RFID射頻識(shí)別是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)別工作無(wú)須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽，操作快捷方便。RFID是一種簡(jiǎn)單的無(wú)線系統(tǒng)，只有兩個(gè)基本器件，該系統(tǒng)用于控制、檢測(cè)和跟蹤物體。系統(tǒng)由一個(gè)詢問(wèn)器（或閱讀器）和很多應(yīng)答器（或標(biāo)簽）組成。RF技術(shù)利用無(wú)線射頻方式在閱讀器和射頻卡之間進(jìn)行非接觸雙向傳輸數(shù)據(jù)，已達(dá)到目標(biāo)識(shí)別和數(shù)據(jù)交換的目的。我國(guó)的第2代身份證即采用了RFID技術(shù)，世界上的零售商沃爾瑪也要求其的100個(gè)供應(yīng)商從2005年1月1日起開(kāi)始采用RFID技術(shù)。

　　1、RFID概述

　　一個(gè)基本的RFID系統(tǒng)如圖1，有以下幾部分組成：標(biāo)簽（Tag，即射頻卡）：由耦合元件及芯片組成，標(biāo)簽含有內(nèi)置天線，用于和射頻天線間進(jìn)行通信。閱讀器：讀?。ㄔ谧x寫(xiě)卡中還可以寫(xiě)入）標(biāo)簽信息的設(shè)備。天線：在標(biāo)簽和讀取器間傳遞射頻信號(hào)。有的系統(tǒng)還通過(guò)閱讀器的RS232或者RS485接口與外部計(jì)算機(jī)（上位機(jī)主系統(tǒng)）連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

　　電子標(biāo)簽的工作頻率有3種：低頻、中頻和高頻。讀寫(xiě)器首先從后臺(tái)計(jì)算機(jī)接收命令，然后將命令數(shù)據(jù)按照ISO標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行編碼調(diào)制并通過(guò)天線發(fā)射出去，處于讀寫(xiě)器工作區(qū)的電子標(biāo)簽接收命令數(shù)據(jù)通過(guò)改變能量強(qiáng)度發(fā)射響應(yīng)信息，讀寫(xiě)器通過(guò)天線接收電子標(biāo)簽的響應(yīng)信號(hào)，進(jìn)行解調(diào)解碼后傳送給上位機(jī)做進(jìn)一步處理。

　　2、讀寫(xiě)器的設(shè)計(jì)

　　2.1讀寫(xiě)器的控件

　　在本讀寫(xiě)器的設(shè)計(jì)中采用的控制器件是DSMS320F2812，它是TI公司2003年推出的32bit定點(diǎn)DSP芯片。主頻可達(dá)150MHz，128kbit的Flash，18kbit的RAM，16通道的12bitADC，支持ANCIC/C++。由于TMS320F2812內(nèi)部集成了16通道的12bitADC，故無(wú)須再外擴(kuò)ADC，這樣可以使硬件電路變得更簡(jiǎn)潔。

　　讀寫(xiě)器即對(duì)應(yīng)于射頻標(biāo)簽讀寫(xiě)設(shè)備，讀寫(xiě)設(shè)備與射頻標(biāo)簽之間必然通過(guò)空間信道實(shí)現(xiàn)讀寫(xiě)器向射頻標(biāo)簽發(fā)送命令，射頻標(biāo)簽接收讀寫(xiě)器的命令后做出必要的響應(yīng)，由此實(shí)現(xiàn)射頻識(shí)別。通過(guò)讀寫(xiě)器實(shí)現(xiàn)的對(duì)射頻標(biāo)簽數(shù)據(jù)的無(wú)接觸收集或由讀寫(xiě)器向射頻標(biāo)簽中寫(xiě)入的標(biāo)簽信息均要回送的應(yīng)用系統(tǒng)中或來(lái)自應(yīng)用系統(tǒng)，這就形成了射頻標(biāo)簽讀寫(xiě)設(shè)備與應(yīng)用系統(tǒng)程序之間的接口API（Application Program Interface）。一般情況下，要求讀寫(xiě)器能夠接收來(lái)自應(yīng)用系統(tǒng)的命令，并且根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的命令或約定的協(xié)議作出相應(yīng)的響應(yīng)（回送收集到的標(biāo)簽數(shù)據(jù)等）。

　　2.2讀寫(xiě)器的硬件設(shè)計(jì)

