國立高雄應用科技大學
參賽隊員：盧南彰、廖予中
指導教師：盧春林
本文所謂的RFID，是RF(Radio Frequency)Identmcation Systems的縮寫，是一種非接觸式的身份識別裝置，現在常用的感應式門禁磁卡或家犬所植入的芯片，都是RFID的相關應用。
RFID的卡片部分具有成本低、體積小、感測容易等優點，一直以來就不停地被開發應用。不過，早期RFID都使用125 kHz和13 MHz的頻帶，其使用頻率較低，只能利用調整電路共振頻率來傳送身份數據，因此感應距離較近，應用自然受到限制。
圖 1 RFID系統
二、功能說明
RFID的Reader功能相當復雜，不僅需要操控2.4 GHz的收發機，還需辨識所接收到的每‘批數據，尤其足必須具有“防碰撞”的功能，以及將辨識的結果通過LCD顯示，甚至經由標準連接接u卜傳給PC機做進一步處理，因此，需要Nios的幫忙才能完成．上述功能。
這里所謂的“防碰撞”功能，可以解釋如卜：當Reader讀取卡片數據時，如果多張卡片同時發射，就有可能因為互相干擾而導致Reader讀不到正確的數據，這種現象就叫做“碰撞”。由于碰撞是RFID必然會碰到的現象，因此，所有的RFID系統都必須具有“防碰撞”的功能。防碰撞的方法有很多種，本文所使用的方法足直接序列擴頻(Direct Sequence Spread Spectrum，DSSS)。
本系統采用最省電的MAX3032來操控2.4 GHz發射機，并且以擴頻方式將內藏的識別號碼發射…去，以便實現2．4 GHz主動式模擬RFID Tag：另一方面，以功能強大的Nios來當作Reader的心臟，一邊操作2.4 GHz接收機并月．將解調后的識別號碼一一讀出， 一邊還可以將接收到的識別號碼一一顯示在LCD卜面。
小作品共計制作完成三片Tag以及一臺Reader。
三、實現方法
如圖2所示，本文利用MAX3032操控CC2420(2．4 GHz收發機)組成RFID Tag。其中使用MAX3032足為了省電：CC2420原是Chipcon所設計的ZigBee收發機芯片，但本設計并不使用ZigBee通信協議，而是將CC2420改用為RFID的收發機。
圖2 RFID Tag模塊
如圖3所示，Reader接收端利用比賽所提供的APEX實驗板，并以Nios 32一bit標準CPU為處理核心，將CC2420所收到的數據經對比確認無誤后，再將ID送至LCD屏幕顯示。
圖3 Reader接收模塊
四、系統構成
1．原理圖
1)APEX Board to CC2420轉接板
APEX Board to CC2420轉換板電路如圖4所示。
圖4 APEXBoardtOCC2420轉接板電路
由于一般方波正負沿會有噪聲產生，所以難免有誤動作的情況發生。為了使APEX實驗板能直接經由預留的I／O口來驅動CC2420，于是在轉接板上加入了能抑制噪聲的簡易電路，以避免誤動作的情況發生。
2)TXControlBoard(Tag)
在作為Tag的控制板上，TX Control Board包括了MAX3032對CC2420的SPI控制界面、在系統可編程JTAG接口、7管腳開關及無穩態多諧振蕩電路，而每個Tag的ID都存放在MAX3032a里。
2．系統近照
(1)cc2420打線近照如圖5所示。
圖5 CC2420打線近照
由于CC2420的封裝為QLP(48pin)，IC大小為6 mm×6 mm，管腳與管腳之間的距離僅0.5 mm，從而導致焊接困難，而研究室的研究方向為IC設計，所以正好有設備可以將線打到CC2420上。
(2)CC2420收發電路實體如圖6所示。
圖6 CC2420收發電路實體
(3)以MAX3032a為核心的RFID Tag控制板如圖7所示。
圖7 以MAX30：32a為核心的RFID Tag控制板
五、設計描述
本系統的設計重點在_于直接系列擴頻(DSSS)技術應用于RFID。因此，Tag端的裝置必須要能夠使用擴頻技術將本身的ID進行直接序列擴頻，而且還要配合：Reader。所發出的信號，將擴頻后的信號同步化，再轉換成為2.405 GHz射頻信號傳送出來。不過本文由于使用了CC2420，它本身有內建的DSSS功能，故MAX3032可以通過SPI接口傳送識別資料給CC2420。為了使其將來能夠產品化，還要將電力消耗盡量降低。因此，Tag端預計使用MAX3000系列CPLD配合射頻接收／發射電路來制作。至于擴頻技術方面，則預計使用32chips的方式來擴頻，CPLD的工作頻率也將盡量降低，以降低電力消耗。
本設汁中SPI的時序如圖8所示。
在Reader中以SOPC建構一個系統，通過Avalon總線使得接收到的所有Tags回傳2.405 GHz的射頻信號，將它們一一存放在Memory中。最后，再將存放在Memory中的數值以CPU引導地址以及程序和數據存儲器的位置，通過Avalon總線傳送給PIO接口，再送給LCD顯示，如圖9所示
圖9 Reader系統結構
六、系統特點
本系統的特點如下：
(1)成功地將Nios應用于RFID Reader上面。
(2)Reader感應范圍于無障礙環境下可達到40m以上，一般障礙(水泥墻等一般遮蔽物)環境也可達20m左右。
在SOPC概念中，系統可以組成CPU、外圍組件與內存接口，在本系統中利用了使用者所定義的組件通過Avalon總線連接外圍接口及CPIJ互相溝通，其中通過Avalon總線以內存映像方式以及CPU資料存取方式讀出所有Tag的ID。
七、總結
感謝這次比賽，讓我們從中找到了解決問題的方法。
在比賽過程中，我們學習到了Nios的一些相關知識，SOPC的使用以及相關資料的讀取。尤其是SOPC系統開發工具，使得系統開發者能夠組成連接外圍組件至Nios嵌入式處理器、CPU外圍組件與內存間的接口。其嵌入式處理器系統包含一個或多個Nios CPU，一個Avalon總線及一些外圍組件與內存的接口，設計者可以依自己的要求建構Nios系統。
