射頻識(shí)別技術(shù)軟硬件系統(tǒng)研制

0 前 言

射頻識(shí)別(即 Radio Frequency Identification，以下簡(jiǎn)稱RFID)技術(shù)是從九十年代興起的一項(xiàng)自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。它利用無(wú)線射頻方式進(jìn)行非接觸雙向通信，以達(dá)到識(shí)別目的并交換數(shù)據(jù)。與磁卡、IC卡等接觸式識(shí)別技術(shù)不同，RFID系統(tǒng)的電子標(biāo)簽和讀寫(xiě)器之間無(wú)須物理接觸就可完成識(shí)別，因此它可實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)識(shí)別、運(yùn)動(dòng)目標(biāo)識(shí)別，可在更廣泛的場(chǎng)合中應(yīng)用。本文研制的射頻識(shí)別系統(tǒng)和相應(yīng)的數(shù)據(jù)校驗(yàn)算法是對(duì)射頻識(shí)別技術(shù)的一次成功嘗試。

1 射頻識(shí)別原理

典型的RFID 系統(tǒng)由電子標(biāo)簽(Tag)，讀寫(xiě)器(Read/Write Device)以及數(shù)據(jù)交換、管理系統(tǒng)等組成。電子標(biāo)簽也稱射頻卡，它具有智能讀寫(xiě)及加密通信的能力。讀寫(xiě)器由無(wú)線收發(fā)模塊、天線、控制模塊及接口電路等組成。射頻識(shí)別是無(wú)源系統(tǒng)，即電子標(biāo)簽內(nèi)不含電池，電子標(biāo)簽工作的能量是由讀寫(xiě)器發(fā)出的射頻脈沖提供。電子標(biāo)簽接收射頻脈沖，整流并給電容充電。電容電壓經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓后作為工作電壓。數(shù)據(jù)解調(diào)部分從接收到的射頻脈沖中解調(diào)出數(shù)據(jù)并送到控制邏輯?？刂七壿嫿邮苤噶钔瓿纱鎯?chǔ)、發(fā)送數(shù)據(jù)或其它操作。EEPROM用來(lái)存儲(chǔ)電子標(biāo)簽的ID號(hào)及其它用戶數(shù)據(jù)。

2 射頻識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)

目前各大芯片廠商都開(kāi)發(fā)了用于射頻識(shí)別的ASIC（數(shù)字模擬邏輯混合型專用電路），本文研制的射頻識(shí)別系統(tǒng)是基于德州儀器公司的TMS3705基站芯片，由基站芯片設(shè)計(jì)基站發(fā)射和接收電路，同時(shí)設(shè)計(jì)基站天線?；赥MS3705基站芯片搭建射頻基站,臺(tái)灣聯(lián)陽(yáng)電子提供了基于TMS3705的射頻基站模塊RFM001.

圖1 基站芯片及射頻基站模塊

射頻卡發(fā)射數(shù)據(jù)后由射頻基站天線接收，由基站處理后經(jīng)基站的輸出腳把得到的數(shù)據(jù)流發(fā)給微處理器的輸入口。基站只完成信號(hào)的接收和整流工作，而信號(hào)的解調(diào)解碼的工作由微處理器來(lái)完成。微處理器要根據(jù)輸入信號(hào)在高電平、低電平的持續(xù)時(shí)間來(lái)模擬時(shí)序進(jìn)行解碼操作?，F(xiàn)在比較流行的編碼方法有Mancheester編碼，Biphase編碼。

本系統(tǒng)是基于TMS3705基站芯片的射頻識(shí)別系統(tǒng)，所采用的射頻卡是RFM001讀寫(xiě)卡，要想正確的完成射頻識(shí)別系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，必須了解所使用的射頻卡的讀寫(xiě)特性。這些特性包括：EEPROM的存儲(chǔ)分配、卡的同步信號(hào)、發(fā)射頻率、卡控制邏輯、寫(xiě)卡以及其他卡操作的命令格式等。

2.1 數(shù)據(jù)在RFM001射頻卡中的存儲(chǔ)格式

包含Start byte共有14bytes數(shù)據(jù)

用戶數(shù)據(jù)區(qū)共有10個(gè)字節(jié)，建議采用對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行CRC校驗(yàn)，故建議第2-9 byte為用戶數(shù)據(jù)區(qū)，第10、11 byte為CRC校驗(yàn)碼。

以下給出基站讀取數(shù)據(jù)的時(shí)序(如圖2)，由射頻卡發(fā)出的數(shù)據(jù)采用FSK調(diào)制。

圖3 1個(gè)字節(jié)的傳輸格式

每個(gè)Byte的格式如圖3，由10 bits組成，第一個(gè)bit是START bit 固定為 HI，最后一個(gè)bit是Stop bit 固定為L(zhǎng)OW，第2-9 bit 實(shí)際發(fā)送的數(shù)據(jù)(最先收到的bit為L(zhǎng)SB)，由于是負(fù)邏輯數(shù)據(jù)需要反相處理 (LOW=1、HI=0).

2.2 RFM001射頻卡寫(xiě)入格式

要將用戶數(shù)據(jù)寫(xiě)入RFM001射頻卡，必須遵循下列格式。

用戶數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)可由用戶完全決定，但建議采用2 byte校驗(yàn)碼的CRC校驗(yàn)來(lái)校驗(yàn)數(shù)據(jù)。所以對(duì)于10個(gè)byte的用戶數(shù)據(jù)，前面8個(gè)字節(jié)作為用戶數(shù)據(jù)，后面2個(gè)字節(jié)作為用戶數(shù)據(jù)的CRC校驗(yàn)碼。

對(duì)于一位的寫(xiě)入采用的是脈寬調(diào)制，根據(jù)占空比的不同來(lái)確定是寫(xiě)入1還是寫(xiě)入0，具體占空比見(jiàn)圖4.

圖4 位寫(xiě)入方式

2.3 射頻識(shí)別系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

射頻識(shí)別系統(tǒng)主要硬件組成是由單片微處理器構(gòu)成射頻信號(hào)的解碼模塊，其主要構(gòu)成如下框圖，其中通過(guò)RS232串行通訊將數(shù)據(jù)交給PC機(jī)進(jìn)行處理。

圖5 射頻識(shí)別系統(tǒng)硬件框圖

2.4 射頻識(shí)別系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

射頻識(shí)別系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，其核心部分是射頻卡發(fā)出的射頻信號(hào)的讀取和用戶數(shù)據(jù)的寫(xiě)入射頻卡。