基于無線數傳電臺的RFID手持機設計

李春龍

【摘 要】論文主要介紹了STM32F103ZET6芯片的主要功能、工作原理、操作命令和相關知識。同時通過此芯片設計單片機應用系統，實現液晶顯示器的顯示，按鍵控制，利用無線數傳電臺接收、發送空中電波指令數據，通過ZLG522讀、寫卡模塊掃描S50卡信息，對物品進行出庫、入庫、移庫的操作，從而實現對倉儲系統的管理。本系統采用單片機應用系統，以STM32F103ZET6為核心芯片，具有集成度高、可靠性高、芯片尺寸小、占用印制板空間少、直觀性強和操作性好等特點，非常方便使用。

【關鍵詞】RFI D；讀卡模塊；無線數傳電臺；ARM

【中圖分類號】F407.63【文獻標識碼】A【文章編號】1672-5158（2013）07-0493-02

第1章 概述

20世紀末，電子技術獲得了飛速的發展，在其推動下，現代電子產品幾乎滲透了社會的各個領域，有力地推動了社會生產力的發展和社會信息化程度的提高，同時也使現代電子產品性能進一步提高，產品更新換代的節奏也越來越快。

近年來，自動識別方法在許多服務領域、在貨物銷售與后勤分配方面、在商業部門、在生產企業和材料流通領域得到了快速的普及和推廣。自動識別的任務和目的是提供關于個人、動物、貨物和商品的信息。條型碼—-紙帶已經不能滿足人們的需求，條型碼雖然很便宜，但它的不足之處在于存儲能力小以及不能改寫。根據從事射頻系統開發并使產品適合市場需求的公司數量的增多，說明了這種產品的市場一定會不斷地擴大。目前，射頻識別系統產品市場是無線電工業增長最快的部門，手持機就是其中的一個產品。

1.1 課題研究的意義

目前國內將手持機應用于倉儲管理系統較少，基于無線數傳電臺的RFID手持機設計將電子標簽應用到了倉儲管理中，節省了大量的時間，提高了效率，可以隨時更新，不至于信息滯后、帶來信息的錯誤，還節省了大量的人力。對倉儲管理有著十分重要的參考價值。

在眾多信息技術中，RFID技術受到了倉儲管理領域業內人士的追捧。RFID應用載體系統的本質為無線射頻系統。RFID的優點有很多，首先是無接觸式信息讀取。這一點被業內人士所看好，因為這極大節約了分揀作業時商品識別與辨認的時間，提高了分揀作業的效率。而且，通過射頻信息的數據傳播，可以實現管理員與貨物的無接觸信息讀取交換，達到了信息的有效傳播和共享方式的透明。其次，RFID技術具有存儲與更新的性能。將其貼到包裝箱表面，當貨物又箱中取出時，管理員可以通過信息數據的更新，將新的物品信息熟練快速錄入原有標簽中，及時做到信息更新。保持了信息讀取與錄入的準確性。在我國，雖然人力成本較為便宜。但隨著勞動法規的出臺，工人收到了國家的抱負和關注，在長江三角洲區已經逐步實現最低工作制的用人標準，造成了人力成本的上升。因此，原有繁重分揀等物流作業造成大量的人力資本投入，從而增加了成本。傳統模式下，倉儲管理需要大量人員的參與介入，隨著信息化的普及，RFID技術將會帶來人員需求層次的要求，即要求工作人員掌握數據維護和信息處理的技能，病逐步淘汰純體力勞動的人力資源。因此，新的技術變革勢必會帶來新一輪的人才需求浪潮。RFID技術帶來的不僅是方便與快捷的信息革命，更是一種對于原有流通環節的挑戰。因此，企業必須做好整合資源優勢、改造原有流程的心理準備，這樣才能在新一輪的信息競爭中充分利用RFID技術，從而立于不敗之地[1]。

第2章 系統硬件設計

2.1 電路原理設計

設計方案以STM32F103ZET6為主控器件，寫入程序，連接無線收發模塊（連接天線可以增加收發距離），并通過zlg522讀卡模塊將S50卡模擬信號轉化成芯片可識別的數字信號。接入鍵盤和顯示器進行輸入和顯示。內部安裝一個1G的SD卡用來存儲信息。并通過電源分別對各部分進行供電。最后接觸一個配置借口可對手持機進行系統配置[3]。

電路原理框圖如圖1所示。

2.2 單元電路設計

整個系統電路是由主控芯片STM32F103ZET6、無線收發模塊APC250、讀卡模塊ZLG522、液晶顯示器、按鍵、SD卡、電源模塊、串口幾個部分組成。

2.2.1 主控芯片

STM32F103xx增強型系列使用高性能的ARM Cortex-M3 32位的RISC內核，工作頻率為72MHz，內置高速存儲器（高達128K字節的閃存和20K字節的SRAM），豐富的增強I/O端口和聯接到兩條APB總線的外設[4]。所有型號的器件都包含2個12位的ADC、3個通用16位定時器和一個PWM定時器，還包含標準和先進的通信接口：多達2個I2C和SPI、3個USART、一個USB和一個CAN。 STM32F103xx增強型系列工作于-40℃至+105℃的溫度范圍，供電電壓2.0V至3.6V，一系列的省電模式保證低功耗應用的要求。

