作者：陈广 日期：2020-10-2
有2个月没写文章了，这段时间一直在做读卡器，以前从没有想过要自己做读卡器，压根就没到自己可以做这玩意。但自从自己做了一个键盘之后，对画电路，打板有点上瘾了。之后做了一个ST25DV65K电子标签板，完成了手机与单片机之间的NFC通信。当时发现 ST25 有一个 R 系列的芯片，专门用于读卡器，而且是全功能读卡器芯片，功能十分强大。那时就在想，是不是可以自己做一个读卡器呢？只是没有下定决心。直到有一天，听某校外专家演讲，提到某些专业就是用来养重点专业的，也就是俗称的现金奶牛，其中计算机就是其中一个。当时这话让我听的心里拔凉拔凉的。对，计算机专业在我们学校不是重点专业。我思绪万千，没钱能办好专业吗？其实我从来不认为钱比人才重要，有钱，应当拿去请最好的人才，然后才是设备。没钱，毛主席说过：自力更生，艰苦奋斗。我从小到大非常喜欢一首曲子，每次在电视上看国家领导开会时，全体起立，奏国际歌，都会听得我心潮澎湃。这首曲子是有歌词的：“从来就没有什么救世主，也不靠神仙皇帝，要创造人类的幸福，全靠我们自己”！突然觉得这歌词怎么就写得这么好呢！
现在绝大多数学校在上 RFID 这门课时，都是使用教学仪器厂商生产的实验箱，但实验箱的集成度太高，所有东西都做好了，还有什么可学的呢？每个厂商的通信协议各不相同，换一个厂商的设备同样两眼一抹黑，它对于培养学生的工程能力毫无作用。之前使用淘宝上购买的读卡器，高频的要300多，超高频的也是300多，买回来做为实验设备是少花不少钱，但没办法让学生人手一套拿回宿舍学习，这还是有点遗憾。如果让学生自己画电路，打板，焊接，成本可以控制在 70 块以内，我只需把买读卡器的600块拿去买焊台、热风枪就可以了。学生拿着自己制作的读卡器，是不是更有兴趣学习了呢？更重要的是，学生的工程实践能力大为提高，而且对于整个 RFID 的学习链，掌握得更为细致、深入。当然，这就需要更改课程体系了，需要增加一门电路绘制及一门 STM32 作为先导课程。这些年，我一直在思考物联网专业应该开哪些课程，现在是越来越清晰了！
当然，自己做读卡器是要付出一些代价的，之前《条码与 RFID 技术应用》这本书已经写得差不多了，现在部分内容要推倒重来了，而且之前花大力气按照淘宝购买的读卡器写的模拟器也白写了。当然，也可以保留这些内容，让使用这本书授课的老师根据本校特点自行选择使用哪些实验内容。
STM 公司的 ST25R 系列的芯片提供了对 13.56MHz 读写器支持，其中，ST25R3911B 和 ST25R3916 是其中的代表。ST25R3916 为最新的芯片，但其价格昂贵，资料较少，我的目标是学生人手一块，它不适合。而 ST25R3911B 则价格便宜，资料丰富，最终决定使用这块芯片来制作读写器。
对于 ST25R3911B 芯片，STM 官方提供了多块评估板，其中功能最为强大的是 ST25R3911B-DISCO 开发板。它性能强悍，支持全系列 13.56MHz 标签，读卡距离达到了惊人的 10cm，我也在淘宝上买了好几个读卡器，一般的读写距离不超过 4cm。官方开发板如下图左边读卡器所示。
这块开发板使用了 4 层电路板设计，拿在手上，你会感觉到它象一个艺术品。当然，艺术品价钱不会便宜，淘宝价 380 大洋。我的任务，就是把它做成白菜价。幸运的是，STM 官方提供了全套电路原理图，PCB 板原理图，甚至 BOM 单，单片机以及上位机程序全套源码，可在以下网址找到：
让我自己设计电路，我是没这个水平的了，但是抄电路，改改还是可以的。原版使用的是 MicroUSB 接口，不合我习惯，改成 TYPE-C 接口。另外，USB 接口在烧写后上位机不能立即识别设备，必须断电重启，所以我按惯例加上了一个自锁开关，方便调试程序。这些都是我这块板更高级的地方。
原版降压芯片 5 块钱，被我改成 3 毛钱的芯片。原版防静电芯片 5 块钱，被我改成 2 毛钱的芯片。原版 UART 和低功耗 LP_UADRT 共用同一接口，同一时间，只能使用其中一个。我把两个接口都接出来了，可以同时使用。
