基于S3C6410的航空用RFID读卡器设计

基于S3C6410的航空用RFID读卡器 电 子 测 量 技 术第卷 第期 ,,, 研究与设计 ，，，:,,:，，: ,，,,,,，,，，, ,，:，，:，:,, 年月 ,:,, , ,基于的航空用 读卡器设计 ,,:,,,:,,,， 李剑锋 刘开华 潘 勇 , ,天津大学电子信息与工程学院天津,:::,, , ,,摘要针对民用航空领域的应用需求设计了一款基于 读卡器给出了具体的硬件设计 微处理器的 ,,:,,,:,,,， ,,。方案详细介绍了 下应用程序与底层驱动的工作流程最后印证了系统运作的可靠性该读卡器支持多种协 ，，,, ，议,支持 操作系统,支持寸触摸屏,可通过串口或者 与上位机的 数据库通信,与其他采用单片 ，，,, ,,, ,,,,,,， ， 机或者低主频 微处理器的读卡器相比具有方便、快捷、用户体验良好等特性。 ,,, 关键词射频识别读卡器民航领域微处理器操作系统,,,,, ,,:,,,:，，,,， ,,中图分类号 文献标识码 ,，,,,, ,;,,:,,,:,,,,;,,;,,,;,:,,,:,,,: ,,,,,，,,, ，，,,，～，～～ ,,,:,,;,,,,,,,,, , ,,,,,,,:～::,:,，,;:,,:,,:,,,，,,:,,,,,:,，,,,;;,,,,,,,, ,,,,;,,,,,,,,,,:::,, ,,!,, ,, ,,,,,,:,,:::,,,,,:,～;,,,,,,:, ,,,:,,,:,, ,,，, ,;,,;,,,,;, :,,,:,,,:,, ,::,;,,，,;,,,:,,,;,:,,～;,,,,, ,,,,,,,:,～;,:～;,,;,,,:,,:～;,:,,;,,,,:,;,～;,,;,;,,;,,～:,:～; ,,,,,,,,,,,,,,,，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,!,,!,!,,,, ,,:,:::,,,,,～,:;,,,,,,,,;,,,,,,,,,:～,:～:～,:,;;,,，,:,,::,,～,,:,,;,,,～,～;,,，,,,,,,,;,,,,,,,,, ,,!!, ,,,,,,,,::,,,～～:～:,,,,,::,,,,,,～,, ，,:,,,,,;,,;,;,;,;,;,,,,,,;,,;:,;;,,;,,;,,;,;,;,;:;;,,,,,,,,,,,,!,,,,，,,;,,;,:,,,,,,,,,,:,,,:,,,:，，，,, 引言 :硬件设计方案 , 随着国民经济的发展,航空日益成为民众所依赖的出 ,,所示系统采用了微处理器 系统结构如图,,,:,,,:。,行方式航空货运物流系统中食品与商品种类多安 全 要 ,。其稳定主频最 高 主 频 可 达 , ,,,,，,,::，,,,:,,,:,,,求高交接手续 繁 杂急需引入信息化管理技 术 的 ,,, ，,、集成了许多外 设 接 口如 真 彩 色 接 口:,,;,, ,,,,,,,,,,,,,, 。出现对于改善民航的物流管理有着积极的意义航 空 、、、、电源系统管理通道 通道 控制器 ，:,,,,,,,,,,,、物流 读 卡 器 和 数 据 库 管 理 系 系统主要 由 电 子 铅 封,,，, 、,、、、通 用 通 道 定 时 器端 口总 线 接 口, ，: ，，,，，: ,,,,,统等 组 成现 有 的读卡器一般采用单片机系统 如 、、,,,控 制 通 道 ，:,,,, :,,,,: ,,,, ,,,,: ，:,,,,,,或 者 它 们 的 普 或 系 列,,:,,:,, ,:,,,,,,,,,,,,, 。