图1 RFID试条卡系统的原理框图
读写器
读写器包括射频读写模块和外接天线模块。其中,射频读写模块采用高度集成的FM1702N读卡芯片, 支持ISO14443A协议,模块的引脚分布如图2所示。该模块支持UART、I2C以及SPI等接口,根据控制引脚M1和NSS,可选择与单片机的接口类型。控制模块上电时进入自动寻卡状态,也可由单片机关闭自动寻卡功能,以降低系统功耗。
图2 读写模块管脚分布
电子标签
电子标签采用Mifare ultralight系列,符合ISO14443A标准,工作频率为13.56MHz,数据传输速率可达106kbps,存储容量为512b,共分为16页,每页4个字节。具体的存储器结构如表1所示。
将电子标签和胶体金免疫层析试条封装在一个塑料外壳之内,如图3所示,电子标签采用微型圆盘封装。借助于电子标签的序列号,每个试条卡都有一个唯一的特征标识。出厂前,在电子标签中写入检测病情、试条厂家代码和生产日期及有效日期等;试条测试时可写入检测对象的身份信息、检测结果、检测时间、化验员代码等。
图3 胶体金免疫层析试条卡封装示意图
RFID操作程序的设计
待测样品加入到试条卡,试条显色完全后,将试条卡插入到读写器的读卡区。在单片机控制下,实现对试条显色的阅读以及电子标签的读写操作,操作流程如图4所示。
图4 试条卡操作流程图
试条卡读写器上电后,单片机首先进行初始化,选择读写模块工作在SPI从方式(M1管脚置高电平),打开INT0中断,等待试条卡的插入中断。当试条卡插入到读写器的读卡区时,SIG置低电平,触发上位机中断INT0,执行中断程序。
在中断程序中,首先读取试条卡的序列号和标志信息,判断是否为经过测试的新卡,若是已经测试过的试条卡,则直接从电子标签中读取记录结果及之前的测试时间,并予以显示。若为新卡,则进一步判断试条的有效期,若已失效,则予以报警。只有没有失效的新卡,才会启动试条的阅读,并将测试结果、测试时间写入到电子标签中。
结语
在胶体金免疫层析仪器中,通过将电子标签和免疫分析试条封装在一起构成试条卡,在电子标签中存储试条有效期、试条数据等信息,可以保证试条的正确使用。在检测完之后,及时存储检测结果、被测对象的身份信息、检测日期等信息,可以提高样本采集和数据记录的效率,在大范围的疫情普查、生化侦测方面提高工作效率,具有很好的应用前景,并可推广到其它领域。■
参考文献
1.陈小锋,刘曙照.胶体金标记免疫分析及其在小分子化合物快速检测中的应用药物生物技术,2004,11(4):278-280
2.Selwyn Piramuthu. Protocols for RFID tag/reader authentication. Decision Support Systems,?Volume 43, Issue 3,?April 2007,?Pages 897-914
3.张宏海,刘志峰.RFID系统中识读器的设计与研究,微计算机信息,2006,07-2:238-240
4.周晓光,王晓华.射频识别(RFID)技术原理与应用实例,人民邮电出版社,2006-12