RFID是RadioFrequencyIdentification的縮寫，即射頻識別,。射頻識別(RFID)技術(shù)是從20世紀(jì)80年代興起并逐漸走向成熟的一項自動識別技術(shù),，它利用射頻方式進(jìn)行非接觸雙向通信，以達(dá)到目標(biāo)識別與數(shù)據(jù)交換的目的,。RFID是一種非接觸式的自動識別技術(shù),，它通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預(yù),。作為條形碼的無線版本,，RFID技術(shù)具有條形碼所不具備的防水,、防磁、耐高溫,、使用壽命長,、讀取距離大、標(biāo)簽上數(shù)據(jù)可以加密,、存儲數(shù)據(jù)容量更大,、存儲信息更改自如等優(yōu)點，已經(jīng)被世界公認(rèn)為本世紀(jì)十大重要技術(shù)之一,，在生產(chǎn),、零售、物流,、交通等各個行業(yè)等各個行業(yè)有著廣闊的應(yīng)用前景,。我國的第2代身份證即采用了RFID技術(shù)，世界上最大的零售商沃爾瑪也要求其最大的100個供應(yīng)商從2005年1月1日起開始采用RFID技術(shù),。
1,、RFID概述
        一個最基本的RFID系統(tǒng)如圖1，有以下幾部分組成：標(biāo)簽(Tag),，由耦合元件及芯片組成,，每個標(biāo)簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標(biāo)識目標(biāo)對象;讀寫器(Reader),，讀取(有時還可以寫入)標(biāo)簽信息的設(shè)備;天線(Antenna),，在標(biāo)簽和閱讀器間傳遞射頻信號。
        電子標(biāo)簽的工作頻率有3種：低頻(125kHz),、中頻(13.56MHz)和高頻(2.45GHz,，5.8GHz)。文中的讀寫器設(shè)計基于IS015693標(biāo)準(zhǔn),，工作于13.56MHz，適用的電子標(biāo)簽是無源的,。無源標(biāo)簽從讀寫器產(chǎn)生的電磁場中以電感耦合的方式獲得能量,。讀寫器首先從后臺計算機(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)制并通過天線發(fā)射出去,，處于讀寫器工作區(qū)的電子標(biāo)簽接收命令數(shù)據(jù)通過改變能量強(qiáng)度發(fā)射響應(yīng)信息,，讀寫器通過天線接收電子標(biāo)簽的響應(yīng)信號，進(jìn)行解調(diào)解碼后傳送給上位機(jī)做進(jìn)一步處理,。
2,、讀寫器的設(shè)計
2.1讀寫器的核心控件
         在本讀寫器的設(shè)計中采用的控制核心器件是DSMS320F2812，它是TI公司2003年推出的32bit定點DSP芯片,。最高主頻可達(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，故無須再外擴(kuò)ADC,，這樣可以使硬件電路變得更簡潔,。使DSP工作它采用了位域編程的環(huán)境，程序結(jié)構(gòu)更加清晰,，縮短軟件開發(fā)周期,。

2.2讀寫器的硬件設(shè)計
        讀寫器的硬件組成，如圖2所示,，是一個基于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，實現(xiàn)脈沖位置調(diào)制,。調(diào)制電路輸出信號的功率很弱,，需將此信號進(jìn)行功率放大，然后經(jīng)過濾波和調(diào)諧后加到天線上,，以提高對卡的操作距離,。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,。輸出通過電位器實現(xiàn)功率調(diào)節(jié)，可以調(diào)整的最小功率為0.5W,，最大為6W,。天線線圈在13.56MHz的工作頻率時表現(xiàn)為阻抗z，為了實現(xiàn)與50Ω系統(tǒng)的功率匹配,，系統(tǒng)通過無源的匹配電路將此阻抗轉(zhuǎn)換為50Ω,，然后通過50Ω的同軸電纜將功率從讀寫器末級傳送到天線匹配電路。
        在設(shè)計過程共配有4個天線,，可根據(jù)不同的距離需求調(diào)換,。在ISO15693協(xié)議中，電子標(biāo)簽到讀寫器的數(shù)據(jù)采用負(fù)載調(diào)制的方式(同時使用副載波)進(jìn)行發(fā)射,，即首先將曼徹斯特編碼的信號加載到副載波(有ASK單副載波423.75kHz和FSK雙副載波423.75kHz,、484.28kHz兩種方式)，然后再將信號加載到主載波13.56MHz上,。因此,，在讀寫器的接收通道中,，首先通過帶通濾波器取出一個邊帶，放大后再送人解調(diào)器,，解調(diào)器將邊帶信號與本地13.56MHz載波混頻濾波后獲得調(diào)制到副載波上的中頻信號,，再進(jìn)行ASK或FSK檢波，從而得到曼徹斯特碼波形,。這里所得的曼徹斯特碼波形沒有經(jīng)過抽樣判決是模擬信號,，經(jīng)過DSP的片上AD采樣、處理,、判決后進(jìn)行解碼和校驗,，完成整個信號的接收處理過程。
2.3讀寫器的軟件設(shè)計
