實(shí)驗5、2.4G有源RFID低功耗..

1、實(shí)驗五2.4G有源RFID低功耗實(shí)驗一、實(shí)驗?zāi)康?.1 了解有源RFID的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)1.2 了解有源RFID的應(yīng)用領(lǐng)域1.3 熟悉有源標(biāo)簽內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其工作狀態(tài)1.4 實(shí)習(xí)有源RFID識別系統(tǒng)的各組成部分結(jié)構(gòu)及工作原理1.5 分析2.4G固件程序，了解低功耗工作模式原理二、實(shí)驗設(shè)備硬件：RFDI實(shí)驗箱套件，電腦等。軟件：Keil。三、實(shí)驗原理3.1 有源RFID系統(tǒng)関軸圖5.1有源系統(tǒng)組成典型的有源RFID識別系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成如上圖所示，主要包括主機(jī)、閱讀器、有源標(biāo)簽三大部分。其中主機(jī)就是普通電腦，是RFID識別系統(tǒng)與特定應(yīng)用系統(tǒng)的聯(lián)結(jié)點(diǎn)，安裝應(yīng)用軟件，通過閱讀器提供的訪問接口查詢閱讀器上已識別的標(biāo)簽

2、ID。本節(jié)僅對閱讀器和有源標(biāo)簽的基本結(jié)構(gòu)及其工作原理進(jìn)行說明。3.1.1 閱讀器：閱讀器在系統(tǒng)中的作用是探測監(jiān)聽附近區(qū)域的標(biāo)簽，解析并存儲其ID，等待主機(jī)查詢?nèi)∮?。有源RFID系統(tǒng)中的閱讀器與無源系統(tǒng)的閱讀器在原理和結(jié)構(gòu)上沒有本質(zhì)區(qū)別。閱讀器的一般結(jié)構(gòu)示意圖5.2 所示圖5.2有源閱讀器結(jié)構(gòu)圖處理器：處理器主要是指閱讀器內(nèi)的核心單片機(jī)，通過其上固化存儲的程序完成對閱讀器各功能模塊的控制和相關(guān)數(shù)據(jù)處理功能。數(shù)據(jù)存儲器：數(shù)據(jù)存儲器用于暫存已收到的標(biāo)簽ID。一般單片機(jī)芯片都集成了數(shù)據(jù)存儲器。射頻發(fā)送模塊：閱讀器與有源標(biāo)簽的通信接口，通過編碼調(diào)制的無線電波與標(biāo)簽進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。模塊的發(fā)送和接收工作流程如

3、下圖5.3所示：模塊內(nèi)部一般有載波生成電路、調(diào)制解調(diào)電路、 載波收發(fā)電路。如果模塊采用硬件實(shí)現(xiàn)編解碼，還會包含符合特定編碼規(guī)則的編 解碼模塊，否則將由嵌入式軟件驅(qū)動實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)編解碼。在閱讀器的實(shí)際設(shè)計中， 本模塊可以由散件搭建，也可以選用成品集成電路。Lr*4忙號敘大H*圖5.3射頻模塊工作流程圖通信接口：本模塊完成與主機(jī)的信息交換。如果閱讀器與主機(jī)采用有線連接，則通信接口有很多標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備可供選擇，如RS232, RS485 CAN Ethernet等。如果閱讀器與主機(jī)間采用無線連接，則通信接口就是一個射頻收發(fā)模塊。天線：天線的主要作用是向外輻射電磁波。一般天線都具有特征頻率和方向特性，只有根據(jù)實(shí)

4、際情況選用合適的天線才能保證閱讀器的能力得到最大的發(fā)揮。3.1.2 有源標(biāo)簽有源標(biāo)簽的結(jié)構(gòu)組成如圖 5.4所示，與閱讀器相比減少了通信接口部分，各部分的功能及工作原理基本一致。差別在于標(biāo)簽與閱讀器功能不同而導(dǎo)致的器件選型差異。標(biāo)簽存儲器容量一般比閱讀器存儲器小，僅存儲標(biāo)簽ID及少量數(shù)據(jù)；一般有源標(biāo)簽都以自帶電池為電源，所以必須選擇功耗盡量低的設(shè)計，如果標(biāo)簽通過外部電源供電，則在設(shè)計上無需過多考慮功耗問題。目前簡單的有源標(biāo)簽大多為主動式ID標(biāo)簽，僅存儲一個只讀ID碼，并按一定周期間隙向外廣播ID ;更高級的標(biāo)簽?zāi)軌虼鎯Ω嘈畔ⅲ憫?yīng)閱讀器的命令，甚至被設(shè)計為各種無 線傳感器或檢測設(shè)備。有源標(biāo)簽的

