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基于ARM的雙頻RFID讀寫系統設計

高频彩能日赚500吗 www.imlcad.com.cn 摘要:本文設計了能對低頻和高頻RFID 卡進行操作的雙頻RFID 讀寫系統。系統基于ARM微處理器S3C44B0X,利用S3C44B0X 的內部接口實現與RFID ??楹推淥饃璧牧?,簡化了硬件。軟件設計中,通過對ARM 嵌入式系統的編程實現對RFID 卡的讀寫、顯示以及數據的存儲、查詢等功能。系統還可通過USB 接口與上位機(PC)連接,使用方便靈活。

  1 引言

  RFID(Radio Frequency Identification Technology,無線射頻識別技術)由于具有高速移動物體識別、多目標識別和非接觸識別等特點,顯示出巨大的發展潛力和應用空間,被認為是21 世紀最有發展前途的信息技術之一。射頻識別技術雖然有很多優點,但其技術本身也有局限性。對RFID 系統而言,低頻系統具有良好的對水、肉體等可導媒介的穿透力,而速度、距離、抗沖突性較差;而高頻系統則正好相反。如能結合各種頻率系統,用其所長,則可以使RFID 適應多種場合,拓展其應用范圍。本文設計的系統正是基于這一出發點,將低頻和高頻二種頻率的RFID ??樽楹顯諞黃?,構成雙頻系統,使系統兼具低頻可穿透性和高頻良好的距離、速度、抗沖突性等方面的優勢。鑒于目前國內市場上應用最為廣泛的射頻卡和讀寫器實現方法,本文采用ARM 嵌入式系統作為微控制器,設計了能對低頻125KHz 和高頻13.56MHz 的二種頻率RFID 卡操作的讀寫???,實現了的雙頻RFID 讀寫系統。

  2 系統設計

  由于ARM 微處理器具有運行速度快,接口功能豐富,其應用越來越廣泛。本文采用三星公司的S3C44B0X,它是ARM7 系列的低功耗的32 位RISC 處理器,具有ARM7TDMI內核,有豐富的內置部件,包括8K 字節Cache 和內部SRAM,帶自動握手聯絡的2 通道UART,定時器,通用 I/O 口,ADC 和I2C-BUS 控制器等。尤其是它的內置液晶顯示器接口,可直接連接LCD 顯示器,無需專用LCD 顯示器接口芯片,可使成本降低,很適合在本系統中使用。個系統由ARM 嵌入式系統(包括S3C44B0X,SDRAM 存儲器和FLASH 存儲器),低頻RFID 卡讀寫???,高頻RFID 卡讀寫???,USB 接口,LCD 顯示器以及蜂鳴器、狀態指示燈等組成。RFID ??槭潛本┗虻霉究⒌木哂寫惺萃ㄐ漚涌詰哪??,低頻讀寫??槭荂R001,為工作于125kHz 的EM4001 卡;高頻??槭荂R013,為工作于13.56MHz的MF 卡。由于RFID ??榫哂蠺TL 電平的串行通信接口,這樣ARM 微處理器可直接通過片上的二個UART 接口與其連接,不需要電平轉換即可輕松實現與RFID ??櫚耐ㄐ?。嵌入式系統與PC 機的連接則通過USB 接口實現。

  因為低頻 RFID 卡一般都是只讀卡,進入讀卡器磁場范圍后,就自動發出信號。ARM微處理器通過不斷檢測端口捕捉信號,一旦讀到卡,就讀取信息,并在LCD 上顯示。對于高頻卡,可根據需要進行讀或寫操作。

  LCD 顯示器采用320*240 點陣的STN 型彩色液晶???,可直接與S3C44B0X 連接,成本也較低。對LCD 的顯示控制直接使用S3C44B0X 內部的LCD 驅動控制器實現,它能自動產生LCD 驅動控制所需的信號。在這種接口方式下,LCD 顯示緩沖區映射在系統的存儲器空間上,程序只需將像素點內容寫入存儲器對應地址就可以實現對應LCD 屏上像素點顏色的顯示刷新,控制十分方便。

  鍵盤和狀態指示燈的操作控制采用 ZLG7290 實現。ZLG7290 是一款功能較強的按鍵處理和7 段數碼管顯示專業芯片,提供了I2C 串行接口和鍵盤中斷信號,可方便地與S3C44B0X連接。