,器及时钟生成 此外采用工艺低功 等,，， ,:,, ::,,,,,遍缺点是主频偏低不支持操作系统且用户体验不佳满 、、耗简洁精美 且 全 静 态 设 计 使 得 非 常 适 合 对 成 ,,,,:,,,: , 。足不了航空货运物流系统日益增长的应用需求在航空 、。本功耗敏感的应用 ,食品和免税商品物流系统中地勤与空乘人员急需操作简 ,,洁反应快速可 随 时通过无线网络上传数据的手持读卡 ,系统的显示屏采用寸位的真彩触摸 ,,,,,,,,，:,, ,,。器从而加快物流速度提高机场工作人员的工作效率基 ,分辨率最大可支持到 本读卡器的分辨率 为 ×,:,,,:,,,于上述情况提出了基于 的高主频的射频识别读 ,,:,,,: 。、。存 储 外 设 为 卡 和 ,,:×,,,，,～,,:,, ,, ,,,,,,,,,卡器它支持操作系统支持多线程操作操作人员可 ,,,～,、、内 核开 机 图片和文件系统都烧写到 的 ，，,,,,::，,在多个读卡界面之间切换并且能随时随地通过 上传 ,,,,,中用于保存触摸屏校正参数和从电子标 ,,,,,,,,～,,:,,,数据 到 不但大大降低机场工作人 员 的 工 作 数 据 库,,， 。 签中读取的 数 据系 统 启 动 时 自 动 从 中 ,,:,,,: ,,:,, ,。量而且提高了航空物流的速度与安全性 ,。读取校正参数避免每次开机需校正屏幕卡用于储存 ,, ,从电子铅封中读取的数据此外汉字库与图标等文件也存 。本文于 年月收到,:,, ,, ,,,基金项目智能航空铅封技术研究天津市科技支撑计划资助项目 ,:,:，,,,:,,::, ,。它是 一 款 针 对 射频芯片采用 公司的 放在 卡中 ，,,:，,:,,, ,, ,, 的高集成 无 线 射 频 其 管 脚 与 ,,,,, ,，,，:,, ,:,:: ,,和 可读写符 均可兼容 ,,,:,,:,,,:,,,,，,:,:: ,合卡 和 以 及 支 持 协 议 的 卡，,:,,,,, ,; , ,;, !,!,， 。, 协议的电子标签提供了种通信接口 ,:,,,,,,:,,,, ,,第一种是位并口可直接与各种位微处理器相连接第,, ,,二种是 接口本系统即采用了此通信接口微处理器通 ,,， ,,,。过设置 的寄存器便可实现射频操作见图,:,,,, ,总线是一种高速全双工同步的通信总线它使用,,, ， ,、、、。 ,条线其 主 要 特 点 有同 时 发 ,，,: ,:,， ,:，， :, ,,出和接收串行数据可当主机或从机工作提供频率可编程 ,,, ,,,。时钟发送结束中断标志写冲突保护总线竞争保护等 系统结构,、、 图总共有 其中管脚 个管脚是 寄 存 , ,:,,,,,,,,,,, ,。器的地 址 线管 脚 当 采 用 到 管 脚 是 位 并 口,, ,: , ,,， ,,方式通信时管脚 管脚 即数据位 为 即 地 , ,,,:,:,,，,,通过 串 口 与 上 驱 动 模 块 ,,:,,,:,,,,,,,,::，,,址线 为 管脚即地址线 为 到 。位机 数据库进行无线通信是 一 款 频 段 ,:,:,,,,,:，，,,,, ，,,， ,，,,:: , 。 ,,则不需要连接此 外必 须 把 与 置 底 电 平,,、 模 块可 在 全 球 范 围 内 的 ,, ，:, ，,, ,,,,,,,，,,, ,:: ,，, 。与 置高电平, 、,，,种频率下工作能够提 ,:,,,:: ,，,:,,,:: ,，,,, 供 多信道类型多达并且支持 个,、、 ,,,,,::,,:,,:,,,, 和 种 编码方案 。