　　讀寫(xiě)器的硬件組成，如圖2所示，是一個(gè)基于TMS320LF2812的DSP系統(tǒng)，完成與電子標(biāo)簽和上位機(jī)的雙向通信，其中DSP在與電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)交換中完成編碼和解碼的功能。

　　DSP產(chǎn)生脈沖位置編碼，控制13.56MHz載頻的輸出，實(shí)現(xiàn)脈沖位置調(diào)制。調(diào)制電路輸出信號(hào)的功率很弱，需將此信號(hào)進(jìn)行功率放大，然后經(jīng)過(guò)濾波和調(diào)諧后加到天線上，以提高對(duì)卡的操作距離。功率放大電路采用NPN型的射頻功率晶體管MRF426，發(fā)射功率為4w，工作頻率可達(dá)25MHz。天線線圈在13.56MHz的工作頻率時(shí)表現(xiàn)為阻抗z，為了實(shí)現(xiàn)與50Ω系統(tǒng)的功率匹配，系統(tǒng)通過(guò)無(wú)源的匹配電路將此阻抗轉(zhuǎn)換為50Ω，然后通過(guò)50Ω的同軸電纜將功率從讀寫(xiě)器末級(jí)傳送到天線匹配電路。

　　在設(shè)計(jì)過(guò)程共配有4個(gè)天線，可根據(jù)不同的距離需求調(diào)換。在ISO15693協(xié)議中，電子標(biāo)簽到讀寫(xiě)器的數(shù)據(jù)采用負(fù)載調(diào)制的方式（同時(shí)使用副載波）進(jìn)行發(fā)射，即首先將曼徹斯特編碼的信號(hào)加載到副載波（有ASK單副載波423.75kHz和FSK雙副載波423.75kHz、484.28kHz兩種方式），然后再將信號(hào)加載到主載波13.56MHz上。里所得的曼徹斯特碼波形沒(méi)有經(jīng)過(guò)抽樣判決是模擬信號(hào)，經(jīng)過(guò)DSP的片上AD采樣、處理、判決后進(jìn)行解碼和校驗(yàn)，完成整個(gè)信號(hào)的接收處理過(guò)程。

　　2.3讀寫(xiě)器的軟件設(shè)計(jì)

　　在ISO15693標(biāo)準(zhǔn)中，從讀寫(xiě)器到電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)編碼采用脈沖位置調(diào)制方，電子標(biāo)簽支持兩種編碼模式，一種是1/256模式，一種是1/4模式。在1/256模式中，一個(gè)字節(jié)的值由脈沖的位置表示，脈沖的位置在連續(xù)的256個(gè)時(shí)間周期的某一處，一個(gè)脈沖的位置確定一個(gè)字節(jié)的兩位（00，01，10或11），如圖3所示，4個(gè)連續(xù)的循環(huán)確定一個(gè)字節(jié)，傳輸一個(gè)字節(jié)需要302.08μs。

　　兩種編碼模式的實(shí)現(xiàn)方法基本相同，首先根據(jù)要編碼的數(shù)據(jù)x確定脈沖前后高電平的時(shí)間（對(duì)1/256模式，分別為X318.88μs和（FF—x）318.88μs），然后順序調(diào)用脈沖前的高電平產(chǎn)生子程序、脈沖產(chǎn)生子程序和脈沖后的高電平產(chǎn)生子程序即可。本設(shè)計(jì)方安選用1/4模式編碼，使用4取1脈沖位置調(diào)制模式，這種位置決定2個(gè)位。4個(gè)連續(xù)的位對(duì)構(gòu)成1個(gè)字節(jié)，首先傳送的位對(duì)。例如：圖3示出了VCD（讀寫(xiě)器）傳送E1=（11100001）b=225。

　　2.4設(shè)計(jì)結(jié)果分析

　　讀寫(xiě)器從電子標(biāo)簽接收的數(shù)據(jù)是按幀發(fā)送的，每一幀包括幀頭（SOF）、數(shù)據(jù)和幀尾（EOF），幀尾前是2個(gè)字節(jié)（16位）的CRC校驗(yàn)值。本讀寫(xiě)器接收數(shù)據(jù)的幀頭波形如圖4，接收數(shù)據(jù)的幀未波形與幀頭波形相反。讀寫(xiě)器接收數(shù)據(jù)的波形如圖5所示，啟始部分是接收命令，第二部分是幀頭，第三部分是傳輸數(shù)據(jù)，是幀尾。讀寫(xiě)器在向電子標(biāo)簽發(fā)出一個(gè)命令后即開(kāi)始采樣，如果在一定的時(shí)間內(nèi)接收到SOF，說(shuō)明有返回信號(hào)，則繼續(xù)采樣，直至接收到EOF;否則，立即返回。

