引言

RFID是一种非接触式的自动识别技术。微型智能RFID 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RFID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MAX232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MSP430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RFID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MTPK4来实现，RFID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RFID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 RFID系统整体结构框图

2 RFID系统硬件设计

RFID系统的硬件设计包括管理中心的硬件设计和RFID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TI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 MCU，具有16 KB 闪存、AES128、2 KB RAM、CC1101 无线电和USCI，供电电压为1.8～3.6 V，正常工作模式消耗电流为160 μA/MHz，LPM_3消耗电流为2.0 μA [3]。

2.1.2 电脑与CC430F5135硬件连接

CC430F5137内部含有2个USCI模块，每个USCI都可以通过相应的控制位选择为UART串口、SPI口或者I2C口。在这里选择USCI为UART串口模块，通过引脚复用，选择P2.7口为UART串口的数据发送口TXD，P2.6口为UART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MAX3221型RS232接口芯片，其工作电压为3.3～5 V，其外部需要连接4个电容以维持系统运行。MAX3221外接+3 V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MAX232一直处于工作状态，CC430F5135的TX端口与MAX3221的T1OUT端口相连，RX口与R1IN端口相连，MAX3221的T1IN端口与电脑的TX端口相连，R1OUT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。

图2 电脑与CC430F5135的硬件连接

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，为了提高数据的传输速度，本系统的RF频率设为315 MHz，信道间隔为20 kHz，数据传输速率为38.4 kbps。在本系统设计中，发送功率最大可以达到-117 dBm，最大消耗电流为35 mA，最小消耗电流为18 mA。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+3 V，外接晶振频率为26 MHz，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-100 dBm，传输距离可以达到200 m左右。

图3 CC430F5135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RFID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100～500 kHz，高频13.56 MHz，微波频段有902～928 MHz、2 450±25 MHz和5 800±50 MHz。选用MTPK4射频收发模块来设计低频系统，它的供电电压为+5 V，工作频率为125 kHz，能识别EM4001/4102或兼容卡。MTPK4共有9个引脚，引脚3接高电平时，其输出格式为RS232 TTL(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(TXD)口与MTPK4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MTPK4的7脚，实现MTPK4的复位功能。

图4 CC430F5135与MTPK4硬件连接图

3 RFID系统软件设计

RFID系统的软件设计包括管理中心软件设计和RFID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CVI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LMP_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。

图6 CC430F5135工作流程

3.2 RFID读卡器程序设计

射频卡一旦处于MTPK4读卡器读取数据的有效范围内，MTPK4就会将射频卡的数据自动读出，并通过引脚5传给CC430F5135。CC430F5135将读到的射频卡卡号与预先存储在CC430F5135存储器中的卡号进行比较，判断此射频卡是否为合法卡，如果为正常的合法射频卡，CC430F5135将此卡号经过内部集成的RF无线电发送给管理中心，这样就能不断地刷新管理中心的数据库；如果此卡为非法卡，会将非法进入信息发送给管理中心，报告

图7 读卡器模块程序流程

有人非法闯入，同时CC430F5135的P2.5引脚输出提示信息。程序流程如图7所示。首先CC430F5135系统初始化，然后会进入功耗LMP_3模式中，此时总中断、串口接收中断和RF无线接收中断被打开，一旦MTPK4读卡器有数据通过串口输出给CC430F5135，CC430F5135就会从LMP_3中被唤醒，并接收读卡器的信息，接收完成后将此信息通过内部的RF无线收发模块发送给管理中心，成功发送后进入到LMP_3中，这样就完成了读卡功能，如果管理中心给读卡器模块发送控制指令，CC430F5135会从LMP_3模块中唤醒，然后执行相应指令，包括关机，报警等操作。

结语

本文设计了一种基于MSP430系列单片机CC430F5135为控制核心的RFID系统。此系统包括管理中心和RFID读卡器模块，能够实现无线控制的功能。采用低功耗设计，达到了低功耗的要求，经过测试系统运行稳定可靠，有较好应用前景。