基于EM4469射頻卡的手持式讀寫設(shè)備的開發(fā)

來源：電子設(shè)計應(yīng)用  作者：沈陽理工大學(xué) 信息科學(xué)與工程分院 馬秀麗 姜學(xué)軍

摘要：本文針對EM4469射頻卡的特點(diǎn)和存儲結(jié)構(gòu)，設(shè)計了一款適用于RFID系統(tǒng)的手持式射頻卡讀寫設(shè)備，該設(shè)備體積小、使用方便、性價比高，可廣泛應(yīng)用于物流、零售、倉儲、資產(chǎn)管理、門禁控制和畜牧業(yè)管理等領(lǐng)域。
關(guān)鍵詞：RFID；EM4469；射頻卡；手持讀寫設(shè)備

RFID系統(tǒng)主要由射頻電子標(biāo)簽、讀寫設(shè)備和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及軟件組成。其中，讀寫設(shè)備主要作為射頻卡數(shù)據(jù)采集終端，其任務(wù)是啟動作為數(shù)據(jù)載體的射頻電子標(biāo)簽，并與這個射頻電子標(biāo)簽通過空間耦合建立雙向通信聯(lián)系，從而實(shí)現(xiàn)射頻電子標(biāo)簽與讀寫設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸，終實(shí)現(xiàn)對射頻卡中數(shù)據(jù)的讀寫、存儲和向計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)，它是RFID系統(tǒng)中十分重要的一個硬件設(shè)備。

射頻電子標(biāo)簽EM4469

EM4469射頻卡是EM微電子公司推出的一款工作頻率為100kHz~150kHz，具有讀/寫功能的非接觸式RFID射頻芯片，它可以較低的功耗提供多種數(shù)據(jù)傳輸速率和數(shù)據(jù)編碼方式。由于該射頻芯片不僅兼容ISO 11784/11785標(biāo)準(zhǔn)，還符合ISO FDX/B動物識別標(biāo)準(zhǔn)，因此，該射頻芯片可被廣泛應(yīng)用于各種應(yīng)用管理系統(tǒng)中，尤其是動物識別和跟蹤管理。

EM4469具有32位的密碼讀/寫保護(hù)、32位唯一的ID碼和10位用戶碼。EM4469 的EEPROM存儲空間有512位，被分為16個扇區(qū)，每個扇區(qū)32位，其中的鎖定位可以將EEPROM的數(shù)據(jù)塊變成只讀模式。EM4469可以較低的功耗提供多種數(shù)據(jù)傳輸率和編碼方式，而且其內(nèi)部集成的諧振電容可掩膜選擇，不需要外部電容。另外，它還有片內(nèi)整流器和限壓器，可以在-40℃~85℃溫度下工作。
　　
手持式讀寫設(shè)備設(shè)計

手持式讀寫設(shè)備也叫便攜式讀寫器，它是將RFID讀寫功能、天線和數(shù)據(jù)處理功能集成在一起的掌上電腦。其主要部分是射頻卡讀寫電路，用于實(shí)現(xiàn)射頻卡的讀寫和數(shù)據(jù)采集。此外，它通常帶有液晶顯示屏和鍵盤，用來輸入和顯示數(shù)據(jù)，并配有存儲器和通信接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的保存并向計算機(jī)傳送，另外，還配有穩(wěn)定的電源管理電路，用于設(shè)備的供電。

手持式讀寫設(shè)備的硬件設(shè)計

手持式讀寫設(shè)備的硬件電路主要包括主控單片機(jī)、射頻讀寫、液晶顯示、存儲、鍵盤、通信、電源和聲光提示電路。

主控單片機(jī)和射頻卡

讀寫電路設(shè)計

考慮到手持機(jī)的存儲容量大、外部中斷和定時中斷的功能需要，以及開發(fā)工具的費(fèi)用等因素，本系統(tǒng)選用了由深圳宏晶科技公司生產(chǎn)的STC89C58RD+單片機(jī)作為主控制模塊。STC89C58RD+具有以下優(yōu)點(diǎn)：加密性強(qiáng)；超強(qiáng)的抗干擾性，有三大降低單片機(jī)時鐘對外部電磁輻射的措施；超低功耗；在線系統(tǒng)可編程和可遠(yuǎn)程升級。