完整的STM32F103xx增強型系列產品包括從36腳至144腳的五種不同封裝形式[4]。根據不同的封裝形式，器件中的外設配置不盡相同。 豐富的外設配置，使得STM32F103xx增強型微控制器適合于多種應用場合。

2.2.2 無線數傳電臺模塊

APC250模塊是高度集成半雙工微功率無線數據傳輸模塊，其嵌入高速單片機和高性能射頻芯片。創新的采用高效的循環交織糾檢錯編碼，抗干擾和靈敏度都大大提高，最大可以糾24bits連續突發錯誤，達到業內的領先水平。APC250模塊提供了多個頻道的選擇，可在線修改串口速率，發射功率，射頻速率等各種參數。APC250 模塊能夠透明傳輸任何大小的數據，而用戶無須編寫復雜的設置與傳輸程序，同時小體積寬電壓運行，較遠傳輸距離，豐富便捷的軟件編程設置功能，使之能夠應用與非常廣泛的領域。

2.2.3 讀寫卡模塊

ZLG522S系列讀寫卡模塊是基于13.56MHz頻率的系列讀寫卡模塊，它符合ISO14443標準，可支持PLUS CPU、MIFARE Desfire（CPU卡）、MIFARE S50/S70、MIFARE 0 ultralight、MIFARE Pro，它采用超小型、超大規模集成電路封裝，具有易用、可靠、多樣和體積小等特點，可方便、快捷地將當今最流行的非接觸式IC卡技術融入系統中，提高產品檔次。

2.2.4 液晶顯示模塊

TFT-LCD即薄膜晶體管液晶顯示器。TFT-LCD與無源TN-LCD、STN-LCD的簡單矩陣不同，它在液晶顯示屏的每一個象素上都設置有一個薄膜晶體管（TFT），可有效地克服非選通時的串擾，使顯示液晶屏的靜態特性與掃描線數無關，因此大大提高了圖像質量。TFT-LCD也被叫做真彩液晶顯示器。手持機采用的是2.8寸TFT真彩屏，FSMC控制，配置ADS7843觸摸控制器[5]。

第3章 系統軟件設計

3.1 設計思想

單片機的主要工作流程如圖2所示[6]。

本設計的主要原理是利用讀卡模塊掃描S50卡內物品信息，在液晶顯示器上顯示出來，通過無線數傳電臺接收空中電波主控系統的校準等指令數據，對指定物品實現出庫、入庫、移庫等操作，以實現對倉儲系統的管理[7]。

第4章 系統調試

4.1調試

調試分為硬件調試和軟件調試兩個部分。

4.1.1硬件調試

硬件調試主要是檢查當焊接完成后各個器件管腳間是否有短路和斷路的現象，要根據電路原理圖一點一點的測試，在保證沒有問題以后才可以通電，否則板子上的元器件就有燒壞的可能性。在檢查好后，就可以通電，若通電后無異常就可以進入軟件調試的環節。

4.1.2軟件調試

軟件調試主要是通過燒程序到單片機，看單片機是否按照指令工作，如果不工作或不按指令工作，就需要調整程序。首先調試的程序應該是多串口程序，保證數據能夠在一定距離內在通訊終端和手持機間進行一對多的正常數據收發，而且數據不會丟失或改變。再調試液晶顯示器是否顯示正常，如文字能否正常的顯示，是否會出現亂碼，字體、顏色是否正常等。最后調試按鍵功能是否能夠正常實現。當一個程序沒問題后就可以進行下一個調試部分，把程序分部分調試效率比較高，這樣出現錯誤的時候要檢查的程序比較集中，便于發現問題。當一個部分調試完后再整合到之前已經調好的程序中，這樣就可以保證程序的準確性，減少了工作量。

結論

經過對軟、硬件的設計和實現，最后完成了基于無線數傳電臺的RFID手持機的整體設計。通過對STM32F103ZET6的使用實現了通過ZLG522讀卡模塊讀取S50卡內的信息，并利用無線數傳電臺接收、發送空中電波的指令數據，完成PC機與手持機一對多的通訊。還實現了LED顯示屏中對物品名稱、物品編號、物品數量、入庫、倉庫、貨位、管理員詳細信息及狀態的顯示，同時利用按鍵對物品進行出庫、入庫、移庫的操作。經實際驗證在空曠的地方電臺傳輸范圍可達2公里左右，并且能夠保證數據的準確性，不會丟失或改變數據，系統在運行過程中性能良好。

本設計具有集成度高、可靠性高、直觀性強、實用性強、方便快捷和操作性好等特點，使用起來得心應手，具有很好的推廣價值，可將其廣泛應用在倉儲管理等系統中。

參考文獻

[1] 王永虹，徐煒，郝立平.STM32系列ARM Cortex-M3微控制器原理與實踐[M]. 北京：北京航空航天大學出版社，2008

[2] 周立功，張華，深入淺出ARM7，北京航空航天大學出版社，2005年6月

[3] Reinhold Ludwig，Pavel Bretchko，射頻電路設計理論與應用，電子工業出版社，2002

[4] Andrew N.Sloss.ARM嵌入式系統開發[M].北京：北京航空航天大學出版社，2005

[5] 江宏，李良玉.Protel電路設計與應用[M].北京：機械工業出版社， 2002

[6] 高鵬，安濤，寇懷成.電路設計與制版-99入門與提高[M].北京：人民郵電出版社，2004

[7] Klaus Finkenzeller，射頻識別技術，電子工業出版社，2001年6月