  在上位機(PC 機)上,通過設計專門的軟件實現對RFID 卡的讀寫操作,并對RFID 卡進行管理。由于PC 機功能強大,如再配上數據庫系統,可以對大量用戶的數據和信息進行存儲和查詢等處理,滿足多種應用的需要。3 系統的軟件設計

  3.1 RFID ??椴僮?/P>

  CR001 ??橛隨3C44B0X 的串口(UART0)相連,在接收數據前首先要對UART0 進行初始化。根據CR001 的使用規范,設置波特率為9600Baud,數據位為8 位,1 位停止位,無校驗位。為使ARM 對低頻RFID 卡及時作出響應,軟件采用中斷方式接收數據,即當S3C44B0X 的UART0 接收到數據時,產生中斷,在中斷服務程序中接收CR001 ??櫚氖?。

  根據 CR001 射頻讀寫??櫚氖褂霉娣?,CR001 ??槭涑齙氖蒞? 個字段,即起始符(STX,02H)、數據(10 個ASCII 字符)、校驗和(2 個ASCII 字符)、LD 和LF(0DH和0AH)、結束符(ETX,03H)。因此在軟件設計中,當收到UART0 的數據時,首先要判斷一個數據包的起始符和結束符,以確定一個數據幀的起止位置,然后再檢驗數據的校驗和是否正確。只有在接收的數據無誤時,再將其中的數據取出、存儲,并在LCD 上顯示。CR013 射頻讀寫??槭遣捎肞hilips 公司的Mifare 技術設計的微型嵌入式、非接觸式IC卡讀寫???,內嵌ISO14443 Type A 協議解釋器,并可直接驅動射頻天線。這是一種以被動方式工作的卡,剛進入天線有效感應區的卡得電進入空閑(IDLE)狀態,它只吸收感應區內的磁場能量,不會首先發出信號。當讀卡設備發出請求信號,符合條件的卡才會響應。因此處理器與??櫓湟砸晃室淮鶚降陌胨し絞澆型ㄐ?。

  對 CR013 ??櫚畝列垂滔嘍越細叢?,要執行一系列的操作指令,包括詢卡、請求、防沖突、選卡、裝載密鑰、驗證密碼、讀塊、寫塊,這一系列的操作必須按固定的順序。尋卡時,處理器需要執行請求、防沖突、選卡操作,與CR013 ??榻⑵鶩ㄐ毆叵?,在通過裝載密鑰、驗證密碼操作后,才可進行讀卡或寫卡操作。

  1、防沖突

  防沖突就是從多張卡中選出一張卡來操作,又叫防碰撞、防重疊。如果知道卡的序列號,則可跳過此步,直接執行下一步選卡命令。若不知道卡的序列號,則必須調用防碰撞函數,得到感應區內卡的序列號。若同時有多張卡在感應區內,防碰撞函數能檢測到,并且從中選出一張卡的序列號來。2、選擇卡片

  根據上一步收到的卡號,發出選卡命令。經過這一步后才真正選中了一張要操作的卡,以后的操作都對這張卡進行。

  整個尋卡過程包括請求、防沖突、選卡三個步驟。當微處理器發出尋卡命令時,實際上微處理器執行了以上3 個步驟。為防止死鎖,本文設置每步操作的最大次數為3 次,若3次不成功則尋卡失敗。2、選擇卡片

  根據上一步收到的卡號,發出選卡命令。經過這一步后才真正選中了一張要操作的卡,以后的操作都對這張卡進行。

  整個尋卡過程包括請求、防沖突、選卡三個步驟。當微處理器發出尋卡命令時,實際上微處理器執行了以上3 個步驟。為防止死鎖,本文設置每步操作的最大次數為3 次,若3次不成功則尋卡失敗。3、密鑰裝載和驗證密碼

  微處理器發出讀、寫命令后,在進行讀寫操作前必須先執行密鑰裝載和驗證密碼。驗證密碼又叫認證、證實。??榻霸氐蕉量ㄐ酒現M1702SL 中的密碼與卡中指定扇區的密碼進行認證,如果密碼相同,則認證成功,卡允許進行讀寫操作。

  3.2 LCD 顯示軟件設計

  LCD 用于顯示用戶操作界面,為此需要在屏幕上繪制圖形,顯示數據和文字。在對LCD 控制器進行操作前,首先要對LCD 控制器的專用寄存器進行初始化,內容包括定義3個LCD 控制寄存器,3 個幀緩沖區地址寄存器和3 個顏色查找表寄存器。

