基于RFID的手持式數(shù)據(jù)讀寫器設(shè)計(jì)

李敏，劉春花，劉歡，簡立明

（湖南財(cái)經(jīng)工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，湖南衡陽，421002）

0 引言

現(xiàn)如今，工農(nóng)業(yè)中大多數(shù)的數(shù)據(jù)采集、信息跟蹤與記錄，主要還是依靠人工進(jìn)行手工填寫到規(guī)定表格，再由信息錄入人員將其信息錄入系統(tǒng)進(jìn)行存檔[1-3]，這種方式能將數(shù)據(jù)信息進(jìn)行有效保存，但其過程涉及人員較多，且操作較復(fù)雜，不能對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行隨存隨取?？萍伎焖侔l(fā)展，在工農(nóng)業(yè)精細(xì)化管理的應(yīng)用中也非常多，其主要技術(shù)方面的研究有下面幾種：

（1）大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用研究。文獻(xiàn)4主要是采用大數(shù)據(jù)技術(shù)，進(jìn)行煙草精準(zhǔn)營銷的探索。文獻(xiàn)5是利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，進(jìn)行醫(yī)院如何精益運(yùn)營的模式探索。文獻(xiàn)6是利用大數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)某鋁鋁鑄件廠的精準(zhǔn)節(jié)能。

（2）物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用研究。文獻(xiàn)7利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了二次供水管理方面的研究。文獻(xiàn)8利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智能終端，實(shí)現(xiàn)生豬飼養(yǎng)的有效管理。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在工農(nóng)業(yè)管理應(yīng)用中效果都較好，大大提升了其精細(xì)化管理程度。

（3）智能終端的研究。其中文獻(xiàn)1也研究了一種手持式智能終端設(shè)備，其設(shè)備集成了有線/無線網(wǎng)絡(luò)、GPRS等技術(shù)手段，其功能強(qiáng)大，能應(yīng)用與多數(shù)高端、保密性要求高的場所。文獻(xiàn)9和文獻(xiàn)10，針對(duì)其應(yīng)用數(shù)據(jù)采集場所，也設(shè)計(jì)了一種智能終端設(shè)備，且設(shè)備都連載了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，取得了較好的效果。

上述三個(gè)方面的研究，都提升了相應(yīng)行業(yè)的精細(xì)化管理程度，能有效的解決大多數(shù)數(shù)據(jù)采集、信息跟蹤和記錄的問題。但上述應(yīng)用，都存在技術(shù)含量大、成本高，維護(hù)難度較大，且實(shí)現(xiàn)隨存隨取所需的條件較多。所以，本文針對(duì)以上問題進(jìn)行設(shè)計(jì)與研究，設(shè)計(jì)了一個(gè)基于RFID的手持式數(shù)據(jù)讀寫器，其設(shè)計(jì)成本低、維護(hù)簡便，技術(shù)含量上也進(jìn)行了一定程度的降低，能實(shí)現(xiàn)隨存隨取，能有效的對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、信息跟蹤和記錄，提高了精細(xì)化管理程度，具有較大的實(shí)用價(jià)值。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)總體框架圖如圖1所示，系統(tǒng)主要由射頻IC卡、射頻讀寫部分和數(shù)據(jù)處理部分組成。系統(tǒng)功能流程主要分為數(shù)據(jù)讀和數(shù)據(jù)寫。用戶對(duì)要寫入的數(shù)據(jù)信息，通過數(shù)據(jù)處理部分進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和顯示，并將系統(tǒng)設(shè)置為寫入模式，而后處理完的數(shù)據(jù)傳遞給射頻讀寫部分，射頻讀寫部分在近距離靠近射頻IC卡后，數(shù)據(jù)被寫入到射頻IC卡中。數(shù)據(jù)讀，首先在數(shù)據(jù)處理部分將系統(tǒng)設(shè)置為數(shù)據(jù)讀模式，射頻讀寫部分在近距離靠近IC卡后，IC卡中數(shù)據(jù)被讀取，進(jìn)而傳遞給數(shù)據(jù)處理部分，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，方便查詢。

圖1 系統(tǒng)總體框架圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件框架圖如圖2所示，其主要包括包括主控制器模塊、MFRC-522射頻模塊、顯示模塊、指示燈模塊、按鍵模塊和電源模塊，以及包括射頻IC卡。系統(tǒng)的總體功能通過各個(gè)模塊功能的組合而實(shí)現(xiàn)。

圖2 系統(tǒng)硬件框架圖

2.1 主控器模塊

主控制器模塊是采用STM32F103C8T6這款芯片作為核心處理器，其價(jià)格實(shí)惠，開發(fā)與維護(hù)較簡單和方便，并且在滿足功能設(shè)計(jì)要求的前提下，還留有余量，方便后續(xù)功能拓展。其主要功能是處理用戶設(shè)置的模式、寫入和讀取的數(shù)據(jù)信息，以及協(xié)調(diào)各個(gè)模塊的功能運(yùn)行。

2.2 MFRC-522射頻模塊

MFRC-522射頻模塊，其是處理器與射頻IC卡交互的中間器件，能將IC卡中數(shù)據(jù)信息通過射頻方式讀取、處理、傳遞到處理器，也能將處理器發(fā)出的命令和信息寫入到IC卡，進(jìn)行保存。其與主控制器芯片接線圖如圖3所示，兩者之間主要采用SPI2進(jìn)行通信。

