RFID通訊組件設計與應用

首先介紹了RFID中間件的概念，接著介紹了通訊組件所處理的數(shù)據(jù)的封裝格式：即某企業(yè)的系列高頻讀寫器的通訊協(xié)議格式。在此基礎上，建立了底層數(shù)據(jù)通訊接口組件、設備網(wǎng)絡接口組件、設備參數(shù)接口組件、對標簽讀寫操作接口組件、數(shù)據(jù)庫接口組件等五個接口組件的軟件設計，最終實現(xiàn)了RFID中間件通訊組件的設計，為第三方的企業(yè)級軟件應用提供了基礎。

引言

射頻識別技術(shù)(Radio Frequency Identification，縮寫RFID)，射頻識別技術(shù)是20世紀90年代開始興起的一種自動識別技術(shù)，射頻識別技術(shù)是一項利用射頻信號通過空間耦合(交變磁場或電磁場)實現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達到識別目的的技術(shù)。這個問題的本質(zhì)就是企業(yè)的應用系統(tǒng)與硬件接口的問題.因此，通透性就是整個應用的關(guān)鍵，正確抓取數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)讀取的可靠性以及有效地將數(shù)據(jù)傳送到后端系統(tǒng)都是必須考慮的問題。

傳統(tǒng)應用程序與應用程序之間的數(shù)據(jù)通透是通過中間件架構(gòu)解決，并發(fā)展出各種服務器應用軟件，因此，中間件的架構(gòu)解決方案就成為了RFID應用的一項極為重要的核心技術(shù)，作者討論的就是RFID中間件的一個解決方案。

1 RFID中間件技術(shù)

RFID技術(shù)的基本工作原理是：標簽進入磁場后，接收讀寫器發(fā)出的射頻信號，憑借感應電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產(chǎn)品信息(Passive Tag，無源標簽或被動標簽)，或者主動發(fā)送某一頻率的信號(Active Tag，有源標簽或主動標簽)：讀寫器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。中間件是介于應用系統(tǒng)和系統(tǒng)軟件之間的一類軟件，它使用系統(tǒng)軟件所提供的基礎服務，銜接網(wǎng)絡上應用系統(tǒng)的各個部分或不同的應用，以達到資源共享、功能共享的目的.在具體實現(xiàn)上，中間件是一個用API定義的軟件層，具有強大的通信能力和良好的可擴展性。

RFID中間件是一種面向消息的中間件(Message Oriented Middleware，MOM)，其中信息(Information)是以消息(Message)的形式，采用異步(A—synchronous)的方式從一個程序傳送到另一個或多個程序，傳送者不必等待回應。它的作用主要體現(xiàn)在三個方面，一是控制RFID讀寫設備按照預定的方式工作，保證不同讀寫設備之間配合協(xié)調(diào)；二是按照一定規(guī)則過濾數(shù)據(jù)，篩除絕大部分冗余數(shù)據(jù)，將真正有效的數(shù)據(jù)傳送給后臺信息系統(tǒng)；三是保證讀寫器和企業(yè)級分布式應用系統(tǒng)平臺之間的可靠通信。

2 RFID通訊組件的結(jié)構(gòu)框架

針對讀寫器在各種應用軟件中的應用，作者對RFID讀寫器的通訊指令，采用組件封裝和SDK方式，進行了標準化，形成RFID標準組件，RFID標準組件是連接標簽讀寫器、控制器和企業(yè)應用程序之間的標準化軟件接口程序集合，具有分布式結(jié)構(gòu)，以層次化進行組織、管理數(shù)據(jù)流，有效增加了軟件的可重用性，簡化了上位機應用軟件的開發(fā)，提高了應用軟件的可靠性和穩(wěn)定性。本系統(tǒng)中的RFID通訊組件要求實現(xiàn)如下功能：提供RS232/485串口通訊接口組件、TCP/IP、UDP網(wǎng)絡通訊接口組件，搜索讀寫器、配置讀寫器參數(shù)接口，讀取、設置標簽數(shù)據(jù)接口以及統(tǒng)一配置軟件，其架構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 RFID通訊組件的框架

其中SDK(Software Development Kit)是指可以供軟件開發(fā)人員開發(fā)自己可以在特定的平臺上運行或者通過API(Application Program Interface)運行的軟件產(chǎn)品的一組程序(文檔)集合；組件(Component)：是對數(shù)據(jù)和方法的二進制封裝，具備跨語言調(diào)用，良好的可重用性，進程獨立性等優(yōu)點。

3 RFID通訊協(xié)議格式

RFID通訊組件最重要的是對數(shù)據(jù)的處理。作者重點介紹讀寫器對數(shù)據(jù)的處理，即通訊協(xié)議格式.文中所使用的讀寫器是某公司的高頻工業(yè)讀寫器系列，包含PRR8160讀寫器、PRR8152讀寫器、PRR8032讀寫器。下面將簡單介紹本軟件中所涉及的這幾種RFID讀寫器，重點介紹PRR8160讀寫器。

3.1 PRR8160讀寫器

PRR8160是一款應用于工業(yè)流水線上，進行數(shù)據(jù)采集、流水線控制、跟蹤管理的可編程智能數(shù)據(jù)終端機。具有TCP、UDP、RS232多種通訊方式，有極強的現(xiàn)場編程功能，適應性極強。其系統(tǒng)采用兩級聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，采用UDP協(xié)議進行通訊，即管理主機通過訪問生產(chǎn)數(shù)據(jù)輸入終端機所在的IP地址對終端機進行數(shù)據(jù)訪問和參數(shù)設置。設備工作狀態(tài)采用聯(lián)機工作方式：即設備將得到的用戶的完整操作記錄保存在RAM內(nèi)，并主動上傳到管理主機，如果設備沒有接收到上位機的正確返回響應(超時時間N可以由用戶定義)，設備將再次上傳，直至成功為止，但是當設備再次得到用戶新的完整操作記錄，原有的RAM記錄將被轉(zhuǎn)移到FLASH內(nèi)存儲。工作時若網(wǎng)絡斷開，終端機可以自動存儲工作的記錄，當網(wǎng)絡連接正常后，自動上傳數(shù)據(jù)。