,:,,,,,,,, 原理 图 , :，,:,,, 、个 管 脚 与天线之间通过 与 ,:,,,, ,,,,,,,, 读卡器的软件设计 ,,它会把调制好的 的能量载波 进行通信,,, ,,,,, ,，, 、,通过管脚 传 输 到 天 线而天线则通过管脚 ,,,,,,,, ,读卡器的操作系统采用较稳定的 内核 ，,～,,,,,,: ,,。的能量载波传输回 一般采用把 , ,,,,,,,,，,,:,,,。,文件系统为文件系统软件分为大部分第一部分 ,,,,,!,种方法将天线连接到 直接匹配天线和匹配 ,,:,,,,:Ω ,, 为 主要的功能是接受用户指令与显示图形界面程序,, ,, 天线本系统采用直接匹配的方式将 与 天 线 连 接,:,,, ,第二部分为射频驱动程序它负责对 的寄存器进行 ,:,,,、。 其包括了 天线匹配与接收电路低 通 滤 波 器，,: ,。 操作实现具体的射频功能在编写射频读卡的 应用 ,, ,系统采用 它的 环形天线低通滤波器用于滤除 ,:, ，,: ,。 ,程序之后需把它整合到 文件系统中此外还需裁 ,,,,!,,高频 电 磁 波天线匹配电路与天线进行阻抗匹配以 获 得 ,,,,,,。剪内核把驱动配置到内核配置单中,,,～, ,,最大 的 功 率 传 输增 大 读 卡 距 离同时避免阻抗失配可能 的 协议和 的典型协议有 , ,,,,,，,,,,,:,,,,,，，,,,,,,。,对电路造成的损害经实测天线的可操作距离为 ,:协议。其 中协议是非接触式卡 ,:,,,,,,:,,,,, : ，，，,,。,::, ,。 协议应用较下面将主要 更 为 广 泛,:,,,,, ，, 第卷 ,, 电 子 测量技术 协议,由个部分组成,第一部分,物 ，,:,,,,,，,:,,,,,,,, ,,,,理特性第 二 部 分频谱功率和信号接口第 三 部 分初 始 ,,,,,。化和防碰撞算法 第四部分通讯协议 ,通信协议 的 报 文 可 分 成 个 部 分如 表 ，,:,,,,,, ,, ,所示 表通信协议的报文数据, ，,:,,,,,, 报头 长度 节点 命令代码 数据 名称异或校验 不固定数据长度 字节 字节 字节 字节 字节 ,,,,, ,报头报文长度代表从节点到校 字节固定为 , ,,,, ,。验的字节之和命令代码指明了报文的功能常用的命令 ,,、,,、,,、,代码有寻卡防 冲 突选 卡密 :,:,:,:,:,:,:,:,、、。,,,,,码认证读卡写卡等:,:,:,:, ,会 在 程 序 在 启 动 后上 显 示 一 系 列 的 ,, ,,,，:, ,,,、、、,图标分别为寻 卡读 卡写 卡选 择 扇 区 等在 寻 卡 中 包 ,含 了 防 冲 突 检 测它 是 读 卡 过 程 中 非 常 重 要 的 一 个 步 ,,,:,,,。,骤其流程如下当 用 户 点 击 的 寻 卡 图 标 ,,,，:, , ,,时触摸屏上会产生触摸点的位置信号系统根据触摸点 ,,坐标判断其所在的区域依据触摸的区域系 统 做 出 相 应 。,,,的处理防 程 序 把协 议 中 的 寻 卡 ,, ,:,,,,, :,:,，, ,,,,,,,,冲突选卡密码认证都整合到个子 :,:,:,:,:,:,,。,函数中寻卡过程分为个过程, ,搜索 标 签 即 通 过 串 口 发 送 指 令 给 ,, ,,:,,,: , 图应用程序流程。 