基于无线数传电台的RFID手持机设计

李春龙

【摘 要】论文主要介绍了STM32F103ZET6芯片的主要功能、工作原理、操作命令和相关知识。同时通过此芯片设计单片机应用系统，实现液晶显示器的显示，按键控制，利用无线数传电台接收、发送空中电波指令数据，通过ZLG522读、写卡模块扫描S50卡信息，对物品进行出库、入库、移库的操作，从而实现对仓储系统的管理。本系统采用单片机应用系统，以STM32F103ZET6为核心芯片，具有集成度高、可靠性高、芯片尺寸小、占用印制板空间少、直观性强和操作性好等特点，非常方便使用。

【关键词】RFI D；读卡模块；无线数传电台；ARM

【中图分类号】F407.63【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）07-0493-02

第1章 概述

20世纪末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。

近年来，自动识别方法在许多服务领域、在货物销售与后勤分配方面、在商业部门、在生产企业和材料流通领域得到了快速的普及和推广。自动识别的任务和目的是提供关于个人、动物、货物和商品的信息。条型码—-纸带已经不能满足人们的需求，条型码虽然很便宜，但它的不足之处在于存储能力小以及不能改写。根据从事射频系统开发并使产品适合市场需求的公司数量的增多，说明了这种产品的市场一定会不断地扩大。目前，射频识别系统产品市场是无线电工业增长最快的部门，手持机就是其中的一个产品。

1.1 课题研究的意义

目前国内将手持机应用于仓储管理系统较少，基于无线数传电台的RFID手持机设计将电子标签应用到了仓储管理中，节省了大量的时间，提高了效率，可以随时更新，不至于信息滞后、带来信息的错误，还节省了大量的人力。对仓储管理有着十分重要的参考价值。

在众多信息技术中，RFID技术受到了仓储管理领域业内人士的追捧。RFID应用载体系统的本质为无线射频系统。RFID的优点有很多，首先是无接触式信息读取。这一点被业内人士所看好，因为这极大节约了分拣作业时商品识别与辨认的时间，提高了分拣作业的效率。而且，通过射频信息的数据传播，可以实现管理员与货物的无接触信息读取交换，达到了信息的有效传播和共享方式的透明。其次，RFID技术具有存储与更新的性能。将其贴到包装箱表面，当货物又箱中取出时，管理员可以通过信息数据的更新，将新的物品信息熟练快速录入原有标签中，及时做到信息更新。保持了信息读取与录入的准确性。在我国，虽然人力成本较为便宜。但随着劳动法规的出台，工人收到了国家的抱负和关注，在长江三角洲区已经逐步实现最低工作制的用人标准，造成了人力成本的上升。因此，原有繁重分拣等物流作业造成大量的人力资本投入，从而增加了成本。传统模式下，仓储管理需要大量人员的参与介入，随着信息化的普及，RFID技术将会带来人员需求层次的要求，即要求工作人员掌握数据维护和信息处理的技能，病逐步淘汰纯体力劳动的人力资源。因此，新的技术变革势必会带来新一轮的人才需求浪潮。RFID技术带来的不仅是方便与快捷的信息革命，更是一种对于原有流通环节的挑战。因此，企业必须做好整合资源优势、改造原有流程的心理准备，这样才能在新一轮的信息竞争中充分利用RFID技术，从而立于不败之地[1]。

第2章 系统硬件设计

2.1 电路原理设计

设计方案以STM32F103ZET6为主控器件，写入程序，连接无线收发模块（连接天线可以增加收发距离），并通过zlg522读卡模块将S50卡模拟信号转化成芯片可识别的数字信号。接入键盘和显示器进行输入和显示。内部安装一个1G的SD卡用来存储信息。并通过电源分别对各部分进行供电。最后接触一个配置借口可对手持机进行系统配置[3]。

电路原理框图如图1所示。

2.2 单元电路设计

整个系统电路是由主控芯片STM32F103ZET6、无线收发模块APC250、读卡模块ZLG522、液晶显示器、按键、SD卡、电源模块、串口几个部分组成。

2.2.1 主控芯片

STM32F103xx增强型系列使用高性能的ARM Cortex-M3 32位的RISC内核，工作频率为72MHz，内置高速存储器（高达128K字节的闪存和20K字节的SRAM），丰富的增强I/O端口和联接到两条APB总线的外设[4]。所有型号的器件都包含2个12位的ADC、3个通用16位定时器和一个PWM定时器，还包含标准和先进的通信接口：多达2个I2C和SPI、3个USART、一个USB和一个CAN。 STM32F103xx增强型系列工作于-40℃至+105℃的温度范围，供电电压2.0V至3.6V，一系列的省电模式保证低功耗应用的要求。

完整的STM32F103xx增强型系列产品包括从36脚至144脚的五种不同封装形式[4]。根据不同的封装形式，器件中的外设配置不尽相同。 丰富的外设配置，使得STM32F103xx增强型微控制器适合于多种应用场合。