圖3 RC522與主控芯片接線圖

2.3 顯示模塊和指示燈模塊

顯示模塊，在數(shù)據(jù)寫入模式下，能對(duì)要寫入的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，方便確認(rèn)數(shù)據(jù)寫入的準(zhǔn)確性。在數(shù)據(jù)讀取的模式下，能對(duì)讀取的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行顯示，方便用戶進(jìn)行查詢與跟蹤。本設(shè)計(jì)中顯示器件是使用帶中文字庫的液晶屏12864，其編程簡單，采用串行通信方式，占用端口少。指示燈模塊，主要是起到一個(gè)信號(hào)指示的作用。

2.4 按鍵模塊

按鍵模塊，主要有兩個(gè)功能，其一是進(jìn)行讀取和寫入模式的選擇。其二是，是對(duì)要寫入的信息類型和數(shù)據(jù)大小進(jìn)行設(shè)置。

2.5 電源模塊

電源模塊，為整個(gè)讀寫器提供所需的電源電壓，讀寫器所需的電源電壓為DC5V和DC3.3V，本系統(tǒng)主要采用ASM-1117穩(wěn)壓芯片，實(shí)現(xiàn)電源電壓要求。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要分為三部分組成：模式選擇子程序、數(shù)據(jù)寫入子程序和數(shù)據(jù)讀取子程序。模式選擇子程序，主要是通過按鍵對(duì)讀寫器進(jìn)行寫入模式和讀取模式的選擇設(shè)置，以及顯示內(nèi)容模式進(jìn)行設(shè)置；數(shù)據(jù)寫入子程序，將用戶要記錄的數(shù)據(jù)信息，經(jīng)過處理后，寫入IC卡中，同時(shí)能在顯示模塊中對(duì)要寫入的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行顯示；數(shù)據(jù)讀取子程序，是從IC卡中讀取信息，并在顯示模塊中進(jìn)行顯示，方便用戶查詢。

3.1 模式選擇子程序

模式選擇子程序流程圖如圖4所示，程序開始運(yùn)行后，首先進(jìn)行初始化，然后進(jìn)入無限循環(huán)，在循環(huán)中判斷是否有模式選擇按鍵按下，如果沒有，則繼續(xù)循環(huán)判斷是否有按鍵按下，如果有，則根據(jù)按下的按鍵調(diào)用數(shù)據(jù)寫入子程序，或者數(shù)據(jù)讀取子程序。

圖4 模式選擇子程序流程圖

3.2 數(shù)據(jù)寫入子程序

數(shù)據(jù)寫入子程序流程圖如圖5所示，程序首先對(duì)要寫入的數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)置，并對(duì)設(shè)置的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，設(shè)置完成后進(jìn)行尋卡、防沖撞和選卡操作，最后將數(shù)據(jù)信息寫入指定的扇區(qū)進(jìn)行保存。

圖5 數(shù)據(jù)寫入子程序流程圖

3.3 數(shù)據(jù)讀取子程序

數(shù)據(jù)讀取子程序流程圖如圖6所示，進(jìn)入子程序后，首先設(shè)置要讀取的扇區(qū)，當(dāng)IC卡貼近MFRC-522射頻模塊時(shí)，則進(jìn)行尋卡、防沖撞和選卡操作，然后讀取相應(yīng)扇區(qū)的數(shù)據(jù)，并對(duì)讀取的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。

圖6 數(shù)據(jù)讀取子程序流程圖

4 性能測試

本系統(tǒng)測試主要從兩個(gè)方面進(jìn)行測試，一個(gè)是數(shù)據(jù)寫入模式的測試，另一個(gè)是數(shù)據(jù)讀取模式的測試。其中，記錄測試信息主要設(shè)計(jì)了位置信息的讀寫、溫度信息的讀寫和次數(shù)信息的讀寫。圖7和圖8是數(shù)據(jù)寫入模式和數(shù)據(jù)讀取模式下，位置信息的測試效果圖，左邊均為為串口顯示圖，從圖中可知，每一張IC卡有唯一的識(shí)別編號(hào)。圖8中讀取模式的串口顯示圖讀取的數(shù)據(jù)，是IC卡中45個(gè)可操作數(shù)據(jù)塊中的一個(gè)數(shù)據(jù)塊，每個(gè)數(shù)據(jù)塊均為16位，測試中，位置信息的讀寫只采用前兩位。所以，IC卡中還存有大量存儲(chǔ)空間記錄信息，方便功能的拓展。右邊均為測試時(shí)液晶顯示效果圖，從圖中可以看出，系統(tǒng)能正常進(jìn)行讀寫，且在讀寫時(shí)，液晶均能進(jìn)行讀寫成功提示，確保讀寫成功。

圖7 數(shù)據(jù)寫入模式效果圖

圖8 數(shù)據(jù)讀取模式效果圖

5 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于RFID的手持式數(shù)據(jù)讀寫器，并進(jìn)行了性能測試。從測試的性能結(jié)果顯示，系統(tǒng)開發(fā)難度較文獻(xiàn)中大大降低，成本低，操作簡便，只需按鍵則能實(shí)現(xiàn)信息的記錄與讀??；能對(duì)位置、溫度和次數(shù)等數(shù)據(jù)的讀寫，實(shí)現(xiàn)隨存隨??；IC卡的存儲(chǔ)容量大，方便功能拓展，能更全面、詳細(xì)的實(shí)現(xiàn)信息記錄和跟蹤。所以，本設(shè)計(jì)對(duì)提升當(dāng)前工農(nóng)業(yè)中精細(xì)化管理程度，優(yōu)化產(chǎn)品的跟蹤與記錄方式，具有較大的實(shí)用價(jià)值。