择要： 基于ATMEGA64L微节制器和TRH031M读卡芯片计划了事变频率为13.56MHZ的RFID读写器体系，把RFID技能应用到物流体系中。
要害词： RFID；阅读器；ATMEGA64L；TRH031M；天线

概述

RFID(无线射频辨认技能)作为一种新兴的非打仗自动辨认技能，通过射频信号自动辨认方针工具并获取相干数据，可辨认高速行为物体，可同时辨认多个标签，可事变于恶劣情形，操纵快捷利便，在物流、交通、收费、身份辨认等浩瀚规模有普及应用。RFID技能在海外成长的很快，RFID产物种类许多，像TI, MOTOROLA,PHILIPS等天下闻名厂商都出产RFID产物，而且它们的产物各有特点，自成系列。今朝，中国射频辨认技能及应用处于低级成长阶段。RFID技能作为一种新兴的自动辨认技能，也已开始在海内应用,而且应用规模越来越广。

本文把RFID技能应用到物流体系中，实现了基于RFID技能的物流体系的软硬件原型。

体系硬件计划

为了加强读写模块的通用性和扩展性，在硬件计划时遵循模块化的计划头脑。整个读写模块由三大部门构成：

.主控MCU，首要提供对射频读写芯片的节制操纵。
.射频读写芯片，认真吸取主控MCU的节制信息并完成与RFID卡的通讯操纵。为了正常事变，射频读写芯片须选用吻合的并行接口与MCU毗连。而为了发送、吸取不变的高频信号，射频读写芯片要通过高频滤波电路与天线部门毗连。
.天线部门，包罗线圈及匹配电路。
在所计划的TRH031M评估板中，主控MCU首要由微节制器ATMEGA64L和电源电路、复位电路、晶振电路、JTAG接口、RS-232串口接口构成；同时增进了人机接口表现电路，回收EDM12864液晶表现节制器；射频读写芯片回收TRH031M多协议读卡器芯片。微节制器ATMEGA64L和TRH031M之间通过锁存器SN74HC373N毗连。TRH031M评估板总体计划见图1。

RFID接口电路

TRH031M是一款三合一的芯片，兼容ISO14443 Type A&B以及ISO15693协议。TRH031M事变电压范畴在2.7V-3.6V，最大特点是功耗极低，芯片的封装方法也出格适实用在手持机方面的产物上。MCU对TRH031M的节制是通过对其内部寄存器的读写来实现的。TRH031M内部共有64个寄存器，分成8页，每页8个寄存器。
ATmega64L是基于加强的AVR RISC布局的低功耗8位CMOS微节制器。因为其先辈的指令集以及单时钟周期指令执行时刻，ATmega64 的数据吞吐率高达1 MIPS/MHz，从而可以缓减体系在功耗和处理赏罚速率之间的抵牾。

ATmega64L通过TRH031M并行接话柄现对TRH031M芯片的节制和数据传输。Atmega64L对TRH031M的并行接口回收独立的读、写信号线毗连，用两个I/0引脚别离节制TRH031M的读、写信号线。为了节减I/O口，这里回收了地点/数据线复用的方法，这样就不必要专门的I/O口来节制地点线。ATmega64L与TRH031M毗连表示图拜见图2。

ATmega64L的PTA0～PTA7毗连TRH031M的DATA0～DATA7，作为数据/地点线，传输数据及地点信息。因为回收数据/地点复用的毗连方法，Atmega64L 的PTA0～PTA7通过锁存器SN74HC373DBLE与TRH031M的地点线引脚A0，Al，A2毗连。

天线电路

TRH031M的天线部门构成,首要分为发射和吸取部门，发射部门又分为EMC低通滤波器，天线匹配部门和天线线圈。天线直接毗连到TRH031M.，图3为天线的布局道理图。

由RTH031M的数据手册可知，芯片模仿部门(不含吸取机部门)作为负载时,负载阻抗最高为15W。这是由于优化配置输出阻抗为15W时，这时可以到达最低噪音,最大增益和最大输出功率。

天线的阻抗我们按500W举办匹配。

EMC低通滤波器

TRH031M体系事变于13.56MHz频率下，这一频率是由石英晶体振荡器发生。可是除了13.56MHz以外，还会有也许以高次谐波的方法向外发射。为了切合国际EMC 划定，13.56MHz 中的三次五次和高次谐波要被精采地克制，因此，必必要有一个吻合的滤波器滤波输出信号以满意此划定。为了镌汰信号线上的滋扰，行使了EMC高频滤波电路。EMC滤波电路和吸取电路的道理图见图4。低通滤波器由L0和C0构成，它们的值见表1。

表1

按照f=，当我们选取=1mH时，则
TRH031M的内部吸取电路操作卡的回应信号在副载波的双边带上都有调制这一观念来举办事变。回收芯片内部发生的VMID作为RX引脚输入。为了不变VMID的输出，必需在VMID和GND之间毗连一个电容C4。吸取电路必要在RX和VMID之间毗连一个分压电路。其它，提议在天线线圈和反压器之间串通一个电容。这个吸取电路由R1，R2，C3和C4构成，数值示于表1。
EMC滤波电路仿真

