基于AS3910的高频读写器设计*

胡林亚，邹传云，张刚建

（西南科技大学 信息工程学院，四川 绵阳 621010）

0 引言

射频识别(RFID)是一种基于无线通信的自动识别技术，简单的来讲就是可以不通过物体间接触，通过线圈的耦合或者雷达的原理，来自动识别的电子标签所携带的信息[1-2]。典型的射频识别系统由读写器、标签和一个接收、处理读写器从电子标签收集的信息的后台服务器组成。市场上现有的读写器一般只支持一种协议。本设计使用最新的射频芯片，实现了支持多种协议功能的 RFID 读写器。该读写器易于扩展，可根据需要实现各种功能。

1 读写器电路的设计

1.1 芯片的选型

阅读器电路主要由控制模块、射频模块、电源模块、USB通信模块4部分构成。控制模块选用PIC24FJ系列的微控制器PIC24FJ64GA002。PIC24FJ系列是MICROCHIP公司生产的16位单片机，采用改进的哈佛架构，最高运行速度可达 16 MI/S （@ 32 MHz），工作电压低，是为小型嵌入式系统而专门量身定做的一款性价比很高的微控制器[3]。射频芯片选用AS3910[4]。 AS3910是奥地利微电子公司生产的一款高频RFID芯片，芯片自身支持14443A、B的编码和解码格式，同时也给用户提供透明的Analog Front End模式。芯片可以进行调制深度可调节的AM调制和PM调制，所以，在透明模式下，芯片几乎可以做高频频段的任何一种RFID协议。芯片带片内放大器，可以在低电压的情况下输出很大功率。电源芯片选用LM1117，USB转串口芯片选用CH341A。

1.2 读写器电路的设计

文中设计的读写器的硬件结构框图如图1所示[5]。

图1 读写器的硬件框

文中设计的阅读器采用USB供电，所以USB转串口与电源模块放在一起，原理图如图2所示。LM1117是一个低压差电压调节器系列，通过2个外部电阻可实现1.25～13.8 V输出电压范围。另外还有5个固定电压输出（1.8 V、2.5 V、2.85 V、3.3 V和5 V）的型号，文中选用输出电压为3.3 V的型号；CH341A 是一个 USB 总线的转接芯片，通过 USB总线提供异步串口、打印口、并口以及常用的 2 线和 4 线等同步串行接口，文中使用它的USB转异步串口的功能。

控制模块原理图如图3所示，其中J4是单片机烧录口，单片机的工作电压为3.3 V。

射频模块与天线匹配模块原理图分别如图4和图5所示，其中13-20管脚外接电容的作用是配合芯片本身的天线自动调谐功能。

图2 USB转串口与电源模块的原理

图3 控制模块的原理

图4 射频模块原理

图5 天线匹配模块原理

2 软件的设计

RFID 读写器软件设计的总体思路是[6]：系统上电后，微控制器PIC24首先进行初始化，包括晶振在内的内部资源设置和外围接口电路设置，然后通过SPI接口与射频芯片 AS3910进行通信，并根据事先设定的程序对 AS3910的寄存器进行读写操作[7]，实现对芯片的配置、工作情况的监测、工作状态的设置，以及发送操作命令要求 AS3910执行相应的操作（如寻卡、选卡、读卡、写卡等），使其与射频标签进行射频通信，实现对标签的读写操作。由于读写器对ISO15693协议采用的是软件模拟协议结构，所以所有在该协议下的数据帧都是由单片机组装后通过SPI接口发送给射频芯片进行发送的，软件流程图如图6[8]所示。

图6 软件流程

3 读写器的测试

分别用复旦的RF08非接触式卡和NXP（恩智浦）的Icode-2的非接触式卡对读写器进行测试，测试结果如图7所示。

图7 测试结果

由测试结果图可以看出读写器可以正常读写复旦的RF08卡(ISO14443）和NXP的Icode2卡(ISO15693)。

4 结语

在AS3910自身功能的基础上，根据现在实际使用情况，设计出一款支持多协议的高频读写器，该读写器价格适中，结构简单，使用印制天线，最后进行了实际的测试，可以正常读写ISO15693和ISO14443，满足使用要求。目前该读写器的主要缺点在支持多协议的情况下读卡距离会受到影响，下一步工作重点是在兼顾各个协议的情况下提高读写距离。

[1] 罗春彬,彭龑,易彬. RFID 技术发展与应用综述[J].通信技术,2009,42(12):112-114.

[2] 孙鹏,王耀辉, 陈超. 物联网核心技术与应用场景[J].通信技术,2011,43(05):100-102.

[3] Microchip Technology Inc.PIC24FJ64GA002 datasheet[DB/OL].http://www.microchip.com/downloads/en/D eviceDoc/39881D.pdf,2012-1-10.

[4] Austriamicrosystems.AS3910 datasheet [DB/OL].http://www.austriamicrosystems.com/chi/acceptpo licy/ AS3910_Datasheet_v2-3D.pdf,2012-2-24.

[5] 张挺,熊璋,王剑昆.一个面向低功耗设计的RFID系统研究与实现[J].小型微型计算机系统,2006(11):2090-2093.

[6] 李淑琴,陈林,范蟠果.射频识别非接触式IC卡读卡器的设计[J].计算机测量与控制, 2007, 15(03):378-380.

[7] 祝胜林,杨波,张明武. RFID协议及其安全性研究[J].信息安全与通信保密,2007(08):168-170.

[8] 郭红芳.校园一卡通系统的设计与实现[J].信息安全与通信保密,2011(07):66-69.