基于STC12C5A60S2单片机的射频读写器的设计与实现

【摘 要】射频识别技术是一种非接触的自动识别技术，射频识别系统一般有三部分组成：电子标签、读写器和天线三部分，其中射频读写器是一种运用射频技术读/写电子标签信息的设备，在射频识别系统中具有十分重要的作用，本文应用STC12C5A60S2系列的单片机设计了一款超高频射频读写器，并应用Keil C语言编写了单片机软件部分的程序。结合软件部分的设计，应用AccessPort软件对读写器进行了调试，得出了调试结果。

【关键词】射频识别；单片机；读写器

射频识别系统通常由电子标签和读写器两部分组成，通常被识别物品的具体信息被存储在电子标签当中，而电子标签一般情况下被放在被识别物品上，通过非接触的方式，射频读写器可以很容易的获取到所存储的信息[1]。读写器可以对接收的电子标签的信息进行调制解码，然后通过计算机和网络，将读出的标签信息进行信息传输和管理[2-3]。STC12C5A60S2系列的单片机具有超强抗干扰能力、可用低频晶振、低功耗、可远程升级、可送STC-ISP下载编程器、内部集成高可靠复位电路等优点[4]，基于上述优点，本文选用STC12C5A60S2系列的STC12LE5A32S2作为射频读写器的主控制器。

1 射频读写器总体设计

射频读写器的硬件组成框图如图1所示。

为了增加读写模块的通用性和可扩展性，在硬件设计时遵循模块化的设计思想。整个读写模块主要由四大部分组成。

1.1 主控MCU

主控单片机主要用于射频读写芯片和RF收发芯片的控制操作。本文选用STC12C5A60S2系列的STC12LE5A32S2做为主控制器。

1.2 射频读卡模块芯片

射频读写芯片，一方面该模块负责接收主控单片机的控制信息，另一方面主要完成与电子标签的通信操作。本文选用 TX125系列非接触IC卡射频读卡模块。

1.3 RF收发模块

RF收发模块的作用是为数据包处理、数据换冲、突发数据传书、清洗信道评估、连接质量指示和电磁波技法等一系列工作提供广泛的硬件支持。本文选用CC1100做为RF收发模块的主控芯片。

1.4 RS232接口模块

本设计选用RS232异步通讯接口。台式电脑上一般都有这种接口配置，这种配置做为台式电脑的基本配置而存在。综上所述，射频读写器的总体结构框图如图1所示。

图1 射频读写器硬件组成框图

2 射频读卡器各个模块设计

2.1 STC12LE5A32S2应用线路图

晶振电路：如果是外部时钟频率在33MHz以上的情况，这时就直接可以使用外部有源晶振，反之则使用R/C振荡器时钟（室温情况下5V单片机为：11MHz～15.5MHz，3V单片机为8MHz～12MHz），XTAL1和XTAL2脚浮空；在外部时钟频率在27MHz以上的情况下，使用标称频率就是基本频率的晶体，但不要使用三泛音的晶体，否则如参数搭配不当，就有有可能会出现振在基频的情况发生，在此状态下实际频率就只有标称频率的1/3了，也可以直接使用外部有源晶振（时钟从XTAL1脚输入，XTAL2脚必须浮空）。

2.2 射频读卡模块TX125

非接触IC卡射频读卡模块TX125系列采用的是125K的射频基站。当有射频卡靠近模块的情况发生时，模块会以韦根或UART方式输出ID卡卡号，用户仅需简单的读取即可，如果是在在串口方式下，该模块可工作在主动与被动的模式两种模式之下[5]。该读卡模块完全支持EM、TEMIC、TK及其兼容卡片的操作，TX125系列非接触IC卡射频读卡模块实物图如图2所示。

图2 TX125系列非接触IC卡射频读卡模块实物图

TX125支持韦根接口和串口两种协议，本设计选用韦根接口。TX125韦根接实物图如图3所示。

图3 韦根接口实物图

2.3 RF收发模块CC1100

论文里选择射频收发器CC1100芯片作为RF收发模块，这是ChiPCon公司生产的一种收发器CC1100芯片。该芯片优点有：不需要大量的外部器件，所以集成度很高；选SPI接口作为其数据接口，拥有高达500kbps的传输速率；CRC（循环冗余码校验）和自动处理数据头；功耗特别低，其工作电压仅为1.9-3.6V；工作的频道依次是4335MHz、8685MHz和915MHz，每个频道之间的转换时间低于650s；点对点传输模式和广播传输模式均可以[6]。

2.4 射频读写器工作流程

射频读卡器作为一个系统，不仅包括硬件部分，还包括有软件部分。对于本设计，有许多接口需要软件的支持，软件程序应用Keil C语言进行编写。主控MCU工作流程如下：

1）初始化接收缓冲区；

2）检查TX125连接超时次数不得大于10次，否则重新发送电子标签数据；

3）当电子标签经过后，将电子标签内的数据发送到接收缓冲区并启动定时器；

4）检查CC1100连接超时次数不得大于10次，否则重新发送电子标签数据；

5）对接收到的数据进行检查，若收到的数据为10字节则检查它的正确性，反之则重新发送数据；

6）检查读写器是否存在故障；

7）清空接收缓冲区。

3 射频读写器调试结果

图4 调试参数设置

调试软件AccessPort是一款集端口调试、拦截数据等多功能为一体的串口调试工具，他具有简单、易用、功能强大等优点。实验中的硬件配置：CPU 3.0GHz，2G的内存，160G的硬盘。

调试参数设置如图4所示。

当标签经过时，读卡器能很迅速的读出电子标签的信息，并且显示正确，表明了读卡器良好的阅读性和可用性。调试结果如图5所示。

图5 调试结果

调试结果表明：该读卡器读卡距离稳定、穿透性较强、具有严格的方向性和稳定性、适用于露天环境、维护方便。用STC12LE5A32S2作为主控MCU的读卡器读写速度快，读写信息正确，具有一定的抗干扰性，能在恶劣的环境下对电子标签信息进行阅读，并且操作方便，可以直接下载程序，在调试工作中该性能给予了很大的便利性。

【参考文献】

[1]王圣礼.超高频射频识别（RFID）阅读器的设计与实现[D].杭州：浙江大学，2008：15-19.

[2]John R. Tuttle.Traditional and emerging technologies and applications in the radio frequency identification industry[J].IEEE Radio Frequency Integrated Circuits Sysmposium，2004，32（5）：9-15.

[3]Matthew M， Radmanesh. Radio frequency and microwave electronics illustrate[J].Publishing House of Electronics Industry，2002（3）：467-470.

[4]左安友，刘延平，黄勇.基于STC12C5A60S2单片机的楼宇平面结构显示系统设计[J].湖北民族学报：自然科学版，2011，12（04）：13-19.

[5]佚名.TX125系列读写模块[OL].东莞：同欣智能，2011/03/07：2-17.

[6]刘洋，吴杨，李泽健.基于CC1100的新型无线投票表决器设计与实现[J].现代电子技术，2010，9（2）：3-12.