1、基于CortexM3及RFID技术的RFID阅读器设计发明说 明 书 摘 要本发明涉及一种新的智能RFID阅读器的设计，该阅读器的设计主要功能在于对射频标签的信息采集和上位机通信。该阅读器设计采用无线通讯方式，因此该智能RFID阅读器的硬件组成包括：控制器模块，射频读写模块、键盘输入模块、LCD显示模块、报警提示模块、存储器扩展模块和无线通讯模块。本设计方案主芯片采用意法半导体(ST)公司的STM32系列微处理器。STM32系列32位闪存微控制器使用来自ARM公司具有突破性的Cortex-M3内核，该内核是专门设计与满足集高性能、低功耗、实时应用、具有竞争性价格于一体的嵌入式领域的要求。基于C
2、ortex-M3微处理器，能对一定区域内频率为915MHz的超高频标签进行读写，携带方便，采用触摸屏作为人机界面，操作方便。Cortex-M3是一种基于ARMv7-M架构的最新ARM嵌入式内核，它采用哈佛结构，使用分离的指令和数据总线，哈佛结构在物理上更为复杂，但是处理速度明显加快，可以有效地解决RFID的碰撞问题，方便的读写RFID标签。 发明人： 摘 要 附 图权 利 要 求 书1、一种智能RFID阅读器的设计，其功能主要包括：（1）采用无线射频技术解决图信息的识别、存储和保密等问题。无线射频技术是非接触式技术，读取方便快捷、识别速度快、穿透性强、数据容量大、使用寿命长、标签数据可动态改变
3、、安全性好、动态实时通信、形状多样化。（2）采用先进的Cortex-M3微处理器完成智能RFID阅读器显示、键盘输入、音频报警等功能模块的设计。（3）设计无线通讯模块，实现智能RFID阅读器和上位机的通信。 （4）在智能RFID阅读器射频模块的硬件部分的小功率的射频读写电路的设计中，通过增加功率放大电路来增大智能RFID阅读器与标签的识别距离和与上位机的通讯距离。2、根据权利要求1所述的智能RFID阅读器的设计，其特征在于采用模块化设计、主芯片采用意法半导体(ST)公司的STM32系列微处理器，来解决解决现有阅读器存在的处理速度慢、没有模块化设计的不足，其特征在于设计的具体步骤为：（a）使用先
4、进的无线射频技术，使用寿命长，读取距离大，标签上数据可以加密，存储数据容量更大，可以自由更改存储信息。 （b）采用先进的防冲突算法，具有强大的标签检测功能，解决了读写器碰撞问题。在时间上分配频率到射频识别标签阅读器，使它们之间的干扰最小化。（c）采用Cortex-M3微处理器，单周期Flash存储，速度高达 50MHz，低功耗设计，输出功率可调，性能稳定、抗干扰能力强。（d）智能RFID阅读器与上位机进行无线通讯，使系统更加自由、灵活。（e）芯片成本低，操作简单，可操作性加强，便于大规模推广。说 明 书一种新的智能RFID阅读器的设计技术领域本发明涉及一种新的智能RFID阅读器的设计，可用于R
5、FID标签的快速读写。背景技术随着大规模集成电路、网络通信、信息安全等技术的发展，RFID 技术进入商业化应用阶 段。由于具有高速移动物体识别、多目标识别和非接触识别等特点，RFID 技术显示出巨大的发展潜力与应用空间，被认为是 21 世纪的最有发展前途的信息技术之一。射频识别技术不仅在物流管理、公共交通管理、工业生产等多个领域得到了应用，而且 逐渐走进了我们的生活，本便携式读写器不仅可以应用与工厂设备管理、各收费站、交通管理，帮助提高工作效率，还可以应用于图书馆、旅游景点和博物馆等地方，为人们生活提供 便利，让人们实实在在的感受到射频识别技术为我们生活带来的好处。基于无线射频技术的研究和应用
6、，主要是条形码技术的落后，而RFID标签无须人工操作，通过阅读感应可以自动向阅读器发送所包含资料的信息，从而实现信息处理的自动化。RFID可以自动识读标签内容，高度集成数据，因而可以记载更多关于物品的信息。在当今物联网突飞猛进的时代，设计一种快速识别RFID标签的阅读器成为必然。发明内容本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种新的智能RFID阅读器的设计方案和实施方法，该方法可克服现有阅读器处理速度慢、没有模块化设计以及不能有效、快速定位RFID标签等方面不足。本发明的技术解决方案为：一种新的智能RFID阅读器的设计方案和实施方法，其各模块设计在于下列步骤：（1） 智能RFID阅读
