基于AS3910的高頻讀寫器設(shè)計(jì)*

胡林亞，鄒傳云，張剛建

（西南科技大學(xué) 信息工程學(xué)院，四川 綿陽(yáng) 621010）

0 引言

射頻識(shí)別(RFID)是一種基于無(wú)線通信的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，簡(jiǎn)單的來講就是可以不通過物體間接觸，通過線圈的耦合或者雷達(dá)的原理，來自動(dòng)識(shí)別的電子標(biāo)簽所攜帶的信息[1-2]。典型的射頻識(shí)別系統(tǒng)由讀寫器、標(biāo)簽和一個(gè)接收、處理讀寫器從電子標(biāo)簽收集的信息的后臺(tái)服務(wù)器組成。市場(chǎng)上現(xiàn)有的讀寫器一般只支持一種協(xié)議。本設(shè)計(jì)使用最新的射頻芯片，實(shí)現(xiàn)了支持多種協(xié)議功能的 RFID 讀寫器。該讀寫器易于擴(kuò)展，可根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)各種功能。

1 讀寫器電路的設(shè)計(jì)

1.1 芯片的選型

閱讀器電路主要由控制模塊、射頻模塊、電源模塊、USB通信模塊4部分構(gòu)成?？刂颇K選用PIC24FJ系列的微控制器PIC24FJ64GA002。PIC24FJ系列是MICROCHIP公司生產(chǎn)的16位單片機(jī)，采用改進(jìn)的哈佛架構(gòu)，最高運(yùn)行速度可達(dá) 16 MI/S （@ 32 MHz），工作電壓低，是為小型嵌入式系統(tǒng)而專門量身定做的一款性價(jià)比很高的微控制器[3]。射頻芯片選用AS3910[4]。 AS3910是奧地利微電子公司生產(chǎn)的一款高頻RFID芯片，芯片自身支持14443A、B的編碼和解碼格式，同時(shí)也給用戶提供透明的Analog Front End模式。芯片可以進(jìn)行調(diào)制深度可調(diào)節(jié)的AM調(diào)制和PM調(diào)制，所以，在透明模式下，芯片幾乎可以做高頻頻段的任何一種RFID協(xié)議。芯片帶片內(nèi)放大器，可以在低電壓的情況下輸出很大功率。電源芯片選用LM1117，USB轉(zhuǎn)串口芯片選用CH341A。

1.2 讀寫器電路的設(shè)計(jì)

文中設(shè)計(jì)的讀寫器的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示[5]。

圖1 讀寫器的硬件框

文中設(shè)計(jì)的閱讀器采用USB供電，所以USB轉(zhuǎn)串口與電源模塊放在一起，原理圖如圖2所示。LM1117是一個(gè)低壓差電壓調(diào)節(jié)器系列，通過2個(gè)外部電阻可實(shí)現(xiàn)1.25～13.8 V輸出電壓范圍。另外還有5個(gè)固定電壓輸出（1.8 V、2.5 V、2.85 V、3.3 V和5 V）的型號(hào)，文中選用輸出電壓為3.3 V的型號(hào)；CH341A 是一個(gè) USB 總線的轉(zhuǎn)接芯片，通過 USB總線提供異步串口、打印口、并口以及常用的 2 線和 4 線等同步串行接口，文中使用它的USB轉(zhuǎn)異步串口的功能。

控制模塊原理圖如圖3所示，其中J4是單片機(jī)燒錄口，單片機(jī)的工作電壓為3.3 V。

射頻模塊與天線匹配模塊原理圖分別如圖4和圖5所示，其中13-20管腳外接電容的作用是配合芯片本身的天線自動(dòng)調(diào)諧功能。

圖2 USB轉(zhuǎn)串口與電源模塊的原理

圖3 控制模塊的原理

圖4 射頻模塊原理

圖5 天線匹配模塊原理

2 軟件的設(shè)計(jì)

RFID 讀寫器軟件設(shè)計(jì)的總體思路是[6]：系統(tǒng)上電后，微控制器PIC24首先進(jìn)行初始化，包括晶振在內(nèi)的內(nèi)部資源設(shè)置和外圍接口電路設(shè)置，然后通過SPI接口與射頻芯片 AS3910進(jìn)行通信，并根據(jù)事先設(shè)定的程序?qū)?AS3910的寄存器進(jìn)行讀寫操作[7]，實(shí)現(xiàn)對(duì)芯片的配置、工作情況的監(jiān)測(cè)、工作狀態(tài)的設(shè)置，以及發(fā)送操作命令要求 AS3910執(zhí)行相應(yīng)的操作（如尋卡、選卡、讀卡、寫卡等），使其與射頻標(biāo)簽進(jìn)行射頻通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)標(biāo)簽的讀寫操作。由于讀寫器對(duì)ISO15693協(xié)議采用的是軟件模擬協(xié)議結(jié)構(gòu)，所以所有在該協(xié)議下的數(shù)據(jù)幀都是由單片機(jī)組裝后通過SPI接口發(fā)送給射頻芯片進(jìn)行發(fā)送的，軟件流程圖如圖6[8]所示。

圖6 軟件流程

3 讀寫器的測(cè)試

分別用復(fù)旦的RF08非接觸式卡和NXP（恩智浦）的Icode-2的非接觸式卡對(duì)讀寫器進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖7所示。

圖7 測(cè)試結(jié)果

由測(cè)試結(jié)果圖可以看出讀寫器可以正常讀寫復(fù)旦的RF08卡(ISO14443）和NXP的Icode2卡(ISO15693)。

4 結(jié)語(yǔ)

在AS3910自身功能的基礎(chǔ)上，根據(jù)現(xiàn)在實(shí)際使用情況，設(shè)計(jì)出一款支持多協(xié)議的高頻讀寫器，該讀寫器價(jià)格適中，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用印制天線，最后進(jìn)行了實(shí)際的測(cè)試，可以正常讀寫ISO15693和ISO14443，滿足使用要求。目前該讀寫器的主要缺點(diǎn)在支持多協(xié)議的情況下讀卡距離會(huì)受到影響，下一步工作重點(diǎn)是在兼顧各個(gè)協(xié)議的情況下提高讀寫距離。

[1] 羅春彬,彭龑,易彬. RFID 技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用綜述[J].通信技術(shù),2009,42(12):112-114.

[2] 孫鵬,王耀輝, 陳超. 物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)與應(yīng)用場(chǎng)景[J].通信技術(shù),2011,43(05):100-102.

[3] Microchip Technology Inc.PIC24FJ64GA002 datasheet[DB/OL].http://www.microchip.com/downloads/en/D eviceDoc/39881D.pdf,2012-1-10.

[4] Austriamicrosystems.AS3910 datasheet [DB/OL].http://www.austriamicrosystems.com/chi/acceptpo licy/ AS3910_Datasheet_v2-3D.pdf,2012-2-24.

[5] 張挺,熊璋,王劍昆.一個(gè)面向低功耗設(shè)計(jì)的RFID系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)[J].小型微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng),2006(11):2090-2093.

[6] 李淑琴,陳林,范蟠果.射頻識(shí)別非接觸式IC卡讀卡器的設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制, 2007, 15(03):378-380.

[7] 祝勝林,楊波,張明武. RFID協(xié)議及其安全性研究[J].信息安全與通信保密,2007(08):168-170.

[8] 郭紅芳.校園一卡通系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].信息安全與通信保密,2011(07):66-69.