射頻識別技術(shù)軟硬件系統(tǒng)研制

0 前 言

射頻識別(即 Radio Frequency Identification，以下簡稱RFID)技術(shù)是從九十年代興起的一項自動識別技術(shù)。它利用無線射頻方式進行非接觸雙向通信，以達到識別目的并交換數(shù)據(jù)。與磁卡、IC卡等接觸式識別技術(shù)不同，RFID系統(tǒng)的電子標簽和讀寫器之間無須物理接觸就可完成識別，因此它可實現(xiàn)多目標識別、運動目標識別，可在更廣泛的場合中應用。本文研制的射頻識別系統(tǒng)和相應的數(shù)據(jù)校驗算法是對射頻識別技術(shù)的一次成功嘗試。

1 射頻識別原理

典型的RFID 系統(tǒng)由電子標簽(Tag)，讀寫器(Read/Write Device)以及數(shù)據(jù)交換、管理系統(tǒng)等組成。電子標簽也稱射頻卡，它具有智能讀寫及加密通信的能力。讀寫器由無線收發(fā)模塊、天線、控制模塊及接口電路等組成。射頻識別是無源系統(tǒng)，即電子標簽內(nèi)不含電池，電子標簽工作的能量是由讀寫器發(fā)出的射頻脈沖提供。電子標簽接收射頻脈沖，整流并給電容充電。電容電壓經(jīng)過穩(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。控制邏輯接受指令完成存儲、發(fā)送數(shù)據(jù)或其它操作。EEPROM用來存儲電子標簽的ID號及其它用戶數(shù)據(jù)。

2 射頻識別系統(tǒng)設(shè)計

目前各大芯片廠商都開發(fā)了用于射頻識別的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)計基站發(fā)射和接收電路，同時設(shè)計基站天線?；赥MS3705基站芯片搭建射頻基站,臺灣聯(lián)陽電子提供了基于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?；局煌瓿尚盘柕慕邮蘸驼鞴ぷ?，而信號的解調(diào)解碼的工作由微處理器來完成。微處理器要根據(jù)輸入信號在高電平、低電平的持續(xù)時間來模擬時序進行解碼操作。現(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基站芯片的射頻識別系統(tǒng)，所采用的射頻卡是RFM001讀寫卡，要想正確的完成射頻識別系統(tǒng)的開發(fā)，必須了解所使用的射頻卡的讀寫特性。這些特性包括：EEPROM的存儲分配、卡的同步信號、發(fā)射頻率、卡控制邏輯、寫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個字節(jié)，建議采用對數(shù)據(jù)進行CRC校驗，故建議第2-9 byte為用戶數(shù)據(jù)區(qū)，第10、11 byte為CRC校驗碼。

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

圖3 1個字節(jié)的傳輸格式

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

2.2 RFM001射頻卡寫入格式

要將用戶數(shù)據(jù)寫入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校驗碼的CRC校驗來校驗數(shù)據(jù)。所以對于10個byte的用戶數(shù)據(jù)，前面8個字節(jié)作為用戶數(shù)據(jù)，后面2個字節(jié)作為用戶數(shù)據(jù)的CRC校驗碼。

對于一位的寫入采用的是脈寬調(diào)制，根據(jù)占空比的不同來確定是寫入1還是寫入0，具體占空比見圖4.

圖4 位寫入方式

2.3 射頻識別系統(tǒng)硬件設(shè)計

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

圖5 射頻識別系統(tǒng)硬件框圖

2.4 射頻識別系統(tǒng)軟件設(shè)計

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