一种新型RFID收费系统设计方案

JA1000 和PCA82C250 接口连接示意图

　　2.4 无线模块

　　2.4.1 nRF24L01 芯片介绍。

　　无线芯片选用nRF24L01.它是2.4GHz 无线射频收发芯片，传送速率高达2Mbps,支持125 个可选工作频率，具有地址和CRC 校验功能，提供SPI 接口。

　　有专用的中断管脚，支持3 个中断源，可向MCU 发出中断信号。具有自动应答功能，在确认收到数据后记录地址，并以此地址为目标地址发送应答信号。支持ShockBurstTM 模式，在此模式下，nRF24L01 可以与低速MCU 相连。nRF24L01 在接收模式下可以接收6 路不同通道的数据。

　　2.4.2 nRF24L01 硬件接口连接。

　　如图5 所示，单片机通过模拟SPI 总线时序和nRF24L01 进行通信。其外部中断管脚IRQ 和单片机的P3.2（外部中断0）相连。

图5 nRF24L01 接口连接示意图

　　2.5 RFID 模块

　　2.5.1 MF RC500 芯片介绍。

　　RFID 模块选用飞利浦公司的MF RC500,它是目前广泛使用的RFID 芯片之一。MF RC500 支持ISO14443A协议，支持MIFARE 双接口卡，内部有高集成度模拟电路用于应答卡的解调和解码，具有64 字节收发FIFO 缓冲区和非易失性密钥存储器。此外，有专用的中断管脚，支持6 个中断源，可向MCU 发出中断信号。

　　2.5.2 MF RC500 硬件接口连接。

　　由图6 所示， MCU 将MF RC500 中的寄存器作为外部RAM进行访问。INT 管脚悬空，不使用中断功能。

图6 MF RC500 接口连接示意图

3 软件系统设计

　　在初始化单片机程序中，子系统A 外部中断设置为低电平触发，子系统A 的中断信号源由nRF24L01提供，当nRF24L01 收到数据后产生中断信号，通知MCU 来读取数据。子系统B 不使用中断功能。

　　在初始化nRF24L01 程序中，子系统B 配置为发送模式，使用16 位CRC 校验。使用自动应答功能，数据通道0 被设置为接收应答信号，其数据通道0 的接收地址必须与发送端的地址相等，以此来保证能正确的收到应答信号。一个系统最多可以有六个子系统A 组成，这6 个子系统的发送地址不能重复。子系统A 配置为接收模式，使用16 位CRC 校验，最多接收6 个通道的数据。这6 个接收地址和各子系统B 中的发送地址相等。

　　在初试化SJA1000 中，使用PliCAN 模式，波特率125Kbps,禁止接受和发送中断；输出控制寄存器配置如下：正常模式，TX 下拉，输出控制极性。此外，需正确配置验收代码寄存器和验收屏蔽寄存器，此配置用于CAN 总线仲裁功能的实现。

　　在初始化MF RC500 中，其主要设置如下：TX1和TX2 的输出配置为13.56MHz 能量载波；解码器的输入源为内部解调器；使用Q 时钟作为接收器时钟；禁止发送和接收中断；设置RxThreshold 寄存器值为0xFF,BitPhase 寄存器值为0xAD 等。

　　复位请求函数将在天线的有效范围内搜索Mifare1 卡，如果有卡存在，将建立通信连接并读取卡上的卡片类型号TAGTYPE.防碰撞函数使MF RC500 在多张Mifare 1 卡选择其中的一张。卡选择函数能够和已知序列号的卡进行通信。认证函数将Mifare 1 卡上的密码和MF RC500 的EEPROM 中的密钥进行匹配。

　　只有匹配正确后，才能进行对卡的读写操作。发送停机指令设置Mifare 1 卡为HALT MODE.

　　CAN 函数用于将有关数据发送至PC 机。本次设计采用查询方式以确保数据已经发送。通过查询状态寄存器中的标志位TBS、TCS 和TS 即可确认是否数据发送完毕。类似的，在无线函数中为确保数据已经发送，通过查询状态寄存器中的TX_DS 即可。

图7 子系统A 软件流程

图8 子系统B 软件流程图

　　4 系统测试

　　首先，对RFID 模块进行了测试。将MIFARE 1卡放入天线有效范围内，对该卡进行读写操作，并将相关数据显示在液晶屏上。经过该测试，RFID 模块读写正常。 随后，测试该系统传输网络的实时性，本文以温度数据的无线传输进行测试。测量温度的装置为DS18B20 单线温度传感器。将该温度传感器连接至子系统B 中，温度传感器每隔一秒对室内温度采样一次，微控制器读取温度数据并通过无线网络发送给A 子系统，A 子系统接收数据并通过CAN 总线发送至PC 端。

　　PC 端使用Visual Basic 6.0 编写上位机程序，上位机将温度数据绘制成曲线并写入文本。温度曲线如图8 所示，其中温度值的精度为1 摄氏度。通过对温度曲线图和文本数据的对比观察，发现温度数据无异常， 数据没有出现丢失情况。

图9 温度曲线图

　　5 结语

本文利用了CAN 总线取代RS-485 总线，克服了后者存在的缺点。同时还使用了无线技术，在减少大量布线工作的同时，充分利用了nRF24L01 多点通讯的功能。在系统搭建完成后，笔者对系统进行了长时间测试。测试结果表明：数据传输稳定，可靠，实时性高，克服了传统基于RS485 总线设计的RFID 收费系统的缺陷，具有较强的