基于FPGA的RFID讀寫器設計

摘要：設計并提出一種高頻射頻識別系統讀寫器設計的新方案。讀寫器采用MF RC500射頻讀寫芯片，以FPGA作為處理器，符合ISO／IECl4-443標準，工作頻率為13．56MHz，讀寫距離為10cm左右。給出了讀寫器硬件系統的組成和軟件工作流程，對同時讀取多張卡的情況進行了分析，實現了防沖突算法。
關鍵詞：射頻識別；改進米勒編碼；曼徹斯特解碼；現場可編程門陣列

O 引言
射頻識別技術(RFID)是一種非接觸的自動識別技術，通過無線射頻的方式進行非接觸雙向數據通信，對目標加以識別并獲取相關數據，可用來追蹤和管理幾乎所有物理對象。與條形碼識別技術、光學符號識別技術、生物識別技術、IC卡識別技術等自動識別技術相比，RFID以它特有的無接觸、抗干擾能力強、可同時識別多個物體等優點而逐漸成為自動識別中最優秀和應用最廣泛的技術之一。在工業自動化、商業自動化、交通運輸控制管理、防偽等眾多領域，甚至軍事用途都具有廣泛的應用前景。RFID系統一般包括應用系統(PC主機)、讀寫器和電子標簽三個部分。RFID電子標簽(Tag)由微芯片與天線組成，每個標簽具有唯一的電子編碼。標簽附在物體上以標識目標對象。讀寫器(Reader)控制射頻模塊向標簽發射讀寫信號，接收標簽的應答，并將信息傳輸到主機以供處理。用戶可以通過相關控制主機或者本地終端發布命令以改變或者定制其工作模式以適應具體應用的需求。本文重點介紹讀寫器的開發。

1 讀寫器硬件結構設計
其設計以現場可編程門陣列(FPGA)作為處理器，MF RC500收發芯片作為射頻模塊，通過RS232串行通信模塊和電平轉換接口MAX232與上位機相連。系統硬件原理見圖1。

1．1 射頻模塊
讀寫器對標簽的讀寫是通過發送射頻能量和對回波的接收實現的。射頻模塊一方面將數字模塊送來的信息完成調制放大并發送，另一方面接收回波信號將其解調成基帶信號，送到數字模塊。讀寫器的RF前端子系統主要負責對電子標簽數據的讀取與寫入。核心芯片MF RC500由飛利浦公司生產，主要應用于13．56MHz射頻信號的產生、調制、解調等功能。它支持ISO14443A所有的層，適用于各種基于ISO／IEC 14443A標準并且要求低成本、小尺寸、高性能以及單電源的非接觸式通信的應用場合。MF RC500負責與電子標簽的射頻通信，通過并行數字接口直接連接到處理器。內部的發送器部分不需要增加有源電路就能直接驅動近距離操作的天線(可達10cm)。接收器部分提供一個堅固而有效的解調電路，用于ISOl4443A兼容的應答器信號。