基于13.56MHz射频数据传输硬件系统设计

　　13.56MHz在射频领域广泛应用于电子防盗，物流仓储，无接触识别卡中目前国际上已经形成了许多关于次频段应用的规范， 国际标准有lSO 14443 (产品MIFARE，LEGIC)，ISO15693(产品Tag—It，I-Code,···)，ISO 18000—3物品管理等。由于物品种类繁多，人员有限，从而导致效率比较低。为了解决这个问题，本文从实际情况出发分析了管理流程，利用射频识别技术，提出了仓储信息化管理方案。通过对输入输出各点的设立记录点，以单片机为数据采集控制器，然后通过现在总线实现数据的到上位机的通讯。

　　该系统采用无源电子标签；无源RFID标签本身不带电池，依靠读卡器发送的电磁能量工作。由于它结构简单、经济实用，因而获得广泛的应用。

　　1 射频系统数据前端处理系统

　　整个系统的数据处理过程主要分为数据的采集存储(解读器)和数据传输两大部分。由于服装仓储的存货量比较巨大，流动量频繁，并需及时地把数据传输到上位机。所以要求处理器存取容量大，具有可读写性，这里采用了单片机作为底层数据控制器，有效的实现了数据的存储及传输，满足了现场的需要。解读器是数据采集的核心部分，解读器通过接收标签发出的无线电波接收读取数据。最常见的是被动射频系统，当解读器遇见RFID标签时，发出电磁波，周围形成电磁场，标签从电磁场中获得能量激活标签中的微芯片电路，芯片转换电磁波，然后发送给解读器，解读器把它转换成相关数据。控制计算器就可以处理这些数据从而进行管理控制。在主动射频系统中，标签中装有电池在有效范围内活动。该系统采用的是无缘标签，属于被动射频系统。

　　图1为该系统读写器的信号转换流程图，接收由于仓储环境比较复杂，干扰源比较多，因此设计系统的接收电路时，加强了电路的抗干扰能力设计，采用的元件和集成芯片都具有一定的抑制噪声，抗干扰电路。

图1 信号转换流程图

图2 信号解调电路

　　信号解调电路：如图2接收到的模拟标签信号整形放大后转化为三路数字信号送到读写器。其中信号分离环节高频模拟锁相环NE564，此电路现在广泛应用于高速数字通行系统中FM 解凋信号及FSK移频键控信号的调制，解调，无需外接复杂的滤波电容。并且具有强的抗干扰能力，作为信号处理的前端核心部分，将标签信复合信号分离为标签信号(f1)，载波信号(f2)。放大整形后送到微控制器去处理。Vi为信号输入断，该系统中为标签复合信号，f1分别为调制后的标签信号，f2为载波信号。

　　处理器模块采用ETC公司生产的STC12C2051单片机作为处理器，该型单片机自带SPI通讯口(主模式／从模式)，通用异步串行通讯口(UART)，标签信号经过数字化处理后作为频率为360kHz的两路数字信号进入CPU，而载波信号经过数字处理之后进入CPU作为信号标签信号到来的辅助判椐。这为整个现场的数据集中网络化管理提供了硬件基础。

图3 处理器模块

　　2 总线设计

　　本文采用了SPI总线通讯技术，实现了各微控制器对上位PC机的数据通讯。单片机与PC机通讯网络图如图4。由于PC机不能直接和SPI进行通讯， 必须使用将SPI总线扩展为RS232标准的串行接El芯片，在这里采用的是GMX814系列串口扩展芯片。

图4 单片机与PC机通讯电路

　　GM814X系列芯片适合于大多数需要多串口扩展的应用场合。它的各子串口具备独立的串口波特率奇偶校验、数据长度、中断屏蔽、红外模式。各子串口还具备独立的8级发送数据FIFO，独立的16级接收数据FIFO，满足高速数据接收，减少数据溢出。主MCU通过SPI总线对GM814X的功能设置寄存器写入相应的编程信息，可实现该芯片的工作模式、各子串口的波特率设置、数据帧长和UART第9位功能设置，不再需要外部引脚，可节省大量IO 资源。主MCU也可以通过SPI总线读取功能设置寄存器内的内容。在3．6864M 晶振下子串口的波特率最高可达到230400bps。SPI接口上的数据收发为16bit的数据长度，其中，高8bit为子串口地址以及其它附加命令和状态信息，低8bit为实际收发的数据。GM814X与MCU的通讯为全双工模式。数据的接收以时钟的上升沿为采样标志，数据的发送以时钟信号的下降沿为移位标志。16bit的数据收发从CS为低时有效，当CS拉高后，结束数据的收发，并对数据进行判断和有效性分析。GM814X从SPI接口上接收MCU发来的16位的数据包括写数据命令位、指定的子串口地址位和实际的发送数据，并写入到数据发送寄存器中，8位的发送数据将从TXD引脚以设定的波特率发送出去。

　　3 结束语

　　该系统具有可裁剪性，只要稍加修改就可以应用目前大型的物流管理领域，且在实际应用中收到了良好的效果，但是在干扰源比较多的环境中，存在不稳定因素，该系统有待完善。