基于FPGA的RFID讀寫器設(shè)計(jì)

摘要：設(shè)計(jì)并提出一種高頻射頻識(shí)別系統(tǒng)讀寫器設(shè)計(jì)的新方案。讀寫器采用MF RC500射頻讀寫芯片，以FPGA作為處理器，符合ISO／IECl4-443標(biāo)準(zhǔn)，工作頻率為13．56MHz，讀寫距離為10cm左右。給出了讀寫器硬件系統(tǒng)的組成和軟件工作流程，對(duì)同時(shí)讀取多張卡的情況進(jìn)行了分析，實(shí)現(xiàn)了防沖突算法。
關(guān)鍵詞：射頻識(shí)別；改進(jìn)米勒編碼；曼徹斯特解碼；現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列

O 引言
射頻識(shí)別技術(shù)(RFID)是一種非接觸的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，通過無線射頻的方式進(jìn)行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信，對(duì)目標(biāo)加以識(shí)別并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，可用來追蹤和管理幾乎所有物理對(duì)象。與條形碼識(shí)別技術(shù)、光學(xué)符號(hào)識(shí)別技術(shù)、生物識(shí)別技術(shù)、IC卡識(shí)別技術(shù)等自動(dòng)識(shí)別技術(shù)相比，RFID以它特有的無接觸、抗干擾能力強(qiáng)、可同時(shí)識(shí)別多個(gè)物體等優(yōu)點(diǎn)而逐漸成為自動(dòng)識(shí)別中最優(yōu)秀和應(yīng)用最廣泛的技術(shù)之一。在工業(yè)自動(dòng)化、商業(yè)自動(dòng)化、交通運(yùn)輸控制管理、防偽等眾多領(lǐng)域，甚至軍事用途都具有廣泛的應(yīng)用前景。RFID系統(tǒng)一般包括應(yīng)用系統(tǒng)(PC主機(jī))、讀寫器和電子標(biāo)簽三個(gè)部分。RFID電子標(biāo)簽(Tag)由微芯片與天線組成，每個(gè)標(biāo)簽具有唯一的電子編碼。標(biāo)簽附在物體上以標(biāo)識(shí)目標(biāo)對(duì)象。讀寫器(Reader)控制射頻模塊向標(biāo)簽發(fā)射讀寫信號(hào)，接收標(biāo)簽的應(yīng)答，并將信息傳輸?shù)街鳈C(jī)以供處理。用戶可以通過相關(guān)控制主機(jī)或者本地終端發(fā)布命令以改變或者定制其工作模式以適應(yīng)具體應(yīng)用的需求。本文重點(diǎn)介紹讀寫器的開發(fā)。

1 讀寫器硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
其設(shè)計(jì)以現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)作為處理器，MF RC500收發(fā)芯片作為射頻模塊，通過RS232串行通信模塊和電平轉(zhuǎn)換接口MAX232與上位機(jī)相連。系統(tǒng)硬件原理見圖1。

1．1 射頻模塊
讀寫器對(duì)標(biāo)簽的讀寫是通過發(fā)送射頻能量和對(duì)回波的接收實(shí)現(xiàn)的。射頻模塊一方面將數(shù)字模塊送來的信息完成調(diào)制放大并發(fā)送，另一方面接收回波信號(hào)將其解調(diào)成基帶信號(hào)，送到數(shù)字模塊。讀寫器的RF前端子系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)對(duì)電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)的讀取與寫入。核心芯片MF RC500由飛利浦公司生產(chǎn)，主要應(yīng)用于13．56MHz射頻信號(hào)的產(chǎn)生、調(diào)制、解調(diào)等功能。它支持ISO14443A所有的層，適用于各種基于ISO／IEC 14443A標(biāo)準(zhǔn)并且要求低成本、小尺寸、高性能以及單電源的非接觸式通信的應(yīng)用場(chǎng)合。MF RC500負(fù)責(zé)與電子標(biāo)簽的射頻通信，通過并行數(shù)字接口直接連接到處理器。內(nèi)部的發(fā)送器部分不需要增加有源電路就能直接驅(qū)動(dòng)近距離操作的天線(可達(dá)10cm)。接收器部分提供一個(gè)堅(jiān)固而有效的解調(diào)電路，用于ISOl4443A兼容的應(yīng)答器信號(hào)。