嵌入式系統的RFID讀卡器和無源標簽設計
2.1.2 讀卡器射頻電路設計
本文設計的RFID讀卡器使用意法公司的CR95HF射頻芯片。CR95HF是具有SPI和UART串行接入的多協議非接觸13.56 MHz射頻芯片,支持ISO/IEC14443 A和B、ISO/IEC 15693以及ISO/IEC 18092等協議,能管理讀卡器模式的幀編碼和譯碼,可以廣泛應用于RFID等近場通信。以CR95HF作為射頻芯片,支持高頻頻段的無源RFID,可以與本文所設計的基于M24LR64的新型大容量標簽進行無線通信。CR95HF電路原理圖如圖2所示。本文引用地址:http://www.j9360.com/article/201610/306023.htm
本設計中的CR95HF使用串口方式與STM32F103VET6微處理器通信,CR95HF提供與串口標準兼容的通信接口(14和12引腳),可與微處理器進行雙向通信。CR95HF射頻芯片供電電壓為3.3V,可以使用STM32F103VET6所用電壓。同時,電容C1、C2、C3用來去耦,減少干擾。RX1、TX1、RX2、TX2引腳用來連接匹配電路和天線。CR95HF工作在高頻頻段,在天線設計上,通過匹配電路電容和電阻值的選取,得到匹配電路的等效電容,由于會和天線電感組成頻率為13.56 MHz LC振蕩回路,因而可以計算出所需的天線電感,從而得到天線參數,進行匹配設計。
2.1.3 數據通信部分的設計
本文設計的RFID讀卡器通過使用STM32F103VET6芯片內部集成的標準USB接口與PC上位機實現有線通信。USB接口支持設備的即插即用和熱插拔功能,從而可以方便地實現讀卡器設備的移動。同時,USB2.0高速總線傳輸速率可達480 Mbps,可以快速地將讀卡器與PC上位機進行數據交換。由于本文所設計標簽具有容量較大等特點,因而讀卡器需要能夠快速地將讀取到標簽內的大容量數據傳輸給上位機,而USB總線傳輸速率極高的優點使得本讀卡器可以滿足實時需求。
2.2 基于M24LR64的大容量無源RFID標簽設計
2.2.1 大容量RFID標簽電路設計
M24LR64是意法半導體公司推出的一款新型無線存儲器芯片,其內部具有口令保護的64 Kb EEPROM,支持工作頻率為13.56 MHz,符合ISO/IEC 15693協議標準的無線通信接口數據,傳輸頻率為400kHz,符合I2C串行總線標準的有線通信接口。其工作電壓為1.8~5.5 V,在I2C總線接口模式下,芯片工作電源由VCC引腳提供,存儲器結構為8 192×8位;在無線射頻接口模式下,以接收到的射頻載波信號為工作電能,存儲器結構為2 048×32位。M24LR64引腳配置圖如圖3所示。
由于該芯片價格比較昂貴,應根據不同的需求選擇標簽存儲容量;根據項目需要,本文設計了采用3個M24LR64芯片的標簽,即實現了24 KB的大存儲容量標簽。另外對三個芯片采用并聯方式,從而實現三個芯片共用一條I2C總線和一根天線,減少標簽的成本和功耗。
設計中,通過讓3個M24LR64的E1、E0引腳依次賦值00、01、10來區分是第幾個M24LR64存儲器。SCL、SDA為引出的I2C總線接口。同理,當標簽采用RFID讀卡器對標簽進行無線數據讀寫時,根據3個M24LR64引腳E1、E0的不同來區分和選擇所需的M24LR64。其中,AC0和AC1是存儲器天線的收發端,將其并聯實現了共用一個天線。標簽電路原理示意圖如圖4所示。
2.2.2 天線研究與設計
M24LR64在進行無線方式的信息讀寫時,采用頻率為13.56 MHz的高頻(HF)載波進行通信。通過電磁耦合,標簽利用外部電感天線從嵌入式RFID讀卡器的電磁場中獲取所需電能。M24LR64等效電路和天線等效電路圖如圖5所示。其中,Ctun是M24LR64的內部調諧電容,其值為28.5 pF,并聯電阻Rchip以模擬芯片的電流消耗;天線是一條導線,Rant表示等效電阻,Lant表示天線電感,Cant表示天線寄生電容。
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