摘要：针对现在运用广泛的有线传输射频辨认阅读器，提出了一种以EMZ3118 ZigBee为无线收发器，在传统的RFID射频辨认阅读器上进行无线功用拓宽的无线传输射频辨认体系。无线传输射频辨认体系首要包含与上位机进行无线通讯的功用模块和RFID射频辨认阅读器模块，要点对EMZ3118 ZigBee模块的作业原理、运用装备、RFID射频读写电路的规划及作业原理进行了具体介绍。测验成果显现，该规划具有必定实践运用价值。
关键词：EMZ3118 ZigBee;无线传输;射频辨认
导言
射频辨认(RFID)技能是一种自动辨认技能，被广泛运用于动物辨认、铁路车皮辨认、自动高速公路收费、航空行李处理、财物盯梢、公共交通等。该体系首要包含电子标签和阅读器两部分，两者之间经过电磁波进行通讯。经过这种办法阅读器可以远间隔、非触摸地读出电子编码中的一切信息，并经过串口将数据传输到办理主机中，供作业人员记载读取。
实践运用中，阅读器和主机之间是经过串口或网口进行通讯的，这种通讯办法会构成射频辨认体系布线繁琐、本钱高、工程量大。一旦体系装置完结后，就不能随意变化方位，下降了体系的重复利用率。
为了使射频辨认体系可以打破方位约束、节约空间、下降本钱及减小工程量，对传统的阅读器进行了从头规划，完结了阅读器和主机之间无线办法的信息交互传输。
1 全体规划方案
无线传输射频辨认阅读器的体系结构如图1所示，首要包含ZigBee模块、主控模块、RFID射频读写模块、天线模块、USB转串通讯模块和电源模块。
运用了一对ZigBee模块，一个规划在阅读器内，另一个独立规划成带USB接口的信息收发器，装置在上位机上。主控模块是以STM32F107VCT6 为中心的微操控体系模块，RFID射频读写模块担任数据的传输和信号的处理作业，以及对电子标签进行读写操作。中心芯片是EM4094(USB转串通讯模块)，首要作为备用上位机读写通道规划，当无线通讯间隔超出有用规模或许无线通讯发生毛病时，可以运用串口通讯衔接上位机及阅读器。天线模块选用传统规划，这儿不做要点介绍。
此外，还规划了音频报警和信号指示，别离用来提示操作人员读卡是否成功指示阅读器通讯或电源的状况。
2 硬件电路规划
2.1 ZigBee模块
EMZ3118模块是依据STM32W108的一款完好的嵌入式ZigBee运用模块，带外部射频功率放大器(PA)，发射功率最大为+20 dBm(100 mW)。模块供给了ZigBee/IEEES02.15.4兼容的无线解决方案，可满意低本钱、远间隔的无线传感网运用需求。
EMZ3118选用先进的体系级芯片STM32W108，具有安稳牢靠的Ember ZigBee Pro协议栈、开发简略快捷、便于集成ZigBee解决方案、通讯规模广、网络牢靠性高。最大传输间隔为1.6 km，具有24个GPIO端口、4个中止端口、支撑两个串行接口、6路12位A/D端口。支撑点到点、点到多点、P2Pmesh的网络协议，还供给16个直序扩频信道。EMZ3118引脚基本上都对应到STM32W108的引脚上。
规划中使能EMZ3118的外部射频功率放大器(PA)，有必要进行一些简略的装备。该模块运用4个CPU引脚来操控外部功放，依据他们的功用界说做出相应的装备，如下所示。
PA3：输出操控引脚，用于操控外部功放的供电。设置为0，外部功放电源翻开;设置为1，外部功放电源封闭。
PA6：输出操控引脚，外部功放的使能操控。设置为0，外部功放不作业;设置为1，外部功放作业。
PA7：输出操控引脚，用于挑选射频信号的输出天线。设置为0，射频信号从UFL天线接口输出;设置为1，射频信号从MMCX天线接口输出。
PC5：外部功放收发切换操控引脚，这个引脚需求设置为特别功用输出形式。
本规划中EMZ3118直接运用外置天线，无需规划。
2. 2 主控芯片
STM32F107VCT6是意法半导体推出的全新STM32互连型(Connectivity)系列微操控器中一款功能较强的产品。该芯片依据ARM Cortex—M3内核，具有256 KBFlash和64 KB SRAM，作业频率可达72 MHz。其集成了多种高功能工业标准接口：一个全速USB(OTG)接口、两个CAN2.0B操控器、一个硬件支撑IEEE1588准确时刻协议 (PTP)的以太网接口(由硬件完结该协议可下降CPU开支，进步实时运用和联网设备同步通讯的响应速度)。此外，该微操控器还支撑以太网、USB OTG和CAN2.0B外设接口一起作业，因而只需一块芯片就能规划整合一切这些外设接口的网关设备。
规划中运用100引脚的STM32F107VCT6，EMZ3118与主控芯片的电路衔接原理如图2所示。
图2中，EMZ3118和主控芯片之间进行SPI通讯，EMZ3118为主控芯片的从设备。PA6为主控芯片在自动形式下的数据输入端(SDO);PA7 为主控芯片在自动形式下的数据输出端(SDI);PA5为串口时钟(SCK);PA4为从设备挑选端(NSS)，用来使能ZigBee模块;PA3用来操控EMZ3118的外部Rx/Tx切换逻辑操控端。
2.3 RFID射频读写模块
RFID射频读写模块中的中心器材是EM4094芯片，是一款集成收发器芯片，可用于构成RFID阅读器的模仿前端读写基站模块。EM4094支撑一切EM公司频率为13.56 MHz的收发器芯片，支撑ISO15693协议、ISO14443协议和Sony Felicia协议。
