教學(xué)課件-RFID開發(fā)技術(shù)及實(shí)踐(青島東合)

第1章射頻識(shí)別技術(shù)

1.1射頻識(shí)別技術(shù)簡(jiǎn)介1.2RFID技術(shù)原理1.3RFID標(biāo)準(zhǔn)1.4RFID與物聯(lián)網(wǎng)

1.1射頻識(shí)別技術(shù)簡(jiǎn)介

射頻識(shí)別(RadioFrequencyIdentification，RFID)技術(shù)是一種利用射頻通信實(shí)現(xiàn)的非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。在RFID系統(tǒng)中，識(shí)別信息存放在電子數(shù)據(jù)載體中，電子數(shù)據(jù)載體稱為應(yīng)答器，應(yīng)答器中存放的識(shí)別信息由閱讀器讀寫。目前，射頻識(shí)別技術(shù)最廣泛的應(yīng)用是各類RFID標(biāo)簽和卡的讀寫及管理。

本章將從射頻識(shí)別技術(shù)的發(fā)展歷史開始，詳細(xì)講解其技術(shù)原理、標(biāo)準(zhǔn)以及與物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系等內(nèi)容。1.1.1射頻識(shí)別技術(shù)的發(fā)展歷史

顧名思義，射頻識(shí)別技術(shù)就是以射頻為載體的一項(xiàng)識(shí)別技術(shù)。無線電的出現(xiàn)和發(fā)展是該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)的前提。限于技術(shù)等原因，早期的射頻識(shí)別技術(shù)更多地應(yīng)用在大型的、特定的行業(yè)和場(chǎng)合。

1.?IFF系統(tǒng)

射頻識(shí)別技術(shù)最早的應(yīng)用可追溯到第二次世界大戰(zhàn)期間。當(dāng)時(shí)為了避免誤傷友機(jī)，開發(fā)出了飛機(jī)的敵我目標(biāo)識(shí)別(IdentificationFriendorFoe，IFF)系統(tǒng)。IFF的原理是利用射頻電波攜帶一段加密的編碼，當(dāng)友機(jī)收到后，立刻利用加密機(jī)制解碼并發(fā)回“我是朋友”的信息，而敵機(jī)則無法回應(yīng)。目前，這種飛機(jī)身份無線識(shí)別系統(tǒng)依然應(yīng)用在民用航空領(lǐng)域，也仍被稱為IFF。

2.?AIS系統(tǒng)

船舶自動(dòng)識(shí)別(AutoIdentificationSystem，AIS)系統(tǒng)是射頻識(shí)別技術(shù)在海事領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用。該系統(tǒng)經(jīng)IFF發(fā)展而來，由岸基(基站)設(shè)施和船載設(shè)施共同組成。船載設(shè)備配合全球定位系統(tǒng)(GPS)，可將船位、船速、改變航向率及航向等船舶動(dòng)態(tài)資料結(jié)合船名、呼號(hào)、吃水及危險(xiǎn)貨物等船舶靜態(tài)資料由甚高頻(VHF)頻道向附近水域及基站廣播，使鄰近船舶及基站能及時(shí)掌握附近海面所有船舶的動(dòng)、靜態(tài)資訊。如果發(fā)現(xiàn)周圍海域船舶出現(xiàn)異?；蛴邢嘧参ｋU(xiǎn)，可以立刻互相通話協(xié)調(diào)，采取必要避讓行動(dòng)，這對(duì)船舶安全和管理有很大幫助。

3.發(fā)展趨勢(shì)

近年來，隨著大規(guī)模集成電路、網(wǎng)絡(luò)通信、信息安全等技術(shù)的發(fā)展，射頻識(shí)別技術(shù)逐漸小型化、集成化，不再局限于特定行業(yè)的應(yīng)用，而進(jìn)入商業(yè)化應(yīng)用階段。如目前被廣泛使用的公交卡、門禁卡和二代身份證等就是射頻識(shí)別技術(shù)在日常生活中的應(yīng)用?？ê蜆?biāo)簽類的應(yīng)用逐漸被民眾所熟悉和接受，以至于成為RFID的代名詞。