成本嘛，主控和 RFID 芯片就花掉 40，其中主控为 STM32L4系列的低功耗芯片，这个芯片就花掉 30 大洋，相当贵，如果使用 STM32F1 系列芯片替代，则可以降低 20 元成本。但考虑到使用教材的学校或读者可以直接购买 STM 官方评估板，无需自行画图打板焊接，最终还是选用了原版的芯片。最终成本没有细算过，但应该不超过 70 元钱。效果如图 1 右边的开发板。
Version 1.0 的功能和原版完全一样，所有官方的固件和上位机软件均可使用。在使用一段时间后，我发现板的面积大了一些，为了做得更漂亮些，我重新绘制了电路，使用 0603 贴片元件，有效减少了电路板的面积。Version 1.0 的天线画得太难看，Version 2.0 则将天线的倒角改为圆角。如下图所示：
Version 2.0 在使用过程中发现了一些问题，ST-Link 烧写接口需要占用一个 GND，而 UART 和 LP_UART 在使用时各自还需要一个 GND，所以我少接了两个 GND 引脚，上图所示，在使用 UART 接口时，我不得不另外焊一个 GND 引脚出来。另外，在学习此开发板时，需要 UART 接口打印调试信息，而要使用这块开发板上的 UART 接口，就需要单独购买一个 USB 转 TTL 模块，使用起来相当不便。为何不自己将此模块直接放在电路板上呢？这样即可单独使用 USB 通信或 UART 通信，也可以一起使用两种通信方式。于是我又制作了 Version 3.0，增加了一个 TYPE-C 接口，用于 UART 通信。另外增加了一个 GND 引脚用于 LP_UART 通信，当然，如果要使用 LP_UART，则还是需要另外的 USB 转 TTL 模块。下图是三个版本的合影，最右方是 Version 3.0。
Version 3.0 版可以单独使用 USB 口供电，也可单独使用 UART 口供电，两个同时供电也不会有问题，使用起来非常方便。
用了一段时间的 Version 3.0 后，总感觉板画得不够漂亮，LP_UART 接口的标注文字看上去太突兀。于是手一痒，又做了 Version 3.3。电路重新规划，两个 Type-C 口、开发以及电源指示灯放到了板的上方。如下图左边开发板。
之后在做 Mifare 读卡器时，感觉别的读卡器都有一个蜂鸣器，我的也应当有，于是，制作了 Version 3.5，在左下角加了一个有源蜂鸣器（如下图左边开发板）。可惜的是，加了蜂鸣器之后，读卡距离由 9.5cm 变为 8.5cm 了，不过，不影响使用。至此，我买的 5 套配件全部折腾完了。以后不再加工 13.56MHz 读卡器了。
原版使用 4 层电路板，这个成本非常高，用不起。改成 2 层板。原版将电路设计在天线内部，但我发现无法做到，因为使用 2 层板，并且手工焊接，不得不使用 0805 元件，占地面积会大很多，单独绘制天线反而能够缩小开发板尺寸。更关键的是对电路设计的要求会降低很多，不再需要考虑电磁干扰的问题。
STM 官司方提供了专用的天线设计软件，用以设计天线形状。另外还提供了阻抗匹配的计算软件，但计算阻抗匹配，需要购买 miniVNA，这个东西和读卡器差不多大，但淘宝要 3000 多，买不起。没办法，只能设计电感量为 1uH 的天线，然后直接抄原版的匹配电容和电阻。效果也不错，读卡距离也能达到 8cm。这也算是意外惊喜吧！
下图是电路原理图，请下载查看，原图足够清晰：
画完电路原理图后，转化为 PCB，PCB 的绘制需要注意以下几点：
天线设计使用 STM 官方软件：
只要最终电感量为 1uH 即可。
画完电路图之后，嘉立创打板，5 元。真便宜，以前让学生自己打板用来上课是不可想象的事情，现在条件成熟了，学校也应当以时俱进。感谢科技的发展，中国的强大，以及嘉力创。
接下来采购元件，我是在以下淘宝店采购的：
最后焊接，最好使用热风枪，焊出来的东西漂亮点。
开发板制作完成后，可以使用官方上位机程序进行测试。下载地址：
软件的使用手册下载地址如下：
如果一切功能正常，则大功靠成，可以继续接下来的工作了。
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