5、最主要特點(diǎn)就在于標(biāo)簽不依靠閱讀器發(fā)送的載波提供能量，而是具有獨(dú)立的能量供應(yīng)系統(tǒng)。所以有源標(biāo)簽與無源標(biāo)簽相比，具有識別距離更遠(yuǎn)，配套閱讀器發(fā)射功率更低的優(yōu)點(diǎn)，但也有標(biāo)簽成本高，體積大，壽命短等缺點(diǎn)。紂煩枝農(nóng)乍決 進(jìn)嗎隅圖5.4有源標(biāo)簽結(jié)構(gòu)圖3.2有源RFID協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)有源RFID協(xié)議目前尚無統(tǒng)一的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，不同廠商的協(xié)議實(shí)現(xiàn)差異性較大，所以閱讀 器和標(biāo)簽一般都不能互換通用。工作在2.45GHz的有源RFID系統(tǒng)，其協(xié)議實(shí)現(xiàn)多參考ISO18000-4 標(biāo)準(zhǔn)中的內(nèi)容；工作在 433MHz的有源 RFID系統(tǒng)主要參考 ISO 18000-7 標(biāo)準(zhǔn)。 本實(shí)驗平臺上的有源 RFID工作在2.45GHz，所以

6、本節(jié)僅對與其相關(guān)的ISO 18000-4標(biāo)準(zhǔn)作簡單介紹。3.2.1 標(biāo)簽存儲結(jié)構(gòu)ISO 18000-4標(biāo)準(zhǔn)（以下簡稱18000-4 ）規(guī)定標(biāo)簽數(shù)據(jù)以字節(jié)為單元進(jìn)行存儲，最大256個存儲單元，每個單元可實(shí)現(xiàn)寫鎖定。實(shí)際存儲結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)為四字節(jié)只讀ID，ID由生產(chǎn)商在出廠時設(shè)置。3.2.2 標(biāo)簽狀態(tài)轉(zhuǎn)換18000-4規(guī)定的標(biāo)簽在與閱讀器的交互過程中會隨命令不斷改變自身狀態(tài)，狀態(tài)轉(zhuǎn)換如下圖5.5所示：3.2.3 編碼方式cDn廣州飛瑞敖電子科枝有限公司GuangZhou F.R,0 Electronic Technology Co.XTD.18000-4規(guī)定編碼方式分為上行鏈路（閱讀器- 標(biāo)簽）和下行鏈

7、路兩種，上行為曼徹斯特編碼，下行為FM0編碼。324 調(diào)制方式18000-4規(guī)定信號調(diào)制方式為上行鏈路和下行鏈路兩種，上行為GMS碉制，下行為 OOK調(diào)制。325 信息幀結(jié)構(gòu)18000-4規(guī)定的信息幀為比特流，結(jié)構(gòu)可分命令幀和響應(yīng)幀兩種。其中命令幀的結(jié)構(gòu)為：起始符+定界符+命令碼+數(shù)據(jù)+CRC16響應(yīng)幀結(jié)構(gòu)為：起始符 +數(shù)據(jù)+CRC16所有信息幀的發(fā) 送順序為高位優(yōu)先。3.3標(biāo)簽識別過程本實(shí)驗平臺所用2.4G有源RFID標(biāo)簽為主動式只讀ID標(biāo)簽，閱讀器模塊為被動接收 模塊，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)為純標(biāo)簽ID識別系統(tǒng)，不對標(biāo)簽作數(shù)據(jù)讀寫操作， 具有多標(biāo)簽沖突處理機(jī) 制。標(biāo)簽識別機(jī)制：本實(shí)驗平臺所用標(biāo)簽在獨(dú)立3

8、V電源驅(qū)動下間歇性工作， 周期性對外廣播ID，周期約為550ms。標(biāo)簽對外廣播ID的過程完全獨(dú)立于閱讀器的控制之外，閱讀器只是監(jiān)聽標(biāo)簽廣播，檢測到信號后解調(diào)解碼獲得ID數(shù)據(jù)。標(biāo)簽實(shí)際的工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換如圖5.6所示knd sending圖5.6有源標(biāo)簽實(shí)際工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖四、實(shí)驗步驟手冊地址：光盤 附件2.4G資料實(shí)驗相關(guān)的工程代碼文件地址：光盤 源代碼2.4G有源2.4G有源RFID實(shí)驗-低功耗標(biāo)簽代碼 光盤 源代碼2.4G有源2.4G標(biāo)簽與讀卡器固件RFID_Tag，不支持二次開發(fā)。 標(biāo)簽配置指令請參考 光盤附件2.4G資料標(biāo)簽配置命令注意事項：首先需要將紐扣電池與標(biāo)簽進(jìn)行焊接。4.1 安裝標(biāo)簽

9、。標(biāo)簽結(jié)構(gòu)如圖所示:圖5.7 標(biāo)簽圖5.8 紐扣電池標(biāo)簽底部標(biāo)有 VCC與GND請將黑線焊接到 GN上，紅線焊接到 VCCh即可，標(biāo)簽初始化為 主動模式。4.2打開 光盤 源代碼 上位機(jī)開發(fā)用RFID-UARTRVMDK工程目錄，編譯并燒寫到實(shí)驗箱， 將實(shí)驗箱上的UART-STM串 口與PC機(jī)相連，打開電源，打開串口助手 光盤 應(yīng)用程序 串口 助手），并正確配置串口參數(shù)。 可以發(fā)現(xiàn)此步與實(shí)驗 2中的4.1節(jié)相同，它們用的是同一個 STMEDn廣州飛瑞敖電子科枝有限公司GuangZhou F.R.O Electronic Technology Co.XTD.固件程序。在串口助手上以十六進(jìn)制發(fā)送0

