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在讀寫(xiě)器模塊設(shè)計(jì)時(shí)加入了USB轉(zhuǎn)UART的橋接器芯片CP2102。加入該芯片一方面可以通過(guò)USB的連接器與終端平臺(tái)互連，實(shí)現(xiàn)即插即用的功能;另一方面可以通過(guò)終端平臺(tái)上的USB主控制器提供5 V的電源，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的讀寫(xiě)器模塊正是采用這種方式供電的。RFID讀寫(xiě)器模塊的原理圖如圖5所示。

基于S3C2440A芯片實(shí)現(xiàn)RFID讀寫(xiě)器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3 、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)移植及防碰撞算法。當(dāng)在讀寫(xiě)器的天線區(qū)域中有多個(gè)射頻標(biāo)簽時(shí)，同時(shí)到達(dá)的信號(hào)會(huì)產(chǎn)生信道爭(zhēng)用的問(wèn)題。信號(hào)互相干擾，發(fā)生碰撞。防碰撞技術(shù)利用排隊(duì)論及抗噪聲技術(shù)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，通過(guò)RFID系統(tǒng)一次可以完成對(duì)多個(gè)射頻標(biāo)簽的識(shí)別。防碰撞技術(shù)的優(yōu)劣決定了RFID系統(tǒng)的性能。系統(tǒng)軟件總體架構(gòu)包括：擴(kuò)展層，提供RFID讀寫(xiě)器的固件程序，支持多種數(shù)據(jù)采集模塊;設(shè)備層，提供RFID系統(tǒng)運(yùn)行的硬件環(huán)境和提供多種物理接口;系統(tǒng)層，提供RFID系統(tǒng)運(yùn)行的軟件環(huán)境;中間層，提供開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的基礎(chǔ)軟件框架和應(yīng)用型RFID中間件;應(yīng)用層，與業(yè)務(wù)相關(guān)的應(yīng)用軟件。

3.1 防碰撞算法分析

在RFID系統(tǒng)中，評(píng)價(jià)防碰撞算法優(yōu)劣的指標(biāo)有防碰撞速度、準(zhǔn)確率、信道利用率、穩(wěn)定性、安全性和成本等。目前業(yè)界推崇的防碰撞方法主要有ALOHA算法（又稱(chēng)應(yīng)答器控制算法）和二進(jìn)制樹(shù)形搜索算法（又稱(chēng)讀寫(xiě)器控制算法）。ALOHA防沖突算法由于延遲時(shí)間和檢測(cè)時(shí)間是隨機(jī)分布的，是一種不確定性算法，可分為非時(shí)隙、時(shí)隙以及自適應(yīng)ALOHA防沖突算法。其中自適應(yīng)ALOHA方法的信道利用率最高，它的優(yōu)點(diǎn)是能顯著提高識(shí)別速率，缺點(diǎn)是復(fù)雜度明顯提高。它僅適用于只讀型電子標(biāo)簽。二進(jìn)制樹(shù)形搜索算法的優(yōu)點(diǎn)是防沖突能力較強(qiáng)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和指令簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是支持的存儲(chǔ)容量較小，不適合UID過(guò)長(zhǎng)的電子標(biāo)簽。這里利用二進(jìn)制樹(shù)形搜索算法實(shí)現(xiàn)功能。

二進(jìn)制搜索算法是利用逐步減少發(fā)生沖突的位的方法來(lái)完成對(duì)標(biāo)簽的識(shí)別的。該算法的前提條件是讀寫(xiě)器必須能夠準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)發(fā)生沖突的位。因此，在該算法中，標(biāo)簽返回信號(hào)的編碼方式使用了Manchester編碼。在Manchester編碼方式中，每個(gè)信號(hào)位中間引入跳變來(lái)同時(shí)代表不同的數(shù)值和同步信息。一個(gè)負(fù)電平到正電平的跳變代表邏輯“0”，而一個(gè)正電平到負(fù)電平的跳變則代表邏輯“1”。在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，“沒(méi)有變化”的狀態(tài)是不允許的。因此，當(dāng)一個(gè)讀寫(xiě)器收到標(biāo)簽的返回信號(hào)后，如果發(fā)現(xiàn)某些位信號(hào)的狀態(tài)沒(méi)有發(fā)生改變，那么讀寫(xiě)器就能夠判斷這些位一定發(fā)生了沖突。Manchester編碼原理如圖6所示。

基于S3C2440A芯片實(shí)現(xiàn)RFID讀寫(xiě)器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

圖6中有兩個(gè)標(biāo)簽同時(shí)處于讀寫(xiě)器的讀寫(xiě)范圍內(nèi)。當(dāng)讀寫(xiě)器發(fā)送讀標(biāo)簽命令時(shí)，兩個(gè)標(biāo)簽都返回它們的識(shí)別碼給讀寫(xiě)器。從圖中可以看出，標(biāo)簽1識(shí)別碼的第5位和第2位的值分別是邏輯“0”和邏輯“1”，而標(biāo)簽2的識(shí)別碼的第5位和第2位分別是邏輯“1”和邏輯“0”。所以，當(dāng)讀寫(xiě)器收到它們的返回信號(hào)時(shí)，這兩位的狀態(tài)不會(huì)改變，從而讀寫(xiě)器知道這兩位發(fā)生了沖突，由此實(shí)現(xiàn)多標(biāo)簽防碰撞。圖中的虛線表示標(biāo)簽返回信號(hào)中發(fā)生沖突的位。

3.2 多協(xié)議模式分析

在上電后，首先對(duì)TRF7960進(jìn)行初始化設(shè)置。為控制TRF7960實(shí)現(xiàn)讀/寫(xiě)卡等操作，首先得明確TRF7960的讀寫(xiě)時(shí)序。起始條件是CLK為高，然后發(fā)送8位地址，再在發(fā)送時(shí)鐘的下降沿進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。當(dāng)CLK為低時(shí)，信號(hào)發(fā)送上升沿表示操作已經(jīng)結(jié)束。在TRF7960內(nèi)部有兩個(gè)主要配置寄存器：芯片狀態(tài)控制寄存器和ISO控制寄存器，00h和01h分別是它們的地址。芯片狀態(tài)寄存器可以控制電源模式、RF輸出開(kāi)關(guān)等。ISO控制寄存器則負(fù)責(zé)ISO協(xié)議選擇，它通過(guò)設(shè)定參數(shù)protocol，選擇不同的協(xié)議工作方式。例如當(dāng)protocol為0x01時(shí)，為ISO15693協(xié)議;當(dāng)protocol為0x02時(shí)，為ISO14443A協(xié)議;當(dāng)protocol為0x03時(shí)，為ISO14443B協(xié)議。根據(jù)指定協(xié)議進(jìn)行相應(yīng)的讀寫(xiě)操作，在設(shè)定時(shí)間內(nèi)，若有FIFO中斷或發(fā)送結(jié)束中斷產(chǎn)生，則采集數(shù)據(jù)并保存。這樣就實(shí)現(xiàn)了多協(xié)議、防碰撞多標(biāo)簽RFID讀寫(xiě)器系統(tǒng)。

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