設備支持ARP，ICPM(ping)，IP，UDP網(wǎng)絡通訊協(xié)議，數(shù)據(jù)傳輸方式默認采用UDP協(xié)議，不支持數(shù)據(jù)包分組操作.數(shù)據(jù)編碼方式采用HEX的數(shù)據(jù)格式操作，所有通訊數(shù)據(jù)采用“以太網(wǎng)CRC校驗”方式，其中UDP層加UDP校驗，應用數(shù)據(jù)層再加“和校驗”方式，具體校驗方式采用從報頭至報尾所有的協(xié)議數(shù)據(jù)按16進制做累加，對256取模后的十六進制數(shù).應用數(shù)據(jù)層的通訊協(xié)議格式如表1～3所示，其中數(shù)據(jù)單位為bit。

其中：數(shù)據(jù)長度為有效數(shù)據(jù)報文的長度；和校驗為整個數(shù)據(jù)報文的校驗位.有效數(shù)據(jù)部分的報文格式為：類型編號|數(shù)據(jù)|.......|類型編號|數(shù)據(jù)：

終端機檢測到的打包數(shù)據(jù)格式為：打包數(shù)據(jù)格式=‘#’+步驟1檢測結(jié)果+# + 功能號+型操作類型號+‘#’+ 步驟2檢測結(jié)果+ #+功能號+操作類型號+ ..... +‘#’+步驟N檢測結(jié)果+功能號+操作類型號‘#’。每個檢測步驟中的檢測結(jié)果之間用‘#’號間隔。

3.2 PRR8032讀寫器及PRR8152讀寫器

PRR8032是具有專利外觀設計的表面嵌入式多功能中距離讀寫器.其讀寫距離最大23cm，具有防沖撞電子標簽讀寫功能，可同時對10張電子標簽的多個數(shù)據(jù)塊進行操作。

PRR8152符合IS015693標準的高頻工業(yè)讀寫設備，可選RS232、RS485以及TCP/IP通訊格式，適用于需要防水、防塵、防油污、防腐蝕等各種惡劣工作環(huán)境，是工業(yè)自動化控制領(lǐng)域的首選讀寫機器。

4 RFID中間件通訊組件的軟件設計

RFID中間件通訊組件包括以下幾部分：底層數(shù)據(jù)通訊接口組件、設備網(wǎng)絡接口組件、設備參數(shù)接口組件、對標簽讀寫操作接口組件、數(shù)據(jù)庫接口組件等.各接口組件既相對獨立，又有密切聯(lián)系。其中，筆者的通訊組件的操作標簽是符合ISO/IEC 15693協(xié)議的電子標簽。

本軟件的設計是在Windows環(huán)境下，選用SQL Server 2000作為后臺數(shù)據(jù)庫，利用Visual C++6.0開發(fā)環(huán)境，將接口組函數(shù)封裝成dll文件，使其可以直接被其它應用系統(tǒng)調(diào)用，實現(xiàn)讀寫器與計算機之間的企業(yè)局域網(wǎng)的通信。整個系統(tǒng)的設計結(jié)構(gòu)如下所述。

(1)底層數(shù)據(jù)通訊接口組件：負責數(shù)據(jù)通訊的鏈路層和物理層，是讀寫器與應用軟件通訊的物理基礎，在應用邏輯上，與應用通訊協(xié)議無關(guān)。所以，底層數(shù)據(jù)通訊應獨立設計相對固定的接口，與高層應用分離。

(2)數(shù)據(jù)庫接口組件：實現(xiàn)對后臺數(shù)據(jù)庫的操作，為RFID 中間件的開發(fā)軟件提供標準的函數(shù)接口。

(3)設備網(wǎng)絡接口組件：為客戶提供連接通訊鏈路上的RFID讀寫器信息，設備參數(shù)設置接口提供更改讀寫器工作參數(shù)的接口，實現(xiàn)設備管理功能。

(4)標簽讀寫操作接口組件：為讀寫器實時工作時提供與計算機通訊的接口，兩者在用戶和使用功能上相對對立，也可單獨設計。

nTagNum)；//讀取多個標簽的UID。.......

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5 RFID中間件通訊組件的一個應用

深圳普諾瑪公司生產(chǎn)制成管理系統(tǒng)項目中的實時監(jiān)控模塊充分利用了本RFID通訊組件。簡化了開發(fā)流程。其中涉及到的功能有：讀取設備內(nèi)部數(shù)據(jù)、打開并關(guān)閉與數(shù)據(jù)庫的連接，控制讀寫器對標簽進行操作等等。

筆者完成了以下五個接口組件的標準化：底層數(shù)據(jù)通訊接口組件、設備網(wǎng)絡接口組件、設備參數(shù)接口組件、對標簽讀寫操作接口組件、數(shù)據(jù)庫接口組件等接口組件，為第三方的企業(yè)級軟件應用提供了基礎.該RFID中間件在上海生豬收購管理系統(tǒng)和深圳普諾瑪公司生產(chǎn)制成管理系統(tǒng)中已經(jīng)得到了應用，并取得了良好的市場效果。