引言

　　RFID的核心部分是一個(gè)帶有天線的小型芯片，集成在極薄的標(biāo)簽中。這些標(biāo)簽通過(guò)射頻調(diào)制將電子產(chǎn)品代碼傳輸?shù)絉FID讀寫(xiě)器中，就如同掃描條形碼一樣，但它不像條碼那樣受光線和位置的影響。在發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)，RFID在訪問(wèn)控制、人的識(shí)別系統(tǒng)、貨物完整性、防盜以及軍事上用途廣泛。因此對(duì)此種標(biāo)簽操作的超高頻讀寫(xiě)器的設(shè)計(jì)也有很廣泛的應(yīng)用前景。

　　1 RFID原理介紹

　　RFID原理是讀寫(xiě)器通過(guò)發(fā)送超高頻載波來(lái)激活標(biāo)簽內(nèi)部的芯片，即芯片通過(guò)天線感應(yīng)能量將存儲(chǔ)在自身中的信息發(fā)送給讀寫(xiě)器。其載波通信頻段根據(jù)各國(guó)劃分的不同有所不同。調(diào)制方式都采用ASK方式，協(xié)議有IS015693，ISO14443-A，-B等。主要介紹IS015693協(xié)議下的標(biāo)簽手持式讀寫(xiě)器設(shè)計(jì)。

　　2 硬件設(shè)計(jì)

　　2．1射頻模塊。讀寫(xiě)器的射頻模塊主要是實(shí)現(xiàn)將讀寫(xiě)器發(fā)往電子標(biāo)簽的命令調(diào)制到射頻信號(hào)上，經(jīng)由發(fā)射天線發(fā)送出去，同時(shí)實(shí)現(xiàn)將電子標(biāo)簽返回到讀寫(xiě)器的信號(hào)進(jìn)行必要的加工處理，并從中解調(diào)提取出電子標(biāo)簽回送的數(shù)據(jù)。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。為了適應(yīng)標(biāo)簽在金屬表面讀寫(xiě)的需要，本項(xiàng)目確定對(duì)射頻模塊的發(fā)射功率作加大調(diào)整，增加讀寫(xiě)距離。

　　2．2防爆模塊設(shè)計(jì)。為滿足進(jìn)一步的防爆要求，將在讀寫(xiě)器電路和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上作如下設(shè)計(jì)：選用COB封裝的LCD模塊，避免高壓電路電流的倒灌。電源模塊的輸入輸出均采用雙穩(wěn)壓措施，防止電源電流的過(guò)載、短路等故障而引起的打火或發(fā)熱。在電路上對(duì)儲(chǔ)能器件的總值進(jìn)行限定，主要是電容和電感的總?cè)萘恳韵拗脐P(guān)機(jī)后的放電電流。在電源輸入端加裝熱熔斷保險(xiǎn)絲和限流電阻保證正常地工作電流。

　　2．3微處理器。微處理器是電子標(biāo)簽讀寫(xiě)設(shè)備的核心部件，根據(jù)嵌入式軟件的指令完成各種應(yīng)用功能，包括與計(jì)算機(jī)之間的通信、對(duì)電子標(biāo)簽內(nèi)數(shù)據(jù)的處理、安全控制及對(duì)外圍設(shè)備的控制等功能。

　　2．4天線。讀寫(xiě)器天線與射頻模塊之間必須滿足阻抗匹配，在手持式讀寫(xiě)器中，將模塊與天線進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，但在本項(xiàng)目中考慮到實(shí)際應(yīng)用需要，必須延長(zhǎng)天線的饋線，具體內(nèi)容包括饋線延長(zhǎng)以后的輸入輸出阻抗匹配設(shè)計(jì)；極化方向設(shè)計(jì)；高增益設(shè)計(jì)和功率容量設(shè)計(jì)。

　　2．5輸入輸出模塊。讀寫(xiě)器的輸入輸出模塊包括鍵盤(pán)和顯示屏等，本項(xiàng)目將在原有產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上，對(duì)顯示屏進(jìn)行加固，提高可靠性；對(duì)鍵盤(pán)采用塑料薄膜加橡膠按鍵方式加以改進(jìn)，以提高鍵盤(pán)使用壽命。

　　2．6電源模塊。在原電源穩(wěn)壓器的基礎(chǔ)上加裝過(guò)壓過(guò)流保護(hù)裝置，增加電壓電流的檢測(cè)裝置，提高讀寫(xiě)器的可靠性。

　　2．7安全模塊。置于讀寫(xiě)器內(nèi)部含安全模塊，包含有通信接口、SAM卡驅(qū)動(dòng)和操作系統(tǒng)等。為提高讀寫(xiě)器的運(yùn)算速度，將對(duì)SAM卡接口的通信速率進(jìn)行調(diào)整， 由原來(lái)的9600bps提升到38400bps。

