RFID便携式阅读器的设计

　　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-Ho s t 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U S B 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，AT8 9C5 1 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-Hos t 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。