基于AS3910的高頻讀寫器設計*

胡林亞，鄒傳云，張剛建

（西南科技大學 信息工程學院，四川 綿陽 621010）

0 引言

射頻識別(RFID)是一種基于無線通信的自動識別技術，簡單的來講就是可以不通過物體間接觸，通過線圈的耦合或者雷達的原理，來自動識別的電子標簽所攜帶的信息[1-2]。典型的射頻識別系統由讀寫器、標簽和一個接收、處理讀寫器從電子標簽收集的信息的后臺服務器組成。市場上現有的讀寫器一般只支持一種協議。本設計使用最新的射頻芯片，實現了支持多種協議功能的 RFID 讀寫器。該讀寫器易于擴展，可根據需要實現各種功能。

1 讀寫器電路的設計

1.1 芯片的選型

閱讀器電路主要由控制模塊、射頻模塊、電源模塊、USB通信模塊4部分構成。控制模塊選用PIC24FJ系列的微控制器PIC24FJ64GA002。PIC24FJ系列是MICROCHIP公司生產的16位單片機，采用改進的哈佛架構，最高運行速度可達 16 MI/S （@ 32 MHz），工作電壓低，是為小型嵌入式系統而專門量身定做的一款性價比很高的微控制器[3]。射頻芯片選用AS3910[4]。 AS3910是奧地利微電子公司生產的一款高頻RFID芯片，芯片自身支持14443A、B的編碼和解碼格式，同時也給用戶提供透明的Analog Front End模式。芯片可以進行調制深度可調節的AM調制和PM調制，所以，在透明模式下，芯片幾乎可以做高頻頻段的任何一種RFID協議。芯片帶片內放大器，可以在低電壓的情況下輸出很大功率。電源芯片選用LM1117，USB轉串口芯片選用CH341A。

1.2 讀寫器電路的設計

文中設計的讀寫器的硬件結構框圖如圖1所示[5]。

圖1 讀寫器的硬件框

文中設計的閱讀器采用USB供電，所以USB轉串口與電源模塊放在一起，原理圖如圖2所示。LM1117是一個低壓差電壓調節器系列，通過2個外部電阻可實現1.25～13.8 V輸出電壓范圍。另外還有5個固定電壓輸出（1.8 V、2.5 V、2.85 V、3.3 V和5 V）的型號，文中選用輸出電壓為3.3 V的型號；CH341A 是一個 USB 總線的轉接芯片，通過 USB總線提供異步串口、打印口、并口以及常用的 2 線和 4 線等同步串行接口，文中使用它的USB轉異步串口的功能。

控制模塊原理圖如圖3所示，其中J4是單片機燒錄口，單片機的工作電壓為3.3 V。

射頻模塊與天線匹配模塊原理圖分別如圖4和圖5所示，其中13-20管腳外接電容的作用是配合芯片本身的天線自動調諧功能。

圖2 USB轉串口與電源模塊的原理

圖3 控制模塊的原理

圖4 射頻模塊原理

圖5 天線匹配模塊原理

2 軟件的設計

RFID 讀寫器軟件設計的總體思路是[6]：系統上電后，微控制器PIC24首先進行初始化，包括晶振在內的內部資源設置和外圍接口電路設置，然后通過SPI接口與射頻芯片 AS3910進行通信，并根據事先設定的程序對 AS3910的寄存器進行讀寫操作[7]，實現對芯片的配置、工作情況的監測、工作狀態的設置，以及發送操作命令要求 AS3910執行相應的操作（如尋卡、選卡、讀卡、寫卡等），使其與射頻標簽進行射頻通信，實現對標簽的讀寫操作。由于讀寫器對ISO15693協議采用的是軟件模擬協議結構，所以所有在該協議下的數據幀都是由單片機組裝后通過SPI接口發送給射頻芯片進行發送的，軟件流程圖如圖6[8]所示。

圖6 軟件流程

3 讀寫器的測試

分別用復旦的RF08非接觸式卡和NXP（恩智浦）的Icode-2的非接觸式卡對讀寫器進行測試，測試結果如圖7所示。

圖7 測試結果

由測試結果圖可以看出讀寫器可以正常讀寫復旦的RF08卡(ISO14443）和NXP的Icode2卡(ISO15693)。

4 結語

在AS3910自身功能的基礎上，根據現在實際使用情況，設計出一款支持多協議的高頻讀寫器，該讀寫器價格適中，結構簡單，使用印制天線，最后進行了實際的測試，可以正常讀寫ISO15693和ISO14443，滿足使用要求。目前該讀寫器的主要缺點在支持多協議的情況下讀卡距離會受到影響，下一步工作重點是在兼顧各個協議的情況下提高讀寫距離。

[1] 羅春彬,彭龑,易彬. RFID 技術發展與應用綜述[J].通信技術,2009,42(12):112-114.

[2] 孫鵬,王耀輝, 陳超. 物聯網核心技術與應用場景[J].通信技術,2011,43(05):100-102.

[3] Microchip Technology Inc.PIC24FJ64GA002 datasheet[DB/OL].http://www.microchip.com/downloads/en/D eviceDoc/39881D.pdf,2012-1-10.

[4] Austriamicrosystems.AS3910 datasheet [DB/OL].http://www.austriamicrosystems.com/chi/acceptpo licy/ AS3910_Datasheet_v2-3D.pdf,2012-2-24.

[5] 張挺,熊璋,王劍昆.一個面向低功耗設計的RFID系統研究與實現[J].小型微型計算機系統,2006(11):2090-2093.

[6] 李淑琴,陳林,范蟠果.射頻識別非接觸式IC卡讀卡器的設計[J].計算機測量與控制, 2007, 15(03):378-380.

[7] 祝勝林,楊波,張明武. RFID協議及其安全性研究[J].信息安全與通信保密,2007(08):168-170.

[8] 郭紅芳.校園一卡通系統的設計與實現[J].信息安全與通信保密,2011(07):66-69.