　　3軟件設(shè)計(jì)

　　3．1操作系統(tǒng)。對(duì)讀寫(xiě)器的核心系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，采用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，支持標(biāo)準(zhǔn)漢字庫(kù)、輸入法、SAM卡操作系統(tǒng)系統(tǒng)等軟件模塊。

　　3．2驅(qū)動(dòng)程序。對(duì)原有驅(qū)動(dòng)程序作出改寫(xiě)，滿足操作系統(tǒng)多任務(wù)的需要，根據(jù)硬件設(shè)備的變化可方便地進(jìn)行軟件裁剪。

　　3．3 文件系統(tǒng)的建立和實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)有的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)為512K的NOR FLASH，其中后256K的容量用作字庫(kù)的存儲(chǔ)。因此只有256K容量用來(lái)記錄平時(shí)的操作數(shù)據(jù)。而且此FLASH一共有128塊(每塊可以獨(dú)立擦除)，每塊容量為4K。存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)如圖2所示：FLASH存儲(chǔ)器的特點(diǎn)是可以將數(shù)據(jù)從1寫(xiě)成0，但是要從0改變?yōu)?則必須執(zhí)行塊擦除才行，而且一塊FLAsH的擦除次數(shù)是有限的最多10萬(wàn)次。原來(lái)使用的存儲(chǔ)方式是不管寫(xiě)人多少的字節(jié)都先將此塊數(shù)據(jù)備份到最后一塊(第63塊)，然后通過(guò)擦除指令，擦除這一塊的信息，再將改寫(xiě)的數(shù)據(jù)寫(xiě)入到當(dāng)前塊上。這樣操作使每寫(xiě)人一個(gè)數(shù)據(jù)就要擦除一塊，特別是最后一塊備份區(qū)很容易由于過(guò)多地擦除而減少其使用壽命。還有一個(gè)弊端就是每次存儲(chǔ)都要對(duì)4K數(shù)據(jù)作整體的讀寫(xiě)操作，使記錄存儲(chǔ)操作的時(shí)間變得很長(zhǎng)。由于以上原因，對(duì)于記錄的存儲(chǔ)需要建立一個(gè)文件系統(tǒng)來(lái)統(tǒng)一管理。并且由于此FLASH所能提供的存儲(chǔ)空間有限，因此只作靜態(tài)的文件結(jié)構(gòu)，而不是動(dòng)態(tài)鏈接表的方式。作為靜態(tài)文件系統(tǒng)，通過(guò)宏定義的方式確定每種記錄的類(lèi)型和給這種記錄開(kāi)辟的存儲(chǔ)空間。由于系統(tǒng)需要記錄一些如記錄數(shù)量或是開(kāi)機(jī)啟動(dòng)設(shè)置之類(lèi)的數(shù)據(jù)，因此將系統(tǒng)文件獨(dú)立存放在0塊和1塊這兩個(gè)塊中，并且這兩個(gè)塊作為相互備份。其他的塊用作存儲(chǔ)5種不同類(lèi)型的記錄結(jié)構(gòu)。宏定義如下：

　　#define BLOCK_ SYS 0 ／／系統(tǒng)文件起始?jí)K號(hào)
　　#define BLOCK_SYS_ BCK 1 ∥系統(tǒng)文件結(jié)束塊號(hào)
　　—————一記錄文件區(qū)— — 一
　　#define BLOCK STR RECORDO 2 ／／人廠記錄

　　記錄文件存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

　　因?yàn)槊繅K存儲(chǔ)空間大小為4096個(gè)字節(jié)，所以將前96個(gè)字節(jié)用作文件的表頭，來(lái)標(biāo)示這個(gè)塊是用來(lái)存儲(chǔ)什么類(lèi)型的文件(系統(tǒng)文件或記錄文件)，然后文件系統(tǒng)會(huì)根據(jù)表頭中的文件大小和文件存儲(chǔ)的數(shù)量，計(jì)算出空的存儲(chǔ)位置用來(lái)存放新的記錄或是更新了的系統(tǒng)文件。

　　文件的表頭結(jié)構(gòu)體如下：

　　其中free_FileList數(shù)組是用來(lái)按位存放當(dāng)前記錄的存放狀態(tài)，1表示空位置，0表示已經(jīng)存放了記錄。例如：該塊已經(jīng)存放了3條記錄，則free_FileList[0]為Oxf8；存放了4條則為0xf0，依次類(lèi)推。

　　由文件表頭構(gòu)成的塊存儲(chǔ)空間結(jié)構(gòu)如圖4所示：