7、器系统的组成该系统主要由RFID标签（TAG）、智能RFID、上位机三部分组成。射频标签和智能RFID阅读器之间通过无线电波来实现非接触式通讯。该智能RFID阅读器系统流程图如1所示。（2）智能RFID阅读器各模块设计该智能RFID阅读器的硬件组成包括：控制器模块，射频读写模块、键盘输入模块、LCD显示模块、报警提示模块、存储器扩展模块和无线通讯模块。其组成部分如图2所示。（a） 控制模块部分该智能RFID阅读器的主控芯片采用意法半导体(ST)公司的STM系列微处理器。STM32系列32位闪存微控制器使用来自ARM公司具有突破性的Cortex-M3内核，该内核是专门设计与满足集高性能、低功耗、
8、实时应用、具有竞争性价格于一体的嵌入式领域的要求。其CPU原理图如图3所示。（b） 射频读写模块部分 无线通信模块通过设置波于433MHz段，避开读写器915MHz的干扰。可直接与主芯片连接。其原理图如图4所示。（c） LCD显示模块部分LCD显示模块将系统的相关信息显示出来，比如标签信息、系统菜单、系统时间、联网情况、系统运行状态、提示信息、帮助等。其原理图如图5所示（d） 键盘输入模块部分键盘输入模块实现RFID阅读器相关数据的输入，控制阅读器的工作，是人机交互的主要方式。其原理图如图6所示（e） 报警提示模块部分报警提示模块主要用于系统出现故障、出现错误状态报警提示等。其原理图如图7所示
9、（f） 存储器扩展模块部分存储器扩展模块部分，是阅读器保存用户数据的重要模块，用以存储大量的RFID标签信息，当数据采集后通过无线通讯模块传输到主机做进一步数据处理。（g） 无线通讯模块部分无线通讯模块将用于阅读器和上位机的通信。（3）智能RFID阅读器软件模块设计（a） 智能RFID阅读器工作流程图当成功采集到射频标签的信息后，应用程序将标签信息（包括标签 ID、标签状态等），通过 LCD 显示给用户，并将标签 ID通过无线数据传输模块发送到数据库服务器，数据库 服务器检索到该 ID 对应的详细信息后，又通过无线数据传输模块将详细信息回传给读写器，最后在 LCD 上显示出来。其流程图如图8所
10、示（b） 无线数据传输模块流程图为了保证数据传输速度与数据的正确性,可以将数据分块传输。在数据传输时,根据数据流的特点, 在分块的数据中添加块校验,这样可以及时的发现错误, 并反馈错误信息。读写 器接收到分块的数据并计算校验后,将数据存放在读写器中，并判断数据是否接收完毕。为了提高读写器工作效率，可以将校验过的数据即时显示，而不必等到数据全部接收完毕。（c） 触摸屏驱动模块流程图根据触摸屏控制芯片 ADS7843 结构搭好芯片的外部电路，ADS7843 有差分和 单端两种工作模式。相比较于单端模式，差分模式有着很多优势：第一，能够在不扩展转换器获取时间的条件下用很长的设置时间处理触摸 屏，即触
11、摸屏电压可以有足够的时间稳定下来。第二，ADS7843 通过快速时钟可以进入低功耗模式，从而可以节约电池能量。 因而选用差分工作模式。（d） 数据编码与调制模块设计在RFID多电子标签识别环境中，标签间冲突是影响RFID系统标签阅读速度的一个重要因素。Gen-2标准采用了基于概率，分槽防冲突算法。其流程图如图9所示附图说明图1RFID阅读器系统组成示意图图2 RFID阅读器各模块方框图图3 系统所采用的CPU方框图图4 射频读写模块部分与主控芯片原理图图5 LCD显示模块部分图6键盘输入模块部分图7报警提示模块部分图8 RFID阅读器工作流图图9数据编码与调制具体实施方式本发明的具体实施方法如下：1 首先进行总体设计，然后按功能进行分模块设计，确定每个模块所用的核心器件。2 设计每个模块原理图及器件的设计参数。3 进行每个模块电路设计、制版和平台系统软件编程。4 平台系统调试和性能测试。说 明 书 附 图图1 RFID阅读器系统组成示意图 图2 RFID阅读器各模块方框图 图3 系统所采用的CPU方框图图 4 射频读写模块部分与主控芯片原理图 图5 LCD显示模块部分图6键盘输入模块部分 图7报警提示模块部分 图8 RFID阅读器工作流图图9 数据编码与调制
