CC430F5135的无线低功耗RFID系统设计_李广勇

CC430F5135的无线低功耗RFID系统设计李广勇1,孟祥志1,焦阳2,杨光1(1.山东理工大学电气与电子工程学院,淄博255049;2.中国人民解放军93453部队)摘要:针对目前RFID读卡器的功耗大、RFID管理系统不灵活等缺陷,设计了一种基于M SP430系列单片机CC430F5135为核心的无线低功耗RFID系统。

该系统具有功耗低、无线采集每个RFID读卡器数据、方便控制等特点。

介绍了CC430F5135特点及其内部集成的RF无线通信模块,分析了系统的结构原理,并详细分析了RFID读卡器模块、RF无线收发模块和管理系统模块。

实验结果验证了采用CC430F5135设计RFID系统的可行性,系统运行稳定可靠。

关键词:RFID系统;CC430F5135;低功耗;RF无线电中图分类号:T P872+.1 文献标识码:AWireless Low-power RFID System Based on CC430F5135Li Guangyou ng1,Meng Xiangzhi1,Jiao Yang2,Yang Guang1(1.Electronic and Electric Engineering Institute,Shandong University of Technology,Zibo255049,China;2.93453People s Liberation Army Troops)Abstract:For the defects of high power consumption and inflexible management of RFID card reader,a low-power and w ireless control RFID system based on CC430F5135is designed.The RFID system has low-power consumption and convenient control,and it can acquire the data of RFID card reader.The characteristics of CC430F5135are introduced,Its structural principle is analyzed.RFID card reader circuit,RF wireless module and the management system are introduced.Experimental results verify that the RFID system based on CC430F5135is feasible and that the system is stable and reliable,showing a great prospect.Key words:RFID system;CC430F5135;low-pow er;RF wireless引　言RF ID是一种非接触式的自动识别技术。

微型智能RF ID标签的应用得到了很大发展,可以自动识别高速运动物体以及同时识别多个标签。

它操作快捷方便,无需人工支持即可独立工作。

在智能楼宇等场合,进出人员流动性较大,繁琐的身份认证需要一种智能简单化的管理系统来实现。

RFID卡就是一种智能的识别方法,RFID管理系统能够解决人员管理难题。

开发的低功耗RFID读卡器模块和RFID管理系统,能够弥补目前RF ID系统领域出现的缺陷。

参考文献[1]设计的RFID标签采用的是以单片机为控制核心的读卡系统,但其缺少一个综合的管理系统。

参考文献[2]设计的RFID管理系统以凌阳单片机进行控制,采用M A X232线路进行通信,设计成本较高且应用范围有限。

针对以上缺点,设计一种基于M SP430系列单片机CC430F5135芯片为核心的读卡器模块和管理系统。

1　RFID系统运行原理本系统分为两部分。

一部分是管理中心,它由电脑和CC430F5135组成,其作用是收集所有RF ID读卡器模块识别的信息数据,实现数据的综合管理。

用户通过管理中心可以查看所有RFID读卡器模块识别的信息。

另一部分是RFID读卡器模块,它由CC430F5135控制读卡芯片M T P-K4来实现,RF ID读卡器模块的作用是识别射频卡上的号码,并将此信息通过内部的RF 无线电模块传输给管理中心。

管理中心和RFID读卡器模块均是通过RF无线电模块进行通信,实现了数据无线传输的功能。

RFID系统整体结构框图如图1所示。

系统启动后,管理中心通过CC430F5135内部集成的RF无线电启动所有的RFID读卡器模块,如果任何一个RF ID读卡器模块识别到RFID标签,它会通过CC430F5135内部集成的RF无线电模块将此信息传送给管理中心。

这样就能不断地刷新管理中心的数据,实现智能和实时控制。

图1　R FID 系统整体结构框图2　RFID 系统硬件设计RF ID 系统的硬件设计包括管理中心的硬件设计和RF ID 读卡器模块硬件设计。

2.1　管理中心硬件设计管理中心由PC 电脑和CC430F5135组成,电脑与CC430F5135通过RS232串口进行通信。

下面就管理中心的各个硬件部分进行详细介绍。

2.1.1　CC430F5135器件介绍CC430F5135是T I 公司的MSP430F5xx 系列MCU 与低功耗RF 收发器相结合的产品,可实现极低的电流消耗,采用电池供电的无线网络应用无需维修即可工作长达10年以上。

CC430F5135为16位超低功耗M CU ,具有16KB 闪存、A ES -128、2KB RA M 、CC1101无线电和US -CI ,供电电压为1.8～3.6V ,正常工作模式消耗电流为160μA /M Hz ,LPM 3消耗电流为2.0μA[3]。

