基于nRF2401的手持式讀寫器的設計

引言

　　本文設計了一款有源RFID便攜式讀寫器。本讀寫器工作在2.4GHz～2.5GHz的頻率范圍內，其特點是讀寫距離遠、數據傳輸量大、存儲能力強，主要應用于大型的貨物儲倉中，能快速準確地對成千上萬的貨物進行清算，或應用于大型車庫中，對繁忙的車輛出入進行快速有效地記錄與管理。

基于nRF2401的讀寫器設計

RFID系統(tǒng)的基本結構

　　RFID系統(tǒng)主要包括射頻讀寫器和射頻識別標簽(應答器)兩部分。射頻識別標簽是射頻識別系統(tǒng)的數據載體。通常，射頻識別標簽由耦合元件和微電子器件構成，可分為有源標簽和無源標簽兩種類型。讀寫器可以發(fā)送射頻信號到電子標簽，并接收電子標簽返回的射頻信號，從而獲取標簽數據信息。不論是讀寫器還是應答器，它們都有一個重要的構成部分，即微型天線。微型天線可使讀寫器和應答器之間進行有效的信號和能量傳輸。 如圖1所示，射頻應答器和射頻讀寫器的組成均包括微型天線、射頻信號收發(fā)器、數據處理器和存儲器。除此之外，讀寫器還包括存儲器的讀寫控制、與計算機的通信、顯示器控制等。

　　本讀寫器采用nRF2401作為射頻信號的收發(fā)器，W77E58作為總控制器，并負責數據的處理，選用非易失性的K9F5608作為存儲器。同時選用了時鐘芯片DS1302、串行口顯示器FYD12864和RS-232驅動／接收器MAX233。

系統(tǒng)框圖

本系統(tǒng)中各元件與單片機之間的連接如圖2所示。

　　本系統(tǒng)的主控芯片W77E58指令執(zhí)行速度快、讀寫速度快、功能龐大且設計方便。首先，根據鍵盤鍵人的指令，通過W77E58的控制，nRF2401向對應編號的電子標簽進行查詢，再將查詢結果存入K9F5608中，同時將DS1302即時產生的時刻信息，也就是查詢時刻信息存入K9F5608中，由FYD12864顯示整個查詢過程。系統(tǒng)可通過MAX233與計算機通信，實現數據上傳與下載。

nRF2401功能強大且使用簡便，只需利用SPI接口的3條信號線：DATA、CLK1、CS便可對其進行配置。4種不同工作模式的控制也只需使用PWR_UP、CE、CS三個引腳。其工作模式為：收發(fā)模式、配置模式、空閑模式和關斷模式。 為了降低功耗，系統(tǒng)平時處于空閑模式，通過W77E58外部中斷0來監(jiān)測鍵盤的中斷信號，一旦檢測到有鍵盤鍵入，W77E58便進入正常工作模式，并接收與判別來自鍵盤的指令數據，若判別出數據為電子標簽搜索指令，W77E58便通過輸出高電平到nRF2401的PWR_UP引腳激活nRF2401，通過設置CE與CS來選擇nRF2401的工作模式。

　　W77E58通過其增強型全雙工串口SCON1的RXD1、TXD1將數據傳輸給nRF2401。nRF2401對數據進行調制并向外發(fā)送后，立即進入接收模式，若在指定時間內無響應，則重復發(fā)送再轉入接收模式，若指定發(fā)送次數內仍無響應，則判定搜索范圍內無有效標簽。DS1302提供搜索時刻信息，它和搜索結果一起存入K9F5608,，

　　若nRF2401接收到來自電子標簽的應答信號，便自動進行接收與檢測，然后將數據解調后傳輸給W77E58。同理，W77E58將數據和搜索時刻信息存儲到外存儲器中。

　　另外，通過W77E58的另一組串口SCON的RXD、TXD，以及MAX233可進行本系統(tǒng)與計算機之間的數據通信。

K9F5608提供了32MB的數據存儲空間，其存儲量大、讀寫速度快、性能穩(wěn)定。K9F5608有一組功能強大的復用8位I／O口，既可作為指令的輸入口使用，也可作為數據和地址的輸入／輸出口使用，因此，只需占用W77E58的一組8位I／O口。K91F5608的使用非常方便，其片上寫控制系統(tǒng)可使所有的編程和擦除功能自動完成。

系統(tǒng)工作流程

　　系統(tǒng)開啟后，首先進行系統(tǒng)的初始化，包括對W77E58各內部資源的初始化，如：定時／計數器、中斷系統(tǒng)、串行口、存儲器等；以及nRF2401初始狀態(tài)的配置等。然后，系統(tǒng)進入空閑模式，等待鍵盤按鍵產生的外部中斷輸入信號，由鍵盤的中斷信號激勵系統(tǒng)進入正常工作狀態(tài)；隨后將鍵盤鍵人的RFID編號作為請求信號發(fā)送出去，并檢測是否有應答信號，同時將結果顯示在LCD顯示器上。系統(tǒng)可將接收到的數據和時間保存到K9F5608記錄存儲器中，或通過串行口傳到PC。

結語

　　本文主要簡述了基于nRF2401射頻收發(fā)芯片的便攜式RFID讀寫器的設計。系統(tǒng)具有體積小、傳輸速度快、性能穩(wěn)定、功耗低等特點。