  為了在 LCD 上顯示字符和圖形,需要建立繪圖和字符顯示庫函數?;嬙己恍┗鏡幕嬙脊δ?,如畫點、畫線、畫矩形框和區域填充等。其中畫點是最基本的函數,其它函數都可以調用畫點函數實現。

  為了在 LCD 上顯示字符,還要建立ASCII 字符和漢字字符的點陣庫和顯示函數。顯示ASCII 字符的原理是在特定的坐標位置畫點,形成人們可以識別的字符圖形。點的坐標根據建立的ASCII 字符點陣庫來確定。ASCII 字符的點陣庫可以根據字符的點陣位置生成點陣數組供調用。漢字的顯示原理與ASCII 字符相同,事先也要建立漢字點陣字庫,這一過程可通過專用的字庫生成軟件實現。另外,為了節省存儲器空間,只需建立本系統要用到的漢字小字庫,而不必生成所有常用字的點陣。

  3.3 鍵盤和指示燈的軟件設計

  對鍵盤和指示燈的操作控制是由 ZLG7290 實現的,由于S3C44B0X 具有I2C 接口,因此可直接與ZLG7290 連接。編程時首先要對I2C 總線進行初始化,然后打開鍵盤中斷。當鍵盤有鍵被按下時,ZLG7290 的INT 引腳會產生一個低電平的中斷請求信號。在ARM 的中斷程序中通過I2C 總線讀取鍵值,再根據鍵值完成相應功能。

  3.4 USB 接口通信

  為方便與 PC 機接口,本系統采用應用廣泛的USB 接口與PC 機通信。因S3C44B0X 本身不帶USB 接口,必須要進行擴展。但是,USB 接口協議非常復雜,固件編程和WDM 驅動程序的編寫都是相當麻煩的工作。為降了設計難度,縮短開發周期,本文采用哈爾濱訊通公司的通用串行總線??閁SB100。該??檳誆糠庾傲薝SB 協議和細節,即插即用,完全滿足USB1.1 標準,對 USB 接口的操作如同對外部存儲器操作一樣方便,無需任何外接元件。

  USB100 ??橛? 根狀態信號RXF 和TXE,用于與ARM 聯絡。RXF 為低表示??橛惺菔涑?,ARM 可以讀取數據;TXE 則表示USB100 發送緩沖區的狀態,TXE 為低表示USB100 發送緩沖器未滿,可以向發送緩沖區寫數據。在編程時,可以采用查詢方式實現數據的收發。

  3.5 RTC 實時時鐘顯示功能

  為了顯示讀卡和寫卡的時間,需要使用實時時鐘(RTC)。S3C44B0X 具有一個獨立的RTC 功能???,能夠像鐘表和日歷一樣保存并自動計算時間。RTC 的寄存器保存了表示時間的8 位BCD 碼數據,包括秒、分、時、日、星期、月和年,編程時主要是對這些參數進行初始化設置。在LCD 上顯示實時時鐘時,需定時地從上述的寄存器中取出相應的數據。由于LCD 上字符是根據ASCII 碼顯示的,而RTC 的寄存器中存放的時間參數都以BCD 碼形式存儲,因此在LCD 顯示日期和時間之前,必須先對時間數據進行格式轉換,即將BCD碼轉換為ASCII 碼。

  3.6 PC 機軟件

  PC 機軟件基于windows 操作系統,采用Visual C# 2005 進行編程。軟件的功能主要包括在PC 機上顯示操作面板,通過與ARM 嵌入式系統通信實現對RFID 卡的讀寫操作,并將卡的相關信息在PC 機上顯示;此外,軟件還能訪問數據庫,將從卡中讀取的數據存入數據庫中,或將數據庫中的取出數據寫入RFID 卡,還能根據用戶的需要查詢相關信息。數據庫采用Microsoft office Access 數據庫系統,并采用結構化查詢語言(SQL)對數據庫訪問。

  4 結束語

  本文以 ARM 微處理器S3C44B0X 為核心,設計實現了RFID 雙頻讀寫器系統。在對高頻RFID 卡的尋卡過程中,通過對最大操作次數的限制,有效地防止了死鎖。系統具有LCD 顯示器,通過鍵盤操作便可對RFID 卡的進行讀寫。設計的USB 接口可方便地與PC機連接,在PC 機上實現對RFID 卡的操作。系統功能強,使用靈活,可滿足多種應用場合。由于采用了低成本的ARM 微處理器,簡化了硬件,提高了系統的性價比。