操作其中的相关寄存器进行天线操作无 论 是 否 , ,, ,:,,, ,有卡在天线感应区域范围之内都会 回传 ,:,,, ,,:,,,: ,,,驱动 时首 先 设 置信道校验寄存器把 第 ,,相关数据收到数据后进行判断是否有电子标签,:,,,:, ,,:,,,:,,,比特置启用奇偶校验与 然后把控制寄存器 校验,:,: 。存在,,,第比特清零不启用数据加密接着把写入比特结 ,::,,,防冲突如果在天线感应区域范围之内有一张以 , ,,,构控制器最后一步是设置发射控制寄存器为 在 管 :,:,,。上的电子标签那么读卡器就需要进行选择在防 ,:,,, ,。 脚 发送未经调制 的 连 续 载 波设 置 完 ,,,,,,,, ,，,,。冲突后将给微处理器传回个字节的电子标签卡号, ,。 寄存器状态后通信过 便可与电子铅封进行通信,:,,,,选择标签如果要对相应卡号的电子标签进行操 ,, ,程中的寄存器操作包含以下几个步骤 ,,作则微处理器就会发送命令给 使 其 选 中 这 张 电 ,:,,,,,置中断使能与中断请求个寄存器为设置命 ,,::,,,。子标签以便进行下一步的读写操作 ,,令寄存器取消当前命令 ,密码认证只有拥有正确密码的读卡器才能读写 ,, ,,,,,,,清除 即 清零设 读写指针,,,:,,, ,,:,:，，。相应的电子标签 ,,置中断使能寄存器提示标志位已经设置 ,,,选择扇区后如进行读卡操作则直接点击读卡图标 ,,依次把数据写入到 把数据从天线发送 ,,,:,,,，,。。如进行写卡操作的话则还需用输入数据如图所示, ,出去 ,射频驱动程序在收到应用程序发来的报文后除去报 ,,,设置命令寄存 器激活要执行的命令读 取 错 误 标 ,,,头与校验位通过语句判断命令代码然后跳转 到 相 :,,;,,志寄存器判断是否出错 ,应的子程序子函数通过驱动程序对 的寄存器进行 ,:,,,,,,等待规定的 时 间然 后 读 把 天 线 接 收 ,,，,: ,,,,。 ,设置实现射 频 操 作读 取 线 的 第 数 据 时,:,,, ,:,，,的数据读取到 中 ,:,,,,,,一个字节设置模式与地址具体来说第位设置为第:,, ,,置中断时能与中断请求个寄存器为设置控 ,,:,:,,,位到第位为地址第线的其他字节 位设置为 ,, :,:,，,,,。制寄存器停止定时器设置命令寄存器取消当前命令 。,均按此设置从第二个字节 线的第一个字节保留,,: ， 。 , 开始为 从 对 返 回 的 数 据写 入 数 据 时,:,,, ,:,,, ,线的第一字节代 表 地 址从第二个字节开始为写入 ,:,,， ,。的数据此时 线没有启用现场实测和上位机数据库通信实例, ,,,,:， ,， ,,: ,,在现场测试 过 程 中分别对电子铅封的扇区 扇 区, ,,扇区其中只有对扇区 各进行了次操作的一,,,, ,: ,, ,,。个写过程中出现了数据丢失情况这显示出了稳定的操作,其操作的扇区为 设置密码为 读出号 :,,,,,,,,,,,。 读出的数 据传输到上位机 数据库后的界面如图 性能表 是读卡器对货物的电子铅封进行数据写 入 与 ,,， , , 。,,所示 读出的实例先写 入 内 容 然后再把写入的内容 ,,,,:::, 现场实测电子铅封读写数据表 , ,,,,,,,,,,,,命令寻卡 防冲突 选卡 密码认证 写卡 读卡 :,:,:,:,:,:,:,:,:,:,:,:, ,,,,:,::,,,,:,:::::,,,,,,:::::::,:,: ,,,,:,::,,,,:,:::: :::::,:,， ::,:,,:::,,, 