针对500W天线阻抗举办EMC滤波电路的仿真：
① 设定特征阻抗Z。=500W，输入信号频率为13.56MHz；
② 令负载ZL=500W+0.00jW，确定起始点1；
③ 在ZL上并联电容C0，获得点2；
④ 再在C0上串联电感L0，获得点3；
应使点3位于15W匹配点，若点3不能准确位于该点，则应微调各元件参数。由圆图的直观性，该调解不难实现。由此，获得如图5(a)所示的阻抗圆图。由Smith Chart获得C0 =136pF，L0=1mH时，可以推算出1、3点间的等效阻抗为15.24+j 0.00W，靠近于负载阻抗15Ω，这表白了我们所计划的元件参数是正确的。其偏差源于元件不行能无穷准确。

(b)
图5 EMC滤波电路Smith圆图
由此，获得如图5(b)所示的阻抗圆图。由Smith Chart获得C0 =136pF，L0=1mH时，可以推算出1、3点间的等效阻抗为500.42+j 50.47欧姆，靠近于天线阻抗500欧姆，这表白了前面我们所计划的元件参数是正确的。

天线匹配电路计划

天线自己是一个低电阻的器件，将天线毗连到TRH031M必要一个匹配电路。计划天线的匹配电路有两种要领：50W匹配天线和行使直接匹配的天线设置。在本计划中回收直接匹配的天线设置。

计较天线线圈的电感

准确计较天线线圈的电感值在实践上很是坚苦的，凡是用下面的公式估算：
L[nH]=2×L[cm]×(ln(L[mm] / D[mm]-k))   (1)
个中L为天线线圈一圈的长度，N为天线线圈圈数，一样平常为3圈，D为天线线圈直径或导体的宽度，P为由天线线圈的技能而定的N的指数因子(见表2)。
线圈电阻的估算
没有阻抗说明仪的初次天线调谐的估算可以用下面的公式：
RANT=5RDC  (2)
为了给RFID卡提供足够的能量，天线与卡片间必需实现紧耦合，耦合系数起码为0.3(耦合系数为0时，即因为间隔太远或磁屏障导致完全去耦，耦合系数为1即全耦合)。因此天线线圈回收直径为1mm的导线，计划为三圈的76mm×49mm长方形天线。此时，天线线圈发生的电感，由公式1可计较出天线线圈的电感值约为L=1.7mH。天线电阻R=1.4W。
因为每块差异的天线电路板现实的天线线圈电感值老是会稍有差别，在现实的PCB计划时，天线匹配收集的元件的计划进程凭证图6举办调解。谐振电容由牢靠电容=150pF和可调电容CV2取代。通过调解可调电容CV2来使得天线的振荡频率为13.35MHz，通过调理C1使得天线的阻抗为500W，通过调解可调电容将每块天线板的读写间隔调解到最佳。

天线匹配收集仿真步调如下:
① 设定特征阻抗Z。=500 W，输入信号频率为13.56MHz；
② 令负载ZL=0.00W+0.00jW，确定起始点1；
③ 在ZL上串联电阻Rcoil=0.7W，获得点2；
④ 再在Rcoil上串联电感L=0.85mH，获得点3；
⑤ 再并联电容C2，获得点4；
⑥ 最后再串联电容C1，获得点5。

由此，获得如图7所示的阻抗圆图。图中设Rcoil为0.7W，L为0.85微亨,这样天线就由Rcoil和L来等效取代。由Smith Chart获得C2=163pF , C1 =15pF，由此可以推算出1、5点间的等效阻抗为247.79+j11W，靠近于对称天线的一半阻抗250W。

通过仿真获得的功效与笔者计划的元件参数根基同等，这声名白所计划的天线电路是正确的。

结语

基于ISO/IEC 15693尺度，计划了基于ATMEGA64L微节制器和TRH031M读卡芯片事变频率为13.56MHZ的RFID读写器体系。计划并实现了基于RFID技能的物流体系的软硬件原型，颠末现实行使证明，体系的总体方案计划可行，其首要成果根基得以实现,到达了体系的机能指标：计划的读卡器体系对无源的15693协议的卡片的辨认浸染间隔可达7.5cm。同时该体系能对ISO15693协议的卡片举办读写操纵。体系运行正确，表现精确，行使利便，具有较强的抗滋扰机能。

参考文献：

1.  游战清、李苏剑，无线封频辨认技能(RFID)理论与应用，电子家产出书社2004
2.  Klaus Finkenzeller著，陈大才译，射频辨认(RFID)技能，电子家产出书社，2001
3.  刘培国、毛钧杰，电波与天线，国防科技大学出书社，2004
4.  Foster P.R, Burberry R.A，Antenna problems in RFID systems, RFID Technology, 2001