射頻卡讀寫電路是手持機(jī)的重要組成部分，用于實(shí)現(xiàn)對射頻卡的寫入并讀取射頻卡所攜帶的數(shù)據(jù)信息。這里采用射頻卡讀寫模塊XM503A來實(shí)現(xiàn)對EM4469射頻卡的讀寫控制(見圖1)。

圖1 手持設(shè)備的射頻卡讀寫電路
液晶顯示電路

本手持式讀寫設(shè)備中的數(shù)據(jù)顯示電路采用CSD—12864I液晶顯示模塊。這是一種圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊，主要由行驅(qū)動器和列驅(qū)動器，以及128×64全點(diǎn)陣液晶顯示器組成。它可以完成圖形顯示，也可以顯示32個16×16點(diǎn)陣的漢字。液晶顯示模塊與CPU接口采用8位數(shù)據(jù)總線和8條控制線。

在初始化的時候要先輸入關(guān)顯示屏的指令，然后輸入開顯示屏的指令，接下來就可以設(shè)置顯示的起始行和頁地址，進(jìn)入讀寫顯示數(shù)據(jù)的操作。

存儲電路硬件設(shè)計

在本RFID手持式讀寫設(shè)備中，STC89C58RD+單片機(jī)只有1280B的RAM，需要附加存儲器電路。本手持機(jī)選擇了由Hynix公司生產(chǎn)的HY628400存儲器。

HY628400是一種高速、低功耗的、容量為512k×8bit(共4Mb)的SRAM器件，它采用了先進(jìn)的CMOS技術(shù)，兼容TTL輸入和輸出，數(shù)據(jù)保存模式使該器件在低電壓為2V的時候，仍然可以保證數(shù)據(jù)是有效的。

HY628400的4Mb存儲單元中，分配2Mb的空間存放漢字字庫，用于液晶顯示模塊的漢字顯示；其余2Mb的空間用于存儲數(shù)據(jù)。 HY628400與單片機(jī)的連接電路如圖2所示。

圖2 STC89C58RD+單片機(jī)與HY628400存儲器的連接電路
　
其他部分電路的設(shè)計

RFID手持式讀寫設(shè)備與計算機(jī)之間通過RS-232C串行接口進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。本手持式讀寫設(shè)備選用了兼容RS-232標(biāo)準(zhǔn)的MAX3243芯片。MAX3243具有3個驅(qū)動器、5個接收器和雙電荷泵電路，而且所有的引腳都具有±15kV ESD保護(hù)。

鍵盤作為用戶的輸入端口，其功能是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入和手持機(jī)功能選擇與操作的控制，從而實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。本手持機(jī)鍵盤一共設(shè)有19個鍵，包括0～9數(shù)字鍵10個，F(xiàn)1、F2、F3、“.”和回車共5個功能鍵，背光鍵、掃描鍵(讀寫EM4469的按鍵)、以及開關(guān)鍵。

時鐘電路用于為手持機(jī)提供準(zhǔn)確的時間，并可以在液晶顯示屏上顯示出當(dāng)前的時間。本手持機(jī)選用深圳市威帆電子技術(shù)有限公司生產(chǎn)的SD2003A時鐘芯片，其具有體積小、內(nèi)置晶振、支持I2C總線接口等特點(diǎn)，可以定時中斷輸出，高精度、免調(diào)校，年誤差小于2分鐘(在25±1℃下)。

本手持式讀寫設(shè)備的工作電壓為5V，后備電源電壓為3.6V，因此選用Maxim公司的升壓型DC/DC電壓轉(zhuǎn)換器件MAX682為手持機(jī)供電。MAX682通過2.7V～5.5V的輸入電壓，可獲得穩(wěn)定的5V輸出電壓和250mA的輸出電流，而且停機(jī)狀態(tài)下的電流損耗小(只有0.1mA)，完全滿足手持機(jī)的供電需要。電源模塊的電路如圖3所示，其中，C105和C107是濾波電容，電阻R102是控制電阻，C106是電路的升壓電容。

圖3 電源電路

聲光提示電路包括蜂鳴器和LED發(fā)光二極管電路兩部分，用于手持機(jī)操作成功或各種警示狀態(tài)提示。

軟件設(shè)計

本手持式讀寫設(shè)備主要完成射頻電子標(biāo)簽的讀寫、數(shù)據(jù)的存儲和與計算機(jī)的信息通信。手持機(jī)主程序的流程如圖4所示。　　

參考文獻(xiàn)
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