基于CortexM3及RFID技术的RFID阅读器设计发明.docx

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基于CortexM3及RFID技术的RFID阅读器设计发明

说明书摘要

本发明涉及一种新的智能RFID阅读器的设计，该阅读器的设计主要功能在于对射频标签的信息采集和上位机通信。

该阅读器设计采用无线通讯方式，因此该智能RFID阅读器的硬件组成包括：

控制器模块，射频读写模块、键盘输入模块、LCD显示模块、报警提示模块、存储器扩展模块和无线通讯模块。

本设计方案主芯片采用意法半导体（ST）公司的STM32系列微处理器。

STM32系列32位闪存微控制器使用来自ARM公司具有突破性的Cortex-M3内核，该内核是专门设计与满足集高性能、低功耗、实时应用、具有竞争性价格于一体的嵌入式领域的要求。

基于Cortex-M3微处理器，能对一定区域内频率为915MHz的超高频标签进行读写，携带方便，采用触摸屏作为人机界面，操作方便。

Cortex-M3是一种基于ARMv7-M架构的最新ARM嵌入式内核，它采用哈佛结构，使用分离的指令和数据总线，哈佛结构在物理上更为复杂，但是处理速度明显加快，可以有效地解决RFID的碰撞问题，方便的读写RFID标签。

发明人：

摘要附图

权利要求书

1、一种智能RFID阅读器的设计，其功能主要包括：

（1）采用无线射频技术解决图信息的识别、存储和保密等问题。

无线射频技术是非接触式技术，读取方便快捷、识别速度快、穿透性强、数据容量大、使用寿命长、标签数据可动态改变、安全性好、动态实时通信、形状多样化。

（2）采用先进的Cortex-M3微处理器完成智能RFID阅读器显示、键盘输入、音频报警等功能模块的设计。

（3）设计无线通讯模块，实现智能RFID阅读器和上位机的通信。

（4）在智能RFID阅读器射频模块的硬件部分的小功率的射频读写电路的设计中，通过增加功率放大电路来增大智能RFID阅读器与标签的识别距离和与上位机的通讯距离。

2、根据权利要求1所述的智能RFID阅读器的设计，其特征在于采用模块化设计、主芯片采用意法半导体（ST）公司的STM32系列微处理器，来解决解决现有阅读器存在的处理速度慢、没有模块化设计的不足，其特征在于设计的具体步骤为：

（a）使用先进的无线射频技术，使用寿命长，读取距离大，标签上数据可以加密，存储数据容量更大，可以自由更改存储信息。

（b）采用先进的防冲突算法，具有强大的标签检测功能，解决了读写器碰撞问题。

在时间上分配频率到射频识别标签阅读器，使它们之间的干扰最小化。

（c）采用Cortex-M3微处理器，单周期Flash存储，速度高达50MHz，低功耗设计，输出功率可调，性能稳定、抗干扰能力强。

（d）智能RFID阅读器与上位机进行无线通讯，使系统更加自由、灵活。

（e）芯片成本低，操作简单，可操作性加强，便于大规模推广。

说明书

一种新的智能RFID阅读器的设计

技术领域

本发明涉及一种新的智能RFID阅读器的设计，可用于RFID标签的快速读写。

背景技术

随着大规模集成电路、网络通信、信息安全等技术的发展，RFID技术进入商业化应用阶段。

由于具有高速移动物体识别、多目标识别和非接触识别等特点，RFID技术显示出巨大的发展潜力与应用空间，被认为是21世纪的最有发展前途的信息技术之一。

射频识别技术不仅在物流管理、公共交通管理、工业生产等多个领域得到了应用，而且逐渐走进了我们的生活，本便携式读写器不仅可以应用与工厂设备管理、各收费站、交通管理，帮助提高工作效率，还可以应用于图书馆、旅游景点和博物馆等地方，为人们生活提供便利，让人们实实在在的感受到射频识别技术为我们生活带来的好处。

基于无线射频技术的研究和应用，主要是条形码技术的落后，而RFID标签无须人工操作，通过阅读感应可以自动向阅读器发送所包含资料的信息，从而实现信息处理的自动化。

RFID可以自动识读标签内容，高度集成数据，因而可以记载更多关于物品的信息。

在当今物联网突飞猛进的时代，设计一种快速识别RFID标签的阅读器成为必然。

发明内容

本发明的技术解决问题是：

克服现有技术的不足，提供一种新的智能RFID阅读器的设计方案和实施方法，该方法可克服现有阅读器处理速度慢、没有模块化设计以及不能有效、快速定位RFID标签等方面不足。