　　在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中讀寫(xiě)器的讀寫(xiě)距離、信號(hào)強(qiáng)弱、噪聲干擾的大小對(duì)讀寫(xiě)的準(zhǔn)確度有較大影響。對(duì)信號(hào)的判別比較容易，解碼方便，結(jié)果也比較準(zhǔn)確。但當(dāng)電子標(biāo)簽距離讀寫(xiě)器的天線較遠(yuǎn)但又在讀寫(xiě)器的工作范圍之內(nèi)時(shí)，信號(hào)的強(qiáng)度與噪聲相當(dāng)，判決門(mén)限很難選取，需要對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行濾波，然后自適應(yīng)地選定判決門(mén)限，提高讀寫(xiě)距離和讀寫(xiě)。

　　2.5防沖突程序設(shè)計(jì)

　　防沖突程序設(shè)計(jì)是讀寫(xiě)器程序設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要組成部分。防沖突序列的目的，是在VCD工作域中產(chǎn)生由VICC的惟一ID（UID）決定的VICCs目錄。VCD在與一個(gè)或多個(gè)VICCs通訊中處于主導(dǎo)地位。它通過(guò)發(fā)布目錄請(qǐng)求初始化卡通訊。當(dāng)讀寫(xiě)器進(jìn)入工作狀態(tài)時(shí)，在其天線覆蓋范圍內(nèi)的所有標(biāo)簽將被激活，處于等待狀態(tài)，隨時(shí)準(zhǔn)備響應(yīng)讀寫(xiě)器指令操作，這就造成了標(biāo)簽讀寫(xiě)沖突。為了解決這一問(wèn)題，標(biāo)簽內(nèi)部設(shè)計(jì)了自帶防沖突機(jī)制，只需利用相關(guān)的指令集輔助設(shè)計(jì)一種防沖突程序即可。

　　防沖突程序流程圖，如圖6所示。當(dāng)處于激活狀態(tài)的標(biāo)簽接收到讀寫(xiě)器SELECT命令時(shí)，便發(fā)送自身UID給讀寫(xiě)器。此時(shí)如果有一個(gè)以上的標(biāo)簽同時(shí)發(fā)送UID，則讀寫(xiě)器判定沖突發(fā)生，發(fā)送FAIL命令給標(biāo)簽，標(biāo)簽通過(guò)內(nèi)部防沖突算法對(duì)自身相關(guān)參數(shù)值進(jìn)行修改之后，符合條件的標(biāo)簽將再次發(fā)送UID給讀寫(xiě)器，由讀寫(xiě)器判定沖突，重復(fù)上述操作，直到只有一個(gè)標(biāo)簽符合條件，則跳出防沖突程序，進(jìn)入標(biāo)簽后續(xù)處理程序。同時(shí)，剩余標(biāo)簽自動(dòng)修改自身相關(guān)數(shù)值，為下讀取做準(zhǔn)備，如果此時(shí)沒(méi)有符合條件的標(biāo)簽，則讀寫(xiě)器發(fā)送SUCCESS命令，標(biāo)簽修改自身參數(shù)，等待讀寫(xiě)器檢測(cè)命令。

　　3、結(jié)束語(yǔ)

　　文中基于RFID的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO15693，設(shè)計(jì)了工作于13.56MHz的RFID讀寫(xiě)器，可以進(jìn)行全方向讀寫(xiě)標(biāo)簽的新型讀寫(xiě)設(shè)備，配有輸入輸出IO、RS232、RS485及CAN總線等通信接口，配備有兩個(gè)天線，讀寫(xiě)距離可以達(dá)到1.5m-1.8m左右，多卡識(shí)別能力達(dá)到每秒45張，可以有效地滿足各類(lèi)RFID應(yīng)用領(lǐng)域的需求?；谠撟x寫(xiě)器的門(mén)禁系統(tǒng)已經(jīng)在實(shí)際中得到應(yīng)用，實(shí)際效果良好，適應(yīng)于各方面的應(yīng)用。

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