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论文研究-基于ARM和nRF24L01的RFID读写器设计 .pdf 评分:

基于ARM和nRF24L01的RFID读写器设计,邵明星,,近年来,随着物联网技术的逐步升温,RFID射频识别技术作为物联网的核心技术正受到越来越多的的重视。RFID设备分为RFID电子标签和RFID��
国科技论文在线 ttp:/www.paper.edu.cn nRF24L01射频模块的电路接∏设计如图所示。其中各引脚的具体功能如卜:CE为 数据发射和接攻的使能端;SCK为SPI时钟(由MCU提供)输入;CSN为SPI的片选使能 端;MoSI为SPI数据主机输岀从杌输入端;MISO为SPl数据主机输入从机输岀端:;IRQ 为中断输出; VDD PA为功率放大器供电1V;IREF为参考电流端;VDD为电溟输入端 接Ⅴ直流电源,并联两个电容去耦,对干扰信号进行滤波;ⅤSS为参考接地端;XCI, XC2为晶振端,本设计中接16M晶振为芯片提供时钟信号,可调节振幅;ANT1,ANT2为 天线接口端,设计中采用PCB天线,且需要注意的是,天线下面不要铺铜,以免影响数据 包的发送与接收。 Kn nRE4LOI 402 2正 图2nRF24L01射频发射模块接口电路 软件设计 通信 S3C2440和nRF24L01之间通过SPI接口连接,S3C2440可以通过SPI接口向nRF24L01 发送指令对其寄存器进行配置并控制其进行数据的收发。本没计中为了满足软件程序的可移 植性和接口的可扩展性,采用IO口模拟SPI通信的方式。定义S3C2440的GPE13作为 SCK,GPE12作为MOSI,GPE11作为MSO。根据SPI通信协议,首先在SCK为低电平 吋,输出数据byte的高位BIT7到MOSI,byte中的数据依次左移·位,然后把SCK的电平 拉高,读取MISO上的一位数据到byte的最低位,再将SCK输出电平拉低,又一次输出byte 的最高位,然后左移,将接收的数据写到byte的BlI0位,如此重复,循环八次就完成了 个字符的输出。代码如下: char spi rw(char byte) char bit ctr for(bit ctr=0; bit ctr; bit ctr++) 3 国科技论文在线 ttp:/www.paper.edu.cn if(byte 0x80) s3c2410 gpio selin(MOSI.1) s3c2410 gpio setin(MOSI,O) (byte < I 3c2410 gpio setin(scK, 1) byte F=s3c2410_gpio gelin(MISO) S3c2410 gpio setpin(scK, 0); (byte) 在此基础上,可以编写常用的工具函数,用于向nRF2401传递指令,配置寄存器等功 能,设计的工具函数有: (1)函数原型; char spi write reg( char reg, char value) 功能:写一个字节数据 value到寄存器,Reg是寄存器地址值。 (2)函数原型: char spi read reg( char reg) 功能:读寄存器的值并返回,reg为寄存器地址 (3)函数原型: char spi write bufi( char reg,char*pBuf, char bites) 功能:将pBuf指向的字符数组写到寄存器,主要用于对多字节寄存器的写操作 4)函数原型: char spi read buf( char reg,char*pBuf; char bytes 功能:从多字节寄存器读值,并保存在 pBuf指针指向的字符数组中。 字符驱动框架 设计nRF24L0l字符设备驱动的结构体,如卜所示: struct nrF24lo1 dev struct cdev cdev ∥字符设备结构体 insigned int rx buf len /接收缓冲区长度 unsigned int Lx buf len; ∥发送缓冲区长度 unsigned char ix bulTX PLOAD WIDTH 接收缓冲区 unsigned char tx bufItX PLOAD Width 发送缓冲区 struct semapl em, ∥倍号量,用于同步 wait queue head tr wait 读阻塞队列 wait qucuc head t w wait 写阻塞队列 此外定义了操作函数集框榘如下 static struct file operations nrf fops=( owner THIS MODULE nrf ioctl write nrf write, read nr read nrf open relcasc =nrf rclcasc 4 国科技论文在线 ttp:/www.paper.edu.cn 其中相应的函数定义如下: (1)数原型: static int nrf oper( Lruct inode* inode, struct lile*rl) 功能:注册中断函数 (2)涵数原型: static int nrf release(struct inode* inode, struct file*fle) 功能:注销中断函数 (3)涵数原型: static ssize t nrf read( struct file*fl, char user*buf, size t len, loff t ppos) 功能:当没有接收到数据,该函数通过等待队列实现用户态的阻塞,并执行 schedule 函数执行其他进程,当接收中断产生,唤醒等待队列,将接收到的数据拷贝给用户态的bufs (4)函数原型: static ssizc t nrf write( struct filc*file, const char_uscr*data, sizc t len,loff L*ppos) 功能:和 nrf read函数的原理一样,通过阻塞的方式发送数据 (5)函数原型: static int nrf ioctl( struct inode* inode, struct file*fle, unsigned int cmd, unsigned long arg) 功能:对nRF24L01的寄存器进行一些配置 对于驱动程序,当应用程序进行read(O, witco等系统调用时,若设备资源不能获得, 而用户又希望以阻塞的方式访问设备,此时,就应该在驱动设备函数的 nrf rcad(O和 nrf write 中,将进稈阻塞直到资源可以获取,此后read(O, write函数才返回。如果设备驱动不采用 阻塞的方式,应用程序想获取改备资源只能不停地查询,这反而会浪费CPU资源,而阻塞 访问时,不能获取资源的进程将进入休眠状态,将CPU资源让给其他进程阿。所以,当进 程进入休眠状态之后,必然需要其能在一定条件下能够被唤醒,因此在驱动的中断处理函数 中,设定了相应的唤醒操作。该驱动程序的设计中采用了 Linux内核中的等待队列来实现阻 塞进程的唤醒。 结论 本文详细描述了基于S3C2440和nRF24L01的RFID读写器设计方法,充分利用了ARM 平台在速度上的优势和对 Linux系统的良好支持,成功的解决∫传统读与器功能单一、可扩 展性差的问题。在实际应用中,可在本文设计的RFID读写器的软硬件平台基础上,扩充其 他的功能组件,以应用于物联网、传感器网终等特定的领域。 参考文献 [1]张萓强,郑铭,张其善.远距离无源射频识別系统设计J.遥测遥粹,204,4:45~49 [2]强新建,田泽,刘天时.基于S3C240的触摸屏驱动稈序实现[航空计算技术,2007,37(4):85~ [3] nRF24LO1 Single Chip 2. 4GHz Transceiver Product Specification[Z]. Nordic, 2003 [4]陈航,杨旭东.基于MSP430F2012和nRF24L01主动式电子标签的设计[A].2009年中国高校通信类院 系学术研讨会论文集[C].2009.49~53 [5]赵亮.单片机C语言编程与实例[M.北京:人民邮电出版社,2003. [6]宋宝华. Linux设备驱动开发详解M].北京:人民邮电出版社,2008

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