基于tr1000的915 mhz射频读卡器设计

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1、摘要:以ATMEL公司的ATmega16单片机设计RFID读卡器的主控模块，以RFM公司的TR1000芯片设计射频发射和接收模块，按照频段和相关协议设计了与读写模块相配套的天线，给出了读卡器关键部分ATmega16与TR1000的接口电路原理，同时根据ISO18000-TypeB标准给出了RFID读写器控制协议的软件设计总体流程。　　关键词:射频识别；读卡器；射频标签；ISO/IEC18000-6TypeB 　　近几年来，无线射频识别技术越来越受各国重视，工作于125kHz和13.56MHz等较低频段的射频识别技术已经比较成熟。随着国内外在供应链管理、集装箱、工业、科研和医药等行业上对

2、3m以上射频识别技术的需求,国内外已经把研究的热点转向超高频段和微波频段。高频远距离非接触IC卡读写系统由于技术难度大、成本高、标准不统一等因素，在我国一般只应用在高速公路收费、重要部门的身份识别等高要求的场合。在今后几年物流网的发展中，我国将是最大的EPC（ElectornicProductCode)用户，而基于高频远距离非接触IC卡技术恰恰是EPC技术的核心技术。为此，本文对915MHz射频读卡器的控制、射频接口、读卡天线、读写系统数据通信等部分进行了研究。1主要硬件电路设计　　系统主要由MCU电路模块、基于TR1000的基站模块、天线模块、串行通信模块、LED状态显示和报警电路所

3、构成，其结构如图1所示。 1.1MCU模块　　单片机选用ATMEL公司的ATmega16。它是一种基于增强RISC结构、低功耗、CMOS技术、8位控制器的高性能芯片。具有16 KBFlash、512BEEPROM、1KBSRAM的强大存储功能，支持在线编程ISP，具有看门狗和JTAG接口等。MCU单元的复位电路选用X5045芯片，它带SPI接口的内部Flash，能读写该配置信息与模块ID。单片机的引脚作用及简单的外围电路如图2所示。其中,ATmega16的3、4、16、17引脚控制射频芯片的接收、发送、睡眠工作模式。 　　当SECTRL1、SECTRL0都为“0”时，射频发射模块休眠；

4、当SECTRL1为“1”、SECTRL0为“0”时，射频发射模块处于OOK发射状态；当RECTRL1、RECTRL0都为“0”时，射频模块休眠；当RECTRL1为“1”、RECTRL0为“0”时，射频模块处于ASK接收模块。引脚14、15为ATmega16基带数据的输出与输入引脚，是射频模块和主控模块的通道。另外，ATmega16没有ALE、WR、RD口，但可分别选用PD4、PC6、PC7口模拟。1.2基站模块　　射频收发的核心芯片采用RFM公司的OOK/ASK通用无线射频收发器芯片TR1000，其主要特点是：具有OOK和ASK两种调制解调方式；具有调制发送和接收解调功能；中心工作频率

5、约为916.5 MHz；具有最高可达115.2kb/s的基带速率；工作电压一般约为3V左右；工作温度范围在：-40℃～-85℃。1.2.1OOK射频发射模块　　由于ISO/IEC18000-6TypeB协议规定读卡器到射频标签端的射频调制方式为99%的ASK(振幅键控)调制，在这里将其作为OOK(通断键控)调制。当引脚SECTRL1为“1”、SECTRL0为“0”时处于工作状态，其电路如图3所示。另外，为提高读卡器的输出功率需采用芯片设计功率放大电路。1.2.2射频接收模块　　ISO/IEC18000-6TypeB协议规定了从卡片到读卡器的信号采用反向散射调制。而从调制波形来看其仍与A

6、SK调制波形相类似。因此,在这里将TR1000的SECTRL1和SECTRL0引脚设置为高电平，而RXDATA作为基带数据输出引脚，其电路如图4所示。 1．3天线模块　　非接触IC卡与读卡器之间的通信是按照一定通信协议通过天线系统由电磁波传输完成。本系统是远距离系统，是在微波范围内利用反向散射技术进行工作，其模式与雷达有些类似。因此，天线设计的理论依据：参照雷达的原理，由读卡器产生的高频信号从读卡器天线以一定的方向辐射到空间，在辐射范围内的射频标签接收到的功率密度S为: 　　由于天线的有效接收面积为：　　　　最后得出读卡器天线接收的功率为：　　　　由式(1)～(5)可知，要想增大读卡距

7、离，除了提高读卡器的发射功率以外，还要适当提高天线的接收面积和增益。因为本系统的射频频率为915MHz,其波长约为328mm,本系统采用微带技术的圆极化天线,按照915MHz矩形微带天线的技术指标，在设计过程中考虑到天线的频带、工作频率、工作环境等原因，馈电部分采用了3dB双分支微带定向耦合器结构,用空气作为填充介质,用铝板制造微带底板,天线的辐射部分为一块正方形铜板,分别从各边中点馈电，其他关键部分采用铜板。1．4通信模块　　为了使所设计的读