本发明的技术解决方案为：

一种新的智能RFID阅读器的设计方案和实施方法，其各模块设计在于下列步骤：

（1）智能RFID阅读器系统的组成

该系统主要由RFID标签（TAG）、智能RFID、上位机三部分组成。

射频标签和智能RFID阅读器之间通过无线电波来实现非接触式通讯。

该智能RFID阅读器系统流程图如1所示。

（2）智能RFID阅读器各模块设计

该智能RFID阅读器的硬件组成包括：

控制器模块，射频读写模块、键盘输入模块、LCD显示模块、报警提示模块、存储器扩展模块和无线通讯模块。

其组成部分如图2所示。

（a）控制模块部分

该智能RFID阅读器的主控芯片采用意法半导体（ST）公司的STM系列微处理器。

STM32系列32位闪存微控制器使用来自ARM公司具有突破性的Cortex-M3内核，该内核是专门设计与满足集高性能、低功耗、实时应用、具有竞争性价格于一体的嵌入式领域的要求。

其CPU原理图如图3所示。

（b）射频读写模块部分

无线通信模块通过设置波于433MHz段，避开读写器915MHz的干扰。

可直接与主芯片连接。

其原理图如图4所示。

（c）LCD显示模块部分

LCD显示模块将系统的相关信息显示出来，比如标签信息、系统菜单、系统时间、联网情况、系统运行状态、提示信息、帮助等。

其原理图如图5所示

（d）键盘输入模块部分

键盘输入模块实现RFID阅读器相关数据的输入，控制阅读器的工作，是人机交互的主要方式。

其原理图如图6所示

（e）报警提示模块部分

报警提示模块主要用于系统出现故障、出现错误状态报警提示等。

其原理图如图7所示

（f）存储器扩展模块部分

存储器扩展模块部分，是阅读器保存用户数据的重要模块，用以存储大量的RFID标签信息，当数据采集后通过无线通讯模块传输到主机做进一步数据处理。

（g）无线通讯模块部分

无线通讯模块将用于阅读器和上位机的通信。

（3）智能RFID阅读器软件模块设计

（a）智能RFID阅读器工作流程图

当成功采集到射频标签的信息后，应用程序将标签信息（包括标签ID、标签状态等），通过LCD显示给用户，并将标签ID通过无线数据传输模块发送到数据库服务器，数据库服务器检索到该ID对应的详细信息后，又通过无线数据传输模块将详细信息回传给读写器，最后在LCD上显示出来。

其流程图如图8所示

（b）无线数据传输模块流程图

为了保证数据传输速度与数据的正确性,可以将数据分块传输。

在数据传输时,根据数据流的特点,在分块的数据中添加块校验,这样可以及时的发现错误,并反馈错误信息。

读写器接收到分块的数据并计算校验后,将数据存放在读写器中，并判断数据是否接收完毕。

为了提高读写器工作效率，可以将校验过的数据即时显示，而不必等到数据全部接收完毕。

（c）触摸屏驱动模块流程图

根据触摸屏控制芯片ADS7843结构搭好芯片的外部电路，ADS7843有差分和单端两种工作模式。

相比较于单端模式，差分模式有着很多优势：

第一，能够在不扩展转换器获取时间的条件下用很长的设置时间处理触摸屏，即触摸屏电压可以有足够的时间稳定下来。

第二，ADS7843通过快速时钟可以进入低功耗模式，从而可以节约电池能量。

因而选用差分工作模式。

。

（d）数据编码与调制模块设计

在RFID多电子标签识别环境中，标签间冲突是影响RFID系统标签阅读速度的一个重要因素。

Gen-2标准采用了基于概率，分槽防冲突算法。

其流程图如图9所示

附图说明

图1RFID阅读器系统组成示意图

图2RFID阅读器各模块方框图

图3系统所采用的CPU方框图

图4射频读写模块部分与主控芯片原理图

图5LCD显示模块部分

图6键盘输入模块部分

图7报警提示模块部分

图8RFID阅读器工作流图

图9数据编码与调制

具体实施方式

本发明的具体实施方法如下：

1首先进行总体设计，然后按功能进行分模块设计，确定每个模块所用的核心器件。

2设计每个模块原理图及器件的设计参数。

3进行每个模块电路设计、制版和平台系统软件编程。

4平台系统调试和性能测试。

说明书附图

图1RFID阅读器系统组成示意图

图2RFID阅读器各模块方框图

图3系统所采用的CPU方框图

图4射频读写模块部分与主控芯片原理图

图5LCD显示模块部分

图6键盘输入模块部分

图7报警提示模块部分

图8RFID阅读器工作流图

图9数据编码与调制