基于嵌入式Linux的RFID信息采集与处理系统

射频识别( RFID) 是一种非接触式的自动识别技术,它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据, 识别过程无需人工干预, 可工作于各种恶劣环境。RFID 技术在许多领域得到应用, 如停车场管理、集装箱运输管理系统等。在大多数应用中, 只要求有固定的阅读器,但在某些特殊系统中(如集装箱运输管理系统),不仅要求有固定的阅读器, 而且还要求有手持式读卡器。  

TagMaster AB 公司是世界知名的RFID 读卡器制造商。它提供性能优良的固定式阅读器,也提供一种手持式阅读器。手持式读卡器由Caiso 公司的工业级PDA( Personal Digital Assistants ) 和TagMaster AB 公司的S1510组成。PDA 虽然功能强大,但有如下缺点: (1)提供的触摸屏输入方式过于精细, 不适合工作人员现场操作; (2)TFT 液晶显示屏在强光下显示效果差, 耗电量大,并且在低温下( 0℃以下) 无法工作, 因此不适合室外工作;(3)采用Microsoft 公司的商用系统WinCE, 成本高。

本文介绍一种基于嵌入式Linux 的便携式RFID 信息采集与处理系统。它采用高性能的32 位ARM920T 系列微处理器、8键的键盘及OLED 显示屏, 结合S1510 实现了对电子标签卡信息的采集、处理及实时显示, 很好地解决了上述问题。

1 系统组成

系统采用Atmel 公司的AT91RM9200 32 位高性能处理器、TagMaster 公司的S1510 及OLED显示模块等实现电子标签卡信息的采集、处理、实时显示及与上位机通信等功能。系统组成如图1。

1 .1 微处理器

系统采用Atmel 公司以ARM920T 为核心的AT91 系列微处理器AT91RM9200。它最高主频可达180MHz,具有先进的节电技术, 集成了SDRAM、Flash、红外、USB 等接口。系统采用USB( Universal Serial Bus )及红外方式与上位机通信。红外方式采用Agilent 公司的HSDL- 3602 红外收发器实现。

1 .2 射频识别模块

射频识别模块采用瑞典TagMaster AB 公司的2.4GHz 产品S1510。该模块体积小, 专为手持设备设计,可以采集1米内各种电子标签上的数据。它通过USART串口与处理器通信, 接口简单, 易于硬件实现。为了保证数据的可靠传输, 模块与微处理器通信采用TagMaster AB公司开发的应答式串口通信协议ConfiTalk。ConfiTalk 协议是一种面向字符的应答式串行通信协议。它每次传输一定长度的数据块( 帧) ,每个帧包含帧头(STX)和帧尾(ETX)。为了提高数据传输的可靠性,每帧又加入了8 位的校验位(CS)及地址位(ADR)。帧的结构如图2。




MESSAGE 代表任意长度的信息。协议规定微处理器发送给S1510 的帧为命令帧, 返回的帧为应答帧。本系统使用的S1510是TagMaster AB 公司的最新产品, 它支持基于ConfiTalk 协议的MAIL 命令方式的数据传输。

MAIL 命令方式通信也就是把帧中的MESSAGE 域统一成四种格式, 其中命令帧有MAIL_SEND 和MAIL_RECEIVE两种,分别表示S1510 接收用户信息和返回卡信息(包括卡号、卡状态和卡存储的数据), 如图3。


应答帧有两种: MAIL_SEND 的应答帧和MAIL_RECEIVE的应答帧, 如图4。


图4 中, 36 表示S1510 使用MAIL 方式处理命令帧和应答帧, 而4、5 表示S1510命令帧的类型(MAIL_SEND或MAIL_RECEIVE); Status 表示该命令的执行状态( 成功或失败) ; MAIL_SEND命令帧中的Data 域表示用户要进行的操作及参数, 如使Data=WRITE: 参数: 数据, 即表示用户要将数据写入电子标签卡;MAIL_RECEIVE 的应答帧中的Data 域为用户所要求得到的数据。  

当使用MAIL 命令方式读写标签卡时, 用户只需要按帧的格式填充各域, 然后利用ConfiTalk 协议提供的API 函数发送到S1510即可。命令清晰明了, 大大方便了用户的开发。

1 .3 OLED 显示模块

系统采用莱宝科技有限公司的OLED 显示模块RGS24128064YW001。有机发光显示器OLED ( Organic Light Emitting Display) 被誉为“梦幻显示器”。与液晶屏相比, OLED 显示屏更轻更薄、可视角度更大, 能够显著节省电能, 并且在-40℃的低温下仍可以正常工作。

RGS24128064YW00 1 具有串行和8 位并行数据接口。系统采用8 位并行接口与微处理器通信。

1 .4 SDRAM 和Flash 及自定义键盘

系统采用32 位的同步动态随机存储器(SDRAM)作为系统内存, 16 位的Flash 作为不可丢失数据存储器。用户可以通过8键的键盘进行各种操作, 如读卡、写卡等。

2 系统软件设计

系统软件是整个系统的灵魂, 其设计的好坏直接影响系统的稳定性和可扩展性等性能。系统设计将软件分为两层结构, 如图5所示。最下面一层为操作系统层, 主要实现对Linux 操作系统的移植和各种设备驱动程序的编写, 包括OLED 模块、USB? Device、红外、键盘等设备驱动程序。上一层为应用程序层, 主要实现卡信息显示、键盘扫描、电子标签卡读写、文件传输、时钟以及电池电量检测等功能。