10、2 04,選擇并使能2.4GHz RFID模塊。和低頻 RFID模塊相同，2.4GHz RFID模塊一旦使能，將處于主動監(jiān)聽階段，無需上位機(jī)發(fā)送任何命令也可以查詢周邊的2.4G標(biāo)簽，并將標(biāo)簽數(shù)據(jù)返回給上位機(jī)。注意：當(dāng)有多組同學(xué)一同做該實(shí)驗室，因為讀卡器的讀卡范圍很廣，會接收到別組學(xué)生的標(biāo)簽號，建議學(xué)生一組一組有順序的完成這一步驟。4.3打開 光盤 源代碼2.4G有源2.4G有源RFID實(shí)驗-低功耗 工程，編譯并燒寫入實(shí)驗箱。 上電后，進(jìn)入例程主界面。也可以進(jìn)行相同的測試。界面核心代碼：void Win dow(void) uin t8_t i = 0;un sig ned char edit_

11、cur;GUI_CURSOR_Show();/*建立窗體，包含了資源列表，資源數(shù)目，并指定回調(diào)函數(shù)*/hWin = GUI_CreateDialogBox(aDialogCreate, GUI_COUNTOF(aDialogCreate), _cbCallback, 0, 0, 0);/*設(shè)置窗體字體*/FRAMEWIN_SetFo nt(hWi n, & GUI_Fo ntComic18B_1);FRAMEWIN_SetBarColor(hWi n, 0, GUI_LIGHTCYAN);FRAMEWIN_SetClie ntColor(hWi n, GUI_BLACK);cDn廣州飛瑞敖電子

12、科枝有限公司GnangZhou F.R.O Electronic Technology Co.XTD.FRAMEWIN_SetDefaulteBorSize(0);/*BUTTON部件句柄及設(shè)置控件參數(shù) */hButton_bussys0 = WM_GetDialogltem(hWi n, GUI_ID_BUTTONO);hButton_bussys1 = WM_GetDialogltem(hWi n, GUI_ID_BUTTON1);hButton_bussys2 = WM_GetDialogltem(hWi n, GUI_ID_BUTTON2);BUTTON_SetFo nt(hButto

13、n_bussys0, & GUI_Fo ntComic18B_1);BUTTON_SetFo nt(hButton_bussys1, & GUI_Fo ntComic18B_1);BUTTON_SetFo nt(hButton_bussys2, & GUI_Fo ntComic18B_1);BUTTON_SetTextColor(hButton_bussys0, 0, GUI_BLUE);BUTTON_SetTextColor(hButton_bussys1, 0, GUI_BLUE);BUTTON_SetTextColor(hButton_bussys2, 0, GUI_BLUE);BUTT

14、ON_SetBkColor(hButton_bussys0,0,GUI_LIGHTCYAN);BUTTON_SetBkColor(hButton_bussys1,0,GUI_LIGHTCYAN);BUTTON_SetBkColor(hButton_bussys2,0,GUI_LIGHTCYAN);BUTTON_SetBkColor(hButton_bussys0,1,GUI_GRAY);BUTTON_SetBkColor(hButton_bussys1,1,GUI_GRAY);BUTTON_SetBkColor(hButton_bussys2,1,GUI_GRAY);/* 獲得edit部件的句

15、柄及設(shè)置控件參數(shù) */edit0 = WM_GetDialogltem(hWi n, GUI_ID_EDIT0);edit1 = WM_GetDialogltem(hWin, GUI_ID_EDIT1);/*設(shè)置EDIT部件采用10進(jìn)制范圍50-20000*/ EDIT_SetDecMode(edit1,0,0,2000,0,0);EDIT_SetMaxLen(edit0, 40);while(1)flag = 0;if (1 = rec_f2)rec_f2 = 0;atoh(RxBuffer2, hex, 8);EDIT_SetText(edit0, hex);EDIT_SetValue(e

16、dit1, i+);Beep();WM_Exec();4.5點(diǎn)擊start按鈕，讀寫器開始接受標(biāo)簽信息。按鍵響應(yīng)函數(shù)：static void _cbCallback(WM_MESSAGE * pMsg) int NCode, Id;switch (pMsg-Msgld) case WM_NOTIFY_PARENT:發(fā)生Id = WM_Getld(pMsg-hWi nSrc);件的IDNCode = pMsg-Data.v;switch (NCode) case WM_NOTIFICATION_RELEASED:if (Id = GUI_ID_BUTTON1) /通知父窗口有事件在窗口部件上/獲得對話框窗口里發(fā)生事件的部/通知代碼II窗體部件動作被釋放/停止按鈕動作GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_3 ); else if (Id = GUI_ID_BUTTONO) /開始按鈕動作GPIO_ResetBits(GPIOD, GPIO_Pin_3 );USART2_OUT(start, 2);/Beeplni t();else if (Id = GUI_ID_BUTTON2) USART2_OUT(lowpower, 2);/低功耗按鈕動作/發(fā)送低功耗指令break;default: break;