基于ARM的2.4G RFID远距离读写器的设计

王皓奎 唐 宽

（广西瀚特信息产业股份有限公司，广西 桂林 541004）

基于ARM的2.4G RFID远距离读写器的设计

王皓奎 唐 宽

（广西瀚特信息产业股份有限公司，广西 桂林 541004）

随着RFID技术研究和开发的不断深入，2.4G RFID设备的研制逐渐成为研发的热点。相比无源RFID标签，2.4G有源电子标签具有传输距离远、数据速率高、多标签识别速度快及处理能力强等诸多优点，因此智能交通运输，资产管理，人员定位，自动考勤系统等应用场合有着天然的优势。文章基于ARM微处理芯片LPC2136，设计了一种2.4G RFID远距离读写器，该读写器经过长时间的测试和应用，在多个系统中运行稳定。

RFID；ARM；定位系统;智能交通

随着信息产业的不断发展，RFID技术在生活生产中起着越来越重要的作用。RFID技术在硬件上主要分成两部分,一部分是读写器、一部分是标签。本文提出了一种 2.4G的 RFID读写器的设计。通常，2.4G有源标签内部发射功率比读写器低得多，这就要求读写器的接收灵敏度高，标签识别速度快，安全保密，多卡识别能力强，通信距离远，具备防重读功能，支持韦根，RS485，RS232，TCP/IP等多种通信接口。据此，本文设计的2.4G远距离读写器，满足了市面上的大部分应用，并且可配置性强，便于灵活组网使用。

1 系统总体设计框图

处理单元采用以LPC2136为核心的ARM7内核控制系统，利用LPC2136外设接口串口0实现RS232和RS485；串口1实现与串口转以太网连接；IIC接口外挂EEPROM；普通I/O实现韦根接口，外部触发读卡，nRF24L01+射频芯片通过SPI时序控制，HMC274射频衰减器控制，蜂鸣器控制，2个干接点（继电器输出）控制；其中韦根接口和外部触发读卡通过光耦隔离再连接到外部接口，防止I/O口损坏。

模块框图如下图1所示：

图1 2.4G RFID读写器框图

2 系统硬件设计

2.1 ARM控制器部分

LPC/2136微控制器是基于一个支持实时仿真和嵌入式跟踪的16/32位ARM7TDMI-S CPU，并带有256kB嵌入的高速Flash存储器。128位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32位代码能够在最大时钟速率下运行，较小的封装和很低的功耗使LP2136特别适用于访问控制和POS机等小型应用中；由于内置了宽范围的串行通信接口和8/16/32kB的片内SRAM，它们非常适合于通信网关、协议转换器、软件modem、语音识别、低端成像，为这些应用提供大规模的缓冲区和强大的处理功能。多个32位定时器、2个10位8路的ADC、1个10位DAC、PWM通道、47个GPIO以及多达9个边沿或电平触发的外部中断使它们特别适用于工业控制应用。

图2 ARM控制器

2.2 射频接口部分

为满足本文所设计系统指标，在设计中选用了NORDIC公司研发的nRF24L01+芯片。该款芯片属于2.4 GHz无线射频频段收发芯片，工作频率在2.4～2.4835GHz之间可调，可以同时接收6路不同通道数据。通讯速度最高设置为2 Mbps，芯片内部固化有 CRC与地址校验协议，并支持自动应答功能，在确认收到数据，可以自动回应应答方，从而提高了通信的安全可靠性，这些功能都可以通过芯片提供的 SPI接口配置相应的寄存器得以实现。其外围电路如图3所示。

图3 射频接口

2.3 网络接口部分

本设计采用基于通用串行接口，符合网络标准的嵌入式模块，内置TCP/IP协议栈，能够实现串口、以太网、无线网（WIFI）3个接口之间的转换，通过此网络接口，可将读写器的数据在Internet 网络传输，方便将2.4G RFID读写器迅速部署到物联网中。

图4 网络接口

2.4 外部接口部分

2.4G RFID读写器读到的标签可以通过 RS232、RS485、韦根 26/34、和干节点信号传送给用户。RS232、RS485采用相同的通讯协议。支持主动上传、被动上传两种模式，可以通过通讯模式的设置来进行切换。

主动模式：是指设备读到标签后，保存到缓冲区中，按一定的读卡时间间隔 把缓冲区内没有上传的标签主动传送给用户。读卡时间间隔是可以设置的。注意：主动模式，传送速度快，但没有应答过程，有可能丢失数据。

被动模式：是指设备读到标签后，保存到缓冲区中，等待用户发“读标签命令”。接收命令后，把标签信息上传给用户，用户正确无误接收标签信息后，发送“确定标签正确接收”命令，设备接收到“确定标签正确接收”命令后，把已上传的标签删除。注意：被动模式，传送速度慢，有应答过程，可以保证接收的准确性。

图5 外部接口

2.5 电源部分

电源转换部分采用LM2596，此芯片是3A电流输出降压开关型集成稳压芯片，它内含固定频率振荡器（150KHZ）和基准稳压器（1.23v），并具有完善的保护电路、电流限制、热关断电路等。利用该器件只需极少的外围器件便可构成宽输入的高效稳压电路。

图6 电源部分

2.6 主要软件设计

读写器程序流程图如下图所示，其中外挂的EEPROM负责保存配置参数，实现掉电后配置数据不丢失。配置数据包括所有上位机调试软件可设置的参数。

图7 软件流程

3 测试结果与性能分析

通过对实际电路测试，其传输距离最远可以达到100米，读写器支持输出功率调节功能，输出功率调节范围为30dB，1dB步进。支持 RS232，RS485，以太网，韦根通信方式；且可通过上位机设置。读写器支持主动式读卡和被动式读卡。并在多所学校自动考勤系统中得到了实际应用。

4 结束语

由于2.4 G RFID读写器是通信距离远，传输速度快，性能稳定，保密性强，因此相信其在智能交通，人员定位，物资管理，自动考勤，物流管理等方面将具有越来越广泛的应用前景。

[1] ISO/IEC 180000-4 RFID Air Interface Standards.

[2] GB/T 28925-2012 信息技术 射频识别 2.45GHz空中接口协议.

Design based on ARM's 2.4G RFID long range reader

With the development of RFID technology research and development, the development of 2.4G RFID device has become the focus of research and development. Compared with passive RFID tags, 2.4G active electronic tag has the advantages of long transmission distance, high data rate, multi tag identification speed and strong capability of processing, so the intelligent transportation, personnel positioning, application of automatic attendance system has the advantage of natural. In this paper, ARM micro processing chip based on LPC2136, the design of a 2.4GRFID long-distance card reader, the reader through the test and application of long time, stable operation in multiple systems.

RFID;ARM; positioning system;intelligent transportation

TP391.4

A

1008-1151(2015)02-0041-03

2015-01-15

王皓奎(1974－)，男，广西桂林人，供职于广西瀚特信息产业股份有限公司；唐宽（1983－），男，广西桂林人，供职于广西瀚特信息产业股份有限公司。