1引言
RFID(射频识别)技术是一种非接触式的自动识别技术,通过发射射频信号对目标进行自动识别。RFID系统由电子标签和阅读器及后台的管理系统构成。阅读器的主要功能是读写电子标签上存储信息,并与后台的管理系统进行数据交换,再由后台管理系统对数据进行处理。由于RFID阅读器内部没有大容量的数据存储器,所以需要连接计算机(通常是笔记本电脑)才能对数据进行采集,这不仅使RFID系统的经济成本很难降低,而且给数据采集操作人员带来了一定的不便。如果能够开发出带有大容量数据存储器的阅读器,不但能使用其脱离计算机独立进行数据采集,还将增加阅读器的便携性,同时还能降低其经济成本。
USB技术因其使用方便、传输速度快等优点而得到广泛应用。USB接口技术主要分为USB-Host(USB主机,通常是计算机)和USB-Slave(USB设备,通常是数据采集或存储设备)。USB-Host居于主导地位,与UBS设备的数据交换都是由USB-Host发起和控制。如果能够把USB-Host技术应用于RFID阅读器的数据存储模块,则能够满足RFID阅读器独立采集数据及长时间采集海量数据的需求。但问题是USB-Host技术主要应用于PC机系统中,而在嵌入式系统的应用中缺少与USB-Host直接接口技术。以USB-Host主机接口芯片SL811HS的推出为单片机技术与USB-Host技术两者结合,利用单片机直接读写U盘,从而实现RFID便携式阅读器的外挂式海量存储方案的实现提供了可能。
2 RFID便携式阅读器硬件构成
便携式阅读器在RFID系统中主要功能是从电子标签中读取数据,并先将采集的数据处理后暂时存储在数据存储模块的U盘中,然后把U盘插入计算机,RFID管理系统再从U盘中读取采集的数据。便携式阅读器的硬件组成主要有控制模块、数据存储模块、通信模块、人机交互模块、时钟模块、供电模块等。硬件系统的构成如图1所示。
图1 便携式阅读器硬件构成
(1)阅读器控制模块
阅读器控制模块是便携式阅读器的核心部件,主要完成对电子标签中数据的收发,对发送数据进行调制,对收到数据进行解调;对通信模块的控制,驱动射频模块和天线,提供能量载波;及数据存储控制等。MCU选用AT89C51单片机,标签读写模块选用同欣的TX125LER芯片。
(2)数据存储模块
其功能MCU把采集来的温度等数据通过USBHost芯片按照约定数据存储协议存储到移动数据存储器中,以便于后续数据的回放。USB-Host芯片采用Cypress公司的SL118SH芯片。
(3)通信模块
通信模块由射频模块、USB接口模块、天线等构成,其功能是对收发数据进行调制解调、与计算机进行实时通信、能量载波等。射频模块采用TEMIC公司的U2270B芯片。
(4)人机交互模块
人机交互模块由LCD显示器和键盘构成,其功能是通过LCD实时显示采集数据的信息和查询U盘上采集数据信息及对阅读器进行设置。
3 数据存储模块设计
3.1 SL811HS芯片
在这里选SL811HS芯片作为数据存储模块的USB主机控制器,SL811HS支持USB1.1的全速和低速设备,其内部有虚拟的外部总线,这使得仅需占用外接单片机的1个寻址空间,SL811HS数据线为8位,有16个内部寄存器和256字节的RAM,可以对USB-Host进行充分的控制和为USB传输提供足够的缓冲区,SL811HS芯片操作电压为3.3V,I/O口工作电压为5V,所以SL811HS可以和5V的单片机系统直接相连。
3.2 数据存储模块的硬件设计
RFID便携式阅读器的数据存储模块主要电路如图2所示。图2中由AT89C51、SL811HS和USB接口构成,其它电路因篇幅原因略去。单片机通过控制SL811HS芯片对U盘进行读写,实现数据存取功能。为使定时计数更准确,在设计中采用外部的24MHz有源晶振作为时钟源。
图2 AT89C51与SL811HS硬件连线图
3.3 数据存储模块的软件设计
数据存储模块读写主要是对文件操作,采集数据量大,所以采用USB的批量传输协议来完成数据包的收发,同时运用FAT16文件系统完成存储数据的组织和管理。采集的射频数据以文本文件存储。数据存储模块的软件设计流程如图3所示,首先是初始化,然后检测U盘,对U盘进行管理,包括U盘进行复位和配置。当U盘准备好后,MCU接收阅读模块采集的数据,对U盘进行文件读写操作。
图3 数据存储模块的软件设计流程
(1)系统初始化
系统初始化包括AT89C51的初始化和SL811HS的初始化。AT89C51的初始化主要是完成内部存储器、外部中断、I/O口等的初始化。SL811HS的初始化主要设定工作模式,对U盘进行复位。
(2)检测U盘
当有U盘插入USB接口时,AT89C51接受来自SL811HS的中断,处理中断响应,检测设备类型、配置传输方式、分配地址等。
(3)读写操作
当U盘准备好后,AT89C51通知阅读器读写模型采集电子标签上的信息,然后把采集到的信息转换成二进制代码传给SL811HS,由于SL811HS的外接总线的地址和数据信号是复用的,通过42管脚上信号来区分AT89C51传过来是地址还是数据。因而AT89C51与SL811HS进行通信时先发送地址,再发送数据,这样SL811HS就可以把电子标签上的信息准确地写入U盘了。
4 结束语
本文完成了RFID系统中便携式阅读器的总体设计,把单片机与USB-Host技术相结合,设计了RFID便携式阅读器的数据存储模块,从而实现RFID便携式阅读器的外挂式海量存储。使RFID阅读器能够脱离计算机独立工作,给操作人员带来了方便,也降低了RFID系统的成本。