子標(biāo)簽、讀寫(xiě)器、數(shù)據(jù)交換與管理系統(tǒng)三大部分組成了檢測(cè)系統(tǒng)。經(jīng)信息解讀器讀取后，再解碼，進(jìn)行更多的數(shù)據(jù)處理會(huì)在中央信息系統(tǒng)中。讀寫(xiě)器相當(dāng)于一個(gè)中介，它同時(shí)與標(biāo)簽和數(shù)據(jù)管理器進(jìn)行交流，把一些重要的、必需的信息共享，從而他們就能容易地在同一時(shí)間及時(shí)收到信息，這樣就使這個(gè)系統(tǒng)能夠正常可靠地工作。

（二）系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì)。射頻標(biāo)簽檢測(cè)系統(tǒng)的硬件部分主要包括：電源模塊、LCD顯示、串口調(diào)試、NANDFLASH模塊、Rf射頻實(shí)現(xiàn)、以太網(wǎng)模塊以及與STM32的聯(lián)調(diào)，七個(gè)部分設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵。模塊連接關(guān)系如圖1。

1、電源模塊：提供系統(tǒng)以5V轉(zhuǎn)3.3V的電壓。2、LCD模塊：液晶顯示器擔(dān)任操作界面的顯示和數(shù)據(jù)采集的結(jié)果，即識(shí)別不同卡片時(shí)不同的ID值，區(qū)分不同的卡片。3、串口模塊：串口設(shè)計(jì)兩個(gè)。LCD和其中一個(gè)相連，這樣能正確顯示串口發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)。另一個(gè)通過(guò)電腦操作系統(tǒng)。4、RF芯片模塊：識(shí)別和掃描標(biāo)簽卡。

（三）射頻識(shí)別系統(tǒng)原理。兩種情況：電感耦合和電磁耦合。差別在于：后者將射頻信號(hào)通過(guò)電磁波的方式發(fā)送出去，然后在讀卡器的線圈周?chē)鷮⑺刂疲ㄟ^(guò)閉合的線圈組成的磁場(chǎng)，可以避免電磁能量的損耗，不會(huì)向空間或周?chē)椛洹?/p>

射頻識(shí)別系統(tǒng)的三部分：1、讀寫(xiě)器。一臺(tái)讀寫(xiě)器基本器件包括：高頻接收單元的控制單元、射頻信號(hào)的發(fā)射單元器，滿足兩項(xiàng)后，才能將獲得的數(shù)據(jù)之類(lèi)的信息傳輸給其它系統(tǒng)，深層次處理或存儲(chǔ)時(shí)也會(huì)更方便。2、天線。磁通量作用：提供能量給無(wú)源標(biāo)簽，它由射頻系統(tǒng)中的天線提供，滿足功能要求，在讀卡器和標(biāo)簽中傳遞信息。

三、功能模塊及軟件的實(shí)現(xiàn)

（一）電源模塊

LM2576芯片作為電源模塊的理由：1、多電壓供電，如：2 V、5 V、3.3V、15V等；2、輸出電壓范圍在線性和負(fù)載條件下1.23～37v（HV型號(hào)為47V）最大±4%；3、保證3.0A輸出電流；在效率方面，LM2576替代三段性穩(wěn)壓器，是理想的最好的器件。輸出開(kāi)關(guān)起到逐周限流的作用，保證熱關(guān)斷功能發(fā)揮作用在故障狀態(tài)下。

REG1117-3.3的設(shè)計(jì)屬于一般穩(wěn)壓管，IN5819快速恢復(fù)二管作用：起到保護(hù)電路的作用，LM2576提供5V電壓，這樣，通電時(shí)LED指示燈就會(huì)亮。

（二）RF射頻模塊

射頻模塊采用RC522。讀寫(xiě)器：支持ISO 144433A/MIFARE。內(nèi)部發(fā)送器：驅(qū)動(dòng)讀寫(xiě)器天線和ISO 144433A/MIFARE卡以及應(yīng)答機(jī)的通信。接收器：存在有解調(diào)和譯碼電路，來(lái)處理兼容ISO 14433A/MIFARE卡的應(yīng)答機(jī)的型號(hào)。特點(diǎn)：1、能迅速解調(diào)和譯碼響應(yīng)，使模擬電路高度集成。2、支持ISO 14443A/MIFARE。3、讀寫(xiě)模式中與ISO14433A/MIFARE的通信距離長(zhǎng)達(dá)50mm。

四、系統(tǒng)調(diào)試及分析

（一）結(jié)果分析

電源模塊可以給系統(tǒng)分別提供3.3v和5v的電壓。

串口模塊是實(shí)現(xiàn)和計(jì)算機(jī)信息交流的橋梁。將得到的射頻信號(hào)的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)串口傳送到電腦，電腦通過(guò)借助超級(jí)終端等工具，實(shí)時(shí)顯示結(jié)果。

LCD模塊：顯示操作界面和采集的數(shù)據(jù)結(jié)果。

RF射頻模塊在于RF和NAND flash共用總線，調(diào)試程序使兩個(gè)模塊能分開(kāi)正常使用，從而實(shí)現(xiàn)射頻識(shí)別的作用。

編程后用飯卡或其它不同的卡，可以實(shí)現(xiàn)獲取不同的ID。

五、結(jié)論

本文設(shè)計(jì)的電子標(biāo)簽射頻檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)用的是STM32，有功耗低、功能強(qiáng)大等特點(diǎn)。在這個(gè)電子標(biāo)簽射頻檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中需LCD模塊，電源模塊，串口模塊，RF射頻模塊，NANDFLASH模塊與以太網(wǎng)模塊，通過(guò)STM32可以實(shí)現(xiàn)。