        在ISO15693標(biāo)準(zhǔn)中,，從讀寫器到電子標(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個時間周期的某一處,，其時間周期為256/f,(18.88μs，高低電平分別為9.44μs),，因此一個字節(jié)的傳輸需要4.833ms,。在1/4模式中，一個脈沖的位置確定一個字節(jié)的兩位(00,，01,，10或11)，如圖3所示,，4個連續(xù)的循環(huán)確定一個字節(jié),，傳輸一個字節(jié)需要302.08μs。
        兩種編碼模式的實現(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間(對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。其中18.88μs的定時要盡可能精確,，以避免偏差累積引起的編碼錯誤,。本設(shè)計采用TMS320F2812做處理器，最高主頻可達(dá)150MHz,，可以設(shè)定主頻為135.6MHz,，這樣在程序設(shè)計方面會有一定的便利,，充分利用了TMS320F2812的特點，提高了精度,，但還需注意跳轉(zhuǎn)指令和流水線對精確定時的影響,。本設(shè)計方安選用1/4模式編碼，使用4取1脈沖位置調(diào)制模式,，這種位置一次決定2個位,。4個連續(xù)的位對構(gòu)成1個字節(jié)，首先傳送最低的位對,。例如：圖3示出了VCD(讀寫器)傳送E1=(11100001)b=225,。

2.4設(shè)計結(jié)果分析
        讀寫器從電子標(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個字節(jié)(16位)的CRC校驗值。本讀寫器接收數(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)，最后是幀尾,。讀寫器在向電子標(biāo)簽發(fā)出一個命令后即開始采樣,，如果在一定的時間內(nèi)接收到SOF，說明有返回信號,，則繼續(xù)采樣,，直至接收到EOF;否則，立即返回,。
        在實際實驗中讀寫器的讀寫距離,、信號強(qiáng)弱、噪聲干擾的大小對讀寫的準(zhǔn)確度有較大影響,。讀寫器在電子標(biāo)簽距離讀寫器的天線較近時,，信號相對干擾信號比較強(qiáng)，判決門限容易選取,。對信號的判別比較容易,，解碼方便，結(jié)果也比較準(zhǔn)確,。但當(dāng)電子標(biāo)簽距離讀寫器的天線較遠(yuǎn)但又在讀寫器的工作范圍之內(nèi)時,，信號的強(qiáng)度與噪聲相當(dāng)，判決門限很難選取，需要對采樣信號進(jìn)行濾波,，然后自適應(yīng)地選定判決門限,，提高讀寫距離和讀寫精度。
2.5防沖突程序設(shè)計
        防沖突程序設(shè)計是讀寫器程序設(shè)計中的一個重要組成部分,。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在與一個或多個VICCs通訊中處于主導(dǎo)地位,。它通過發(fā)布目錄請求初始化卡通訊,。當(dāng)讀寫器進(jìn)入工作狀態(tài)時，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),，隨時準(zhǔn)備響應(yīng)讀寫器指令操作，這就造成了標(biāo)簽讀寫沖突,。為了解決這一問題,，標(biāo)簽內(nèi)部設(shè)計了自帶防沖突機(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)簽接收到讀寫器SELECT命令時,，便發(fā)送自身UID給讀寫器,。此時如果有一個以上的標(biāo)簽同時發(fā)送UID，則讀寫器判定沖突發(fā)生,，發(fā)送FAIL命令給標(biāo)簽,，標(biāo)簽通過內(nèi)部防沖突算法對自身相關(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給讀寫器,，由讀寫器判定沖突,，重復(fù)上述操作，直到只有一個標(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,，剩余標(biāo)簽自動修改自身相關(guān)數(shù)值,，為下一次讀取做準(zhǔn)備，如果此時沒有符合條件的標(biāo)簽,，則讀寫器發(fā)送SUCCESS命令,，標(biāo)簽修改自身參數(shù)，等待讀寫器檢測命令,。
3,、結(jié)束語
       文中基于RFID的國際標(biāo)準(zhǔn)ISO15693,，設(shè)計了工作于13.56MHz的RFID讀寫器,，可以進(jìn)行全方向讀寫標(biāo)簽的新型讀寫設(shè)備,，配有輸入輸出IO、RS232,、RS485及CAN總線等通信接口,，配備有兩個天線，最大讀寫距離可以達(dá)到1.5m-1.8m左右,，多卡識別能力達(dá)到每秒45張,，可以有效地滿足各類RFID應(yīng)用領(lǐng)域的需求?；谠撟x寫器的門禁系統(tǒng)已經(jīng)在實際中得到應(yīng)用,，實際效果良好。