2.1.2　电脑与CC430F5135硬件连接CC430F5137内部含有2个U SCI 模块,每个USCI 都可以通过相应的控制位选择为UA RT 串口、SPI 口或者I 2C 口。

在这里选择U SCI 为U A RT 串口模块,通过引脚复用,选择P2.7口为U A RT 串口的数据发送口TXD ,P2.6口为UA RT 串口的数据接收口RXD 。

在这里我们配置的波特率为115200,1个起始位,8个数据位,无奇偶校验位,1个地址位和1个停止位,因为CC430F5135不能直接与电脑进行通信,所以需要一个RS232电平转换芯片。

在这里选用了M AX3221型RS232接口芯片,其工作电压为3.3～5V ,其外部需要连接4个电容以维持系统运行。

M A X3221外接+3V 电源,并联2个电容能够获得较好的标准电压,/EN 直接接地使M A X232一直处于工作状态,CC430F5135的TX 端口与M A X3221的T 1O U T 端口相连,RX 口与R1IN 端口相连,M A X3221的T 1IN 端口与电脑的TX 端口相连,R1O U T 端口与电脑的RX 端口相连,这样就完成了CC430F5135与电脑的串口通信功能。

CC430F5135与电脑的硬件连接如图2所示。

2.1.3　CC430F5135的RF 无线电外围电路设计CC430F5135内部集成了CC1101无线电收发器,为图2　电脑与CC 430F 5135的硬件连接了提高数据的传输速度,本系统的RF 频率设为315M Hz ,信道间隔为20kHz ,数据传输速率为38.4kbps 。

在本系统设计中,发送功率最大可以达到-117dBm ,最大消耗电流为35mA ,最小消耗电流为18mA 。

实际中根据发射点与接收点的距离去设置功率的大小,可使功耗达到最低电路,外围如图3所示。

CC430F5135的供电电压为+3V ,外接晶振频率为26M Hz ,RF N 和RF P 为RF 无线电发射引脚,两引脚外接天线,功率可以达到-100dBm ,传输距离可以达到200m 左右。

图3　C C430F 5135的RF 无线电外围电路2.2　RFID 读卡器模块硬件设计RFID 读卡器模块硬件设计包括CC430F5135的RF 无线收发电路和RF ID 读卡器电路。

RF 无线收发电路与管理中心的RF 无线收发电路设计相同,在这里就不再给出硬件电路图。

根据业界的规定,RFID 系统的工作频段分为低频、高频和微波三个频段。

低频段范围为100～500kH z ,高频13.56M Hz ,微波频段有902～928M Hz 、2450±25M Hz 和5800±50M H z 。

选用M T P -K4射频收发模块来设计低频系统,它的供电电压为+5V ,工作频率为125kH z ,能识别EM 4001/4102或兼容卡。

M T P -K 4共有9个引脚,引脚3接高电平时,其输出格式为RS232T T L (ASC11)电平,接低电平时为韦根26位输出格式,在这里选择RS232输出格式,即引脚3接高电平。

如图4所示,CC430F5135的P2.6(RXD )和P2.7(T XD )口与M T P -K4的数据口相连,实现串口通信,CC430F5135的P2.5口控制显示读卡成功的LED 灯和蜂鸣器,P2.4接M T P -K 4的7脚,实现M T P -K4的复位功能。

图4　C C430F5135与MTP -K4硬件连接图3　RFID 系统软件设计RF ID 系统的软件设计包括管理中心软件设计和RF ID 读卡器模块软件设计。

3.1　管理中心软件设计管理中心通过LabWindows /CVI (简称CVI )软件进行控制,通过CV I 软件制作的控制界面可以控制整个系统的运行,控制界面如图5所示。

界面中包括启动监控系统和关闭监控系统,这两个功能按键作用是启动或关闭整个RFID 系统,当有正常人员进入时绿色指示灯亮,当有非法人员进入时红色报警灯亮。

按启动报警和关闭报警按钮可以控制报警功能的启动与关闭。

个人信息表列出了所有进出人员的名单,并且记录了进出楼门的详细时间;选择其中一个人员,会在人员信息中显示出这个人的所有详细信息,方便管理。

图5　管理中心控制界面电脑与CC430F5135通过串口进行通信,CC430F5135的工作流程如图6所示。

在开机运行时,CC430F5135会开始运行,然后进入配置阶段。

完成配置后,CC430F5135会进入到低功耗LMP 3模式中。

此时,CC430F5135的总中断、RF 无线接收中断和串口中断被打开,如果电脑发出控制指令,串口中断发生,则CC430F5135会从LMP 3模式中被唤醒,执行电脑的相关指令功能;如果RF 无线接收中断发生,CC430F5135会从LM P 3中被唤醒,开始接收RFID 读卡器发来的信息,接收完成后将此数据通过串口发送给管理中心,这样就完成了一个工作流程。