EM4094三个不同的电源引脚别离是VDDA1、VDDA2和VDD。其间，VDDA1和VDDA2为内部天线驱动器ANT1、ANT2供电，每个驱动器需求独立供电。因为两个驱动器或许发生较大的电流，为了给天线供给满足电能，需求在VDDA1及VDDA2引脚间接入一个3.3 μF电容，再别离并联一个1 nF和100 nF的电容，对电源进行滤波和去耦。VDD用于给其他的内部逻辑电路供电。在这个电源线上相同并联一个1 nF和100nF的电容对电源进行滤波和去耦。这3个电源施加相同的电压(5 V或3.3 V)，一切电源线都应当与模仿地相连。
在OSCOUT和OSCIN两头外接13.56 MHz的晶振，用来供给脉冲信号，该信号被送至天线驱动器输出端。为了保证晶振的起振以及安稳性，在晶振两头跨接两个NPO电容。NPO电容的巨细由EM4094芯片的可选跨导和晶振参数决议。
为了保证阅读器内部芯片的安稳性及牢靠性，别离用100 nF和1 nF的电容对带隙参阅输出(AGD)电压进行去耦。
引脚ANT1和ANT2是两个天线驱动器的输出端，它们可同相或反相驱动，假如将阅读器天线与EM4094芯片集成到同一块PCB板上，便可选用直接天线衔接的办法。这种情况下，天线线圈和串联的电容构成LC振动回路，回路的谐振频率规划为阅读器的频率。串联一个电阻可以按捺品质因数，且将天线电流规划在 EM4094额定电流值以下。当作业于其谐振频率时，天线即可取得较高的输出功率。
引脚RFIN1、RFIN2是该芯片接纳链上的输入引脚，用来解调芯片收发器发送过来的数据。该引脚上的电压应规划在VDD和GND之间，这两个输入规划有必要具有相同功能及相同灵敏度。别的，外接一个阻抗匹配电路，这两个输入端就可用于解调输入相位或起伏来调制信号。没有运用的输入引脚要经过一个10 nF电容接到模仿地，高灵敏度的输入引脚使得读卡器即便在电子标签最小的电源级别上，还能具有较远的读写间隔。
引脚EN用于封闭或使能阅读器电子电路，该引脚可由一个外部单片机进行操控。
在SPI串行通讯形式下，引脚DIN用于数据输入，引脚DOUT用于数据输出，引脚DCLK用于SPI总线的时钟信号。SPI接口可用来对读写器芯片内部的位寄存器进行设置，并参加不同模块参数的设定。在正常形式下，可经过在DIN引脚上施加逻辑电平来封闭或翻开天线驱动器。在DOUT引脚上可直接读取引脚DIN上的应对信息。
RFID射频读写模块电路作业原理图如图3所示。
2.4 天线模块
天线担任发送阅读器对电子标签的读写指令，一起接纳标签回来的数据。在射频辨认体系中，天线线圈可看作两个彼此耦合的电感。两个电感谐振频率有必要规划在阅读器作业频率(即13.56 MHz)邻近，才干使得电感的耦合程度最高，因而有必要先知道天线线圈的电感值，再调配恰当的电容值，依据不同的运用计算出天线的品质因数和电感的电阻值。
本规划中，参阅demo板的参数规划，在PCB板上印刷天线线圈、矩形形状。圈数为4圈，线圈外圈长6.8cm、宽5.5 cm、线宽1 mm、线距离0.2 mm、并联一个3.3kΩ的电阻，容性的阻抗匹配网络(8.2 pF+120 pF并联)电容值串联56 pF+680 pF并联后的%&&&&&%值。
USB转串口通讯模块选用常用电路，电源模块相关电路除了给芯片EM4094两个独立供电电源运用了磁珠阻隔，其他的也选用了常用电路。
3 软件规划
3.1 上位机软件规划
上位机软件首要完结对远端阅读器的读写操作。上位机软件经过RS485口向EMZ3118发送带有阅读器地址的读写指令，EMZ3118将指令无线传输给远端EMZ3118接纳并解析。契合接纳阅读器地址的指令会发送给主控芯片，主控芯片进一步解析指令后对阅读器进行相关读写操作，并监测阅读器对指令履行的成果是否正确，一起将相关的成果数据原途径传输给上位机，阅读器的作业状况实时显现在作业状况灯上。本规划中的上位机选用C#开发。
3.2 下位机软件规划
下位机软件包含ZigBee模块自身的收发装备、阅读器驱动及作业程序规划、主控芯片的初始化及网络通讯程序规划，以及体系操控、串行 Flash存储、硬件外围模块驱动、EMZ3118为ZigBee模块的Host驱动、其他接口驱动等。本文要点介绍EMZ3118的Host驱动，软件架构如图4所示。
EMZ3118为ZigBee模块的Host驱动，完结STM32F107与EMZ3118模块的SPI通讯并供给通用SPI读写能力。代码结构如下所示：
Assemble Command and put it into cmdbuf.
While(get_EMZ3118_int_status());
Spi_send_data(cmdbuf，cmdlen);
Recvlen=spi_rec_data(resbuf);
Handle response buffer.
其间，函数get_EMZ3118_int_status()用于获取模块/INT状况。
结语
经过实践测验，本体系可以经过无线传感网络长途对RFID射频辨认阅读器进行读写操作，一起操控RFID射频辨认阅读器对电子标签进行读写操作。体系作业安稳牢靠、传输数据正确、反响时刻短，具有较高实践运用价值。
