AT89C51與nRF401芯片在RFID系統中的應用

文章出處：http://www.xujuanpiju.com 作者：劉栗舟 王豪才 段 銳 李海華   人氣： 發表時間：2011年10月29日

1 RFID系統簡述

RFID即為非接觸的識別系統，它是一種從20世紀90年代興起的一項自動識別技術，它利用無線射頻方式進行非接觸雙向通信，以達到識別目的并交換數據，其數據存儲在電子數據載體（稱應答器）之中。然而，應答器的能量供應以及應答器與閱讀器之間的數據交換不是通過電流的觸點接通而是通過磁場或電磁場，這方面采用了無線電和雷達技術。射頻識別是無線電頻率識別的簡稱，即通過無線電波進行識別。同其他識別系統相比，射頻識別系統具有許多優點。因此，射頻識別系統開始占據了巨大的銷售市場。這方面的例子有:用非接觸Ic卡作短距離公共交通車票、公路收費系統以及在安全系統、銀行、醫院、商店、賓館及個人通信等場所廣泛應用的無線呼叫系統，該系統與其他有線通信系統相比有著性能及成本的優勢。對于該系統在后而我們將較為詳細地敘述。

2 基于AT89C51與nRF401的RFID系統設計

2.1  AT89C51單片機簡述

AT89C51是一種低功耗高性能的8位單片機，片內帶有一個4k字節的Flash可編擦除只讀存儲器(PEROM），它采用了CMOS工藝和ATMEL公司的高密度非易失性存儲器(NURAM)技術，而且其輸出引腳和指令系統和MCU_51系列單片機兼容。片內的Flash存儲器允許在系統內可改編程序或用常規的非易失性的存儲器編程器來編程。同時已具有三級程序存儲器保密的性能:

在眾多的51系列單片機中，要算ATMEI公司的AT89C51更實用，因為它不僅和MCU_51系列單片機指令、管腳完全兼容，而且其片內的4k程序存儲器是Flash工藝的，這種下藝的存儲器用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫。所以說這種單片機對開發設備的要求很低，開發時間也大大縮短。寫入單片機的程序還可以加密，這又很好地保護了所有者的勞動成果。


2.2  無線收發芯片nRF401簡介

發射接收芯片采用挪威Nordic公司新推出的集發射接收為一體的nRF401無線數傳芯片，它是一個為433MHz ISM頻段設計的真正單片機UHF無線收發芯片，采用FSK調制解調技術。最高工作速率可達20k,發射功率可以調整，最人為+lOdBm。 nRF401集成度高，工作頻率穩定可靠，外圍元器件少，功耗極低，適合便攜式產品的設計。在以下設計的電路中(如圖3所示)通過AT89C51的P2.5口控制射頻芯片的PWR_UP，使其為“1”時表示進人正常工作模式，為“0”時表示進人待機模式;P2.6接射頻芯片的CS,控制發送接收頻率，為“1”表示工作頻率為434.32MHz.為“0”表示工作頻率為433.92MHz . P2.7控制射頻芯片的TXEN端，使其為“1”表示進人發送模式，為“0"表示進人接收模式。

2.3  系統設計

如前所述，AT89C51單片機片內帶有一個4k字節的Flash可編程可擦除只讀存儲器，這就決定了在某些方面其自身的優越性。眾所周知，編寫程序絕大多數需要反復調試，數次修改，AT89C51的可擦除可編程特性極大地方便了編程者的調試修改工作因此，在RFID系統中，AT89C51單片機得到了充分的應用。下面將以作者參與設計的無線呼叫系統為例詳細說明。

在酒店等服務行業中，無線呼叫系統有很大的應用前景，而把AT89C51作為控制部分應用于無線呼叫系統中將使系統功能更加靈活。系統包括發射和接收兩部分:發射部分由按鍵、AT89C51單片機控制器和nRF401芯片組成;接收部分由nRF401、AT89C51一單片機控制器和LED顯示以及蜂鳴報警器組成。在發射器中有約定的數據代碼，當按鍵時將數據代碼送入nRF401芯片，由它向外發射，同時接收部分由單片機控制nRF401芯片接收數據代碼并顯示報警，為了增強系統靈活性，發射器中的數據代碼可以通過接口電路即時地輸入，并且接收器收到信號后反饋信息給發射器，即采用半雙工的工作方式。

圖2為復位電路，在此我們采取手動復位的方式。圖3為發射控制部分電路，其實際功能是當按鍵按下時，與之相連的發光二極管閃耀，同時蜂鳴器發出報警聲，從而在視覺和聽覺上一起提醒呼叫者操作成功。其中的C14為退耦電容.可以為2.2 μF的電解電容。同時，因為AT89C51內部有程序存儲器，31腳接高電平（VCC），單片機啟動后直接在內部讀取指令。圖4為無線發射電路，采用環狀差分天線。

（2)接收電路

圖5為接收電路示意圖，它由接收芯片nRF401、并行接口芯片8155、單片機AT89C51及共陰極LED和語音報警提示電路等組成。CH1000是一種專為蜂鳴器設計的雙極型集成電路，當RF401接收到信號之后，其輸出驅動外接壓電片HD發出報警聲。單片機通過并行接口8155驅動LED顯示。

2.3.2  系統軟件部分

軟件設計時，要注意RF401模塊工作模式切換時，編程中要做相應的延時處理。另外一個值得注意的問題是在無線呼叫系統進行工作時，可能會出現同時有幾個發射器處于接收器的工作范圍內，這樣當有兩個或兩個以上的發射器同時發送數據時就會出現數據相互的干擾(碰撞)，所以就必須制定適當的通信方式。一般在RF1D系統中有兩種不同的基本通信方式：

第一種通信方式：從接收器到發射器的數據傳輸為第一種通信形式。發送的數據流同時被所有的發射器接收，此方式稱為“無線廣播”(Radio)。

第二種通信方式:在接收器的應答范圍內有多個發射器的數據同時傳輸給閱讀器，這種通信方式稱為多路存取。這是RFID系統中的主要通信方式之一。

RFID系統是個小的無線局域網，所以應選用比較簡單的多路存取方法。可以使用在RFID系統中的多路存取方法有ALOHA法，時隙ALOHA法，動態時隙ALOHA法，“二進制搜索”算法和“動態二進制搜索”算法等，在我們的無線呼叫系統中使用的是“動態二進制搜索”算法，這種算法有效地避免了通信碰撞問題。

使用RF技術傳輸數據時很容易受外界的千擾：使傳輸的數據發生改變導致錯誤。校驗是用以識別并以一定的措施進行數據校正的方法。在電路設計中經常使用的校驗方法有循環冗余校驗法(CRC)、海明碼、奇偶校驗碼等，本設計中采用最為簡單的檢錯碼——奇偶校驗碼。奇偶校驗是一種簡單的廣泛使用的校驗方法。這種方法是把個奇偶校驗位組合到每一字節中，并被傳輸，即每字節發送九位，在數據傳輸前必須確定是用偶數校驗還是用奇數校驗，以保證發射器和接收器二者都用同樣的方法進行校驗。本設計采用偶數校驗。

3  結束語

本系統的無線通信采用半雙工方式，偶校驗。為了防止干擾，在做PCB板時采用1.6mmFR4板材的雙面板。通信距離100mm，運行可靠。

參考文獻：

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