2.2.2 无线数传电台模块

APC250模块是高度集成半双工微功率无线数据传输模块，其嵌入高速单片机和高性能射频芯片。创新的采用高效的循环交织纠检错编码，抗干扰和灵敏度都大大提高，最大可以纠24bits连续突发错误，达到业内的领先水平。APC250模块提供了多个频道的选择，可在线修改串口速率，发射功率，射频速率等各种参数。APC250 模块能够透明传输任何大小的数据，而用户无须编写复杂的设置与传输程序，同时小体积宽电压运行，较远传输距离，丰富便捷的软件编程设置功能，使之能够应用与非常广泛的领域。

2.2.3 读写卡模块

ZLG522S系列读写卡模块是基于13.56MHz频率的系列读写卡模块，它符合ISO14443标准，可支持PLUS CPU、MIFARE Desfire（CPU卡）、MIFARE S50/S70、MIFARE 0 ultralight、MIFARE Pro，它采用超小型、超大规模集成电路封装，具有易用、可靠、多样和体积小等特点，可方便、快捷地将当今最流行的非接触式IC卡技术融入系统中，提高产品档次。

2.2.4 液晶显示模块

TFT-LCD即薄膜晶体管液晶显示器。TFT-LCD与无源TN-LCD、STN-LCD的简单矩阵不同，它在液晶显示屏的每一个象素上都设置有一个薄膜晶体管（TFT），可有效地克服非选通时的串扰，使显示液晶屏的静态特性与扫描线数无关，因此大大提高了图像质量。TFT-LCD也被叫做真彩液晶显示器。手持机采用的是2.8寸TFT真彩屏，FSMC控制，配置ADS7843触摸控制器[5]。

第3章 系统软件设计

3.1 设计思想

单片机的主要工作流程如图2所示[6]。

本设计的主要原理是利用读卡模块扫描S50卡内物品信息，在液晶显示器上显示出来，通过无线数传电台接收空中电波主控系统的校准等指令数据，对指定物品实现出库、入库、移库等操作，以实现对仓储系统的管理[7]。

第4章 系统调试

4.1调试

调试分为硬件调试和软件调试两个部分。

4.1.1硬件调试

硬件调试主要是检查当焊接完成后各个器件管脚间是否有短路和断路的现象，要根据电路原理图一点一点的测试，在保证没有问题以后才可以通电，否则板子上的元器件就有烧坏的可能性。在检查好后，就可以通电，若通电后无异常就可以进入软件调试的环节。

4.1.2软件调试

软件调试主要是通过烧程序到单片机，看单片机是否按照指令工作，如果不工作或不按指令工作，就需要调整程序。首先调试的程序应该是多串口程序，保证数据能够在一定距离内在通讯终端和手持机间进行一对多的正常数据收发，而且数据不会丢失或改变。再调试液晶显示器是否显示正常，如文字能否正常的显示，是否会出现乱码，字体、颜色是否正常等。最后调试按键功能是否能够正常实现。当一个程序没问题后就可以进行下一个调试部分，把程序分部分调试效率比较高，这样出现错误的时候要检查的程序比较集中，便于发现问题。当一个部分调试完后再整合到之前已经调好的程序中，这样就可以保证程序的准确性，减少了工作量。

结论

经过对软、硬件的设计和实现，最后完成了基于无线数传电台的RFID手持机的整体设计。通过对STM32F103ZET6的使用实现了通过ZLG522读卡模块读取S50卡内的信息，并利用无线数传电台接收、发送空中电波的指令数据，完成PC机与手持机一对多的通讯。还实现了LED显示屏中对物品名称、物品编号、物品数量、入库、仓库、货位、管理员详细信息及状态的显示，同时利用按键对物品进行出库、入库、移库的操作。经实际验证在空旷的地方电台传输范围可达2公里左右，并且能够保证数据的准确性，不会丢失或改变数据，系统在运行过程中性能良好。

本设计具有集成度高、可靠性高、直观性强、实用性强、方便快捷和操作性好等特点，使用起来得心应手，具有很好的推广价值，可将其广泛应用在仓储管理等系统中。

参考文献

[1] 王永虹，徐炜，郝立平.STM32系列ARM Cortex-M3微控制器原理与实践[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2008

[2] 周立功，张华，深入浅出ARM7，北京航空航天大学出版社，2005年6月

[3] Reinhold Ludwig，Pavel Bretchko，射频电路设计理论与应用，电子工业出版社，2002

[4] Andrew N.Sloss.ARM嵌入式系统开发[M].北京：北京航空航天大学出版社，2005

[5] 江宏，李良玉.Protel电路设计与应用[M].北京：机械工业出版社， 2002

[6] 高鹏，安涛，寇怀成.电路设计与制版-99入门与提高[M].北京：人民邮电出版社，2004

[7] Klaus Finkenzeller，射频识别技术，电子工业出版社，2001年6月