发送数据,:::::::::::::::::: ,,,,:,:::::::,:,:,:，::::,:,,,, :::,:,:: ::::::,,,,:::,,, :,,,:,,,,,,,,,,,,,, ,,,,:,:: ,,,,:,::,,,,:,::,,,,,,,,::,,,,:,:,: ,,,,:,::,,, 返回数据,,,,:,:,: ,,:,:,::，:, ::::::::::::::::::: ,,,,:,:,:,,,,:,::,,,,:,:,:, ,:,:,:::,::,:::, ,,:,,,, ::::::,,,,:::,,, ::,:, 图数据传输到数据库的界面, ,,, 胡贯荣胡元慧基于内核调试技 的嵌入式 ,,,,，,～,,, 结论 ,,,,,,,,术计算机工程与设计，,,:,,,,,,,,,,::,,,, 提出 了 基 于 廉德宇,史坡,沈昱明微处理器的高主频射频识别读 与 ,,:,,,: ,,,, ,,:,,,: ,,,,:,,:, ,, , ,、。卡器实现了 读 卡写卡与上传数据到数 据 库 的 功 能实 的通信接 口 设 计 ,,仪 器 仪 表 学 报,,,,,，,, ,::,,, ,验表明该读卡器具有良好的稳定性与实用性适合于民用 ,,,,,,,,,, 。 航空领域的 应 用该读卡器系统对于民航物流的发展提 ,,,,,,:，，, ，,,,,,，，, :,,，, ,;,,，，，,, ,。高具有一定的参考价值和应用前景 ，,～ ,;;, ,,，, ,,,,:,,;, ,:,:,; ,, ,,, ,,,!,, ,,～～; ,,;;,::, ,,,,, ,，,，,，,;，,,:,;:～,,， ～ ,!参 考 文 献 ,,,,,,:,:,～,,,,,,,,,,,,,,,;:，，,,,,::,,,,, ,, ,,张健基于 统 ,,技术的机场航空物流管理系 ,,,，, ，,, ,,,,, ,:，, ,:,,,,，:,,,,,,，，，;,,,,::,:,，,,,,,,,,,,,,,,中国民用航空,,,,,,, ,:,,,,,,:,:,:::,,,:,,,,,;,;,,;, ,,，, ,,,;,,,;,,,, ,,,,!钟波兰,张为民基于 分析的我国航空物流产 ,: ,,,,, ,,, :, ,,,,,,,,,,:,，,，，，,,,,,::,,:, ,,，,,,,,,,,!,,,,,,,,物流技术 业发展研究，,,,,,,:,,:,,,:,,,,,～,:,,,;::,,,,,,,,,,,,,:,,,:, ,,杨世凤,韩 军基 于 技术的设备管理系统研究 ,,,,，,, ,,,,,, 速 陈章廖明宏快防冲突算法计算机应,,,,,，, ，,,,,,,,,国外电子测量技术 ,，,,,,,,,,:,:,,,,,,,用,,,,:,,:,:,:, 胡 小 乔,薛 敏 彪,王 健基 于处 理 器 的 串 行,,,,,, , ,, ,接口设 计 计 算 机 测 量 与 控 制,,,,,,,作 者 简 介 ,,，，,, ,:,,,, ,,,,,,,, ,,,,李剑锋男月 出 生浙 江 温 州 人工 学 硕 年 ,,,,,: 白兴文,张 亚 君基 于 天线阻抗自动匹配技术 ,,,, ，,,。士主要研究方向为嵌入式技术技术,,, ，,, ,,,,,,,,的研究电子器件，,,,:,,:,,,:,:,,, ,,,,,,刘开华男河 北 峰 峰 人教 授博 导主 年 出 生,,,, ,,,, 张东姜岩 峰生 晓 坤中 天 线 的 优 化 设 计 ,,,,，,，、。 要研究方向为软件无线电理论与技术数字多媒体技术,, ,,,,,电子测量与仪器学报,,,,,,,,,,:,,,,, ,，,,,;,，,,,,,,::,,,,,,,