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超高频射频识别系统读写器设计方案

导读: 本文介绍了符合ISO1800026标准的超高频RFID电子标签主要特点、结构、工作原理及读写方法,提出了相应读写器的解决方案,重点阐述了读写器的硬件设计及软件程序流程。

  0.引 言

  射频识别(RFID,RadioFrequency Iden tiFication) 技术是一种新兴的自动识别技术。它是利用无线射频方式进行非接触双向数据通信,以达到目标识别并交换数据的目的。可用来跟踪和管理几乎所有的物理对象,在工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理、防伪及军事等众多领域都有广泛的应用前景。按照工作频段的不同,RFID系统还可以分为低频(135kHz以下)、高频(13.56MHz)、超高频(860~960MHz) 和微波(2.4GHz以上)等几类。目前大多数RFID系统为低频和高频系统,但超高频(UHF) 频段的RFID系统具有操作距离远、通讯速度快、成本低、尺寸小等优点,更适合未来物流、供应链领域的应用,也为实现“物联网”提供了可能。因此超高频RFID系统的发展是当前RFID系统发展的重点。本文介绍了符合ISO1800026标准的超高频RFID电子标签主要特点、结构、工作原理及读写方法,提出了相应读写器的解决方案,重点阐述了读写器的硬件设计及软件程序流程。实际应用结果表明该读写器具有以下特点:读写速度快(单个标签64bit/6ms)、识别率高,识别距离远(≥4m)。

  1. 标签工作原理及特性

  1.1 工作原理

  RFID系统一般由读写器和标签(或称应答器、电子标签、智能标签) 及天线组成。本文采用某公司的UCODEHSL标签,符合ISO18000-4与ISO18000-6标准,本身无电源,靠读写器的射频场获得能源,采用负载调制方式,工作频段为UHF或2. 45GHz.工作原理如图1所示。

 

图1:工作原理

  PC机通过RS232接口远程控制读写器。读写器接到命令后,通过天线发送射频命令实现对标签的操作,同时接收标签返回的数据。标签靠其偶极子天线获得能量,并由芯片( IC) 控制接收、发送数据。

  1.2 IC结构

  标签IC主要由模拟、数据处理及EEPROM三个模块构成,如图2所示。

 

图2:标签IC结构

  模拟RF接口模块为IC提供稳定电压,并将获得的数据解调后供数据模块处理,同时将数据调制后返回给读写器。数字处理模块包括状态转换机、读写协议执行、与EEPROM的数据交换处理等功能。

  1.3 存储特性

  标签内置2048bit的EEPROM,分成64块(block) ,每块32bit.其中8byte为ID存储空间,216byte为用户存储空间。每字节都有相应的锁定位,该位被置“1”就不能再被改变。可以通过LOCK命令将其锁定,通过Query locK(查询锁定) 命令读取锁定位的状态,锁定位不允许被复位。Byte0~7被锁定,为标签的标识码(Unique ID)。64bitUID包含50bit的独立的串号,12bit的边界码和一个两位的校验码。Byte 8~219是未锁定空间,供用户使用。Byte 220~223也是未锁定的,作为写操作完毕的标志bit或者用户空间。

  2 标签的读写

  2.1 命令格式

  2.1.1读写器的命令格式

  读写器的命令格式如下:

  

  帧头探测段是一个至少持续400Ls的稳定无调制载波(相当于16bit数据的传输) ;帧头是9bit的NRZ格式的manchester“O”,即:010101010101010101;开始符是用来标记有效数据,原返回率采用5位的开始符(1100111010),4倍返回率采用开始符(11011100101);CRC采用16bit的CRC编码。

 

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