在物聯(lián)網(wǎng)興起的背景下，射頻識(shí)別技術(shù)由于具有高速移動(dòng)物體識(shí)別、多目標(biāo)識(shí)別和非接觸識(shí)別等特點(diǎn)，顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿εc應(yīng)用空間，被認(rèn)為是21世紀(jì)最有發(fā)展前途的信息技術(shù)之一。1.1.2射頻識(shí)別技術(shù)的特征

射頻識(shí)別技術(shù)作為一種特殊的識(shí)別技術(shù)，區(qū)別于傳統(tǒng)的條形碼、插入式IC卡和生物(如指紋)識(shí)別技術(shù)，具有下述特征：

是通過電磁耦合方式實(shí)現(xiàn)的非接觸自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。

需要利用無線電頻率資源，并且須遵守?zé)o線電頻率使用的眾多規(guī)范。

存放的識(shí)別信息是數(shù)字化的，可通過編碼技術(shù)方便地實(shí)現(xiàn)多種應(yīng)用。

可以方便地進(jìn)行組合建網(wǎng)，以完成多規(guī)模的系統(tǒng)應(yīng)用。

涉及計(jì)算機(jī)、無線數(shù)字通信、集成電路及電磁場(chǎng)等眾多學(xué)科。

1.2RFID技術(shù)原理

RFID技術(shù)涉及無線電的多個(gè)頻段，性能特點(diǎn)不盡相同，所以具體的閱讀器和應(yīng)答器等形式也不相同。而實(shí)用的RFID系統(tǒng)更加復(fù)雜，涉及很多技術(shù)細(xì)節(jié)。其中，編碼與調(diào)制、數(shù)據(jù)校驗(yàn)與防碰撞是幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。1.2.1RFID系統(tǒng)組成

RFID系統(tǒng)由閱讀器、應(yīng)答器和高層等部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。

最簡(jiǎn)單的應(yīng)用系統(tǒng)只有一個(gè)閱讀器，它一次對(duì)一個(gè)應(yīng)答器進(jìn)行操作，如公交車上的刷卡系統(tǒng)；較復(fù)雜的應(yīng)用需要一個(gè)閱讀器可同時(shí)對(duì)多個(gè)應(yīng)答器進(jìn)行操作，要具有防碰撞(也稱防沖突)的能力；更復(fù)雜的應(yīng)用系統(tǒng)要解決閱讀器的高層處理問題，包括多閱讀器的網(wǎng)絡(luò)連接等。圖1-1RFID系統(tǒng)組成

1.高層

對(duì)于由多閱讀器構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)信息系統(tǒng)來說，高層是必不可少的。例如，采用RFID門票的世博會(huì)票務(wù)系統(tǒng)，需要在高層將多個(gè)閱讀器獲取的數(shù)據(jù)有效地整合起來，提供查詢、歷史檔案等相關(guān)管理和服務(wù)。更進(jìn)一步，通過對(duì)數(shù)據(jù)的加工、分析和挖掘，為正確決策提供依據(jù)，這就是常說的信息管理系統(tǒng)和決策系統(tǒng)。

2.閱讀器

閱讀器在具體應(yīng)用中常稱為讀寫器(這兩種稱呼本書將不加區(qū)別)，是對(duì)應(yīng)答器提供能量、進(jìn)行讀寫操作的設(shè)備。雖然因頻率范圍、通信協(xié)議和數(shù)據(jù)傳輸方法的不同，各種閱讀器在一些方面會(huì)有很大的差異，但通常具有一些相同的功能：

以射頻方式向應(yīng)答器傳輸能量。

讀寫應(yīng)答器的相關(guān)數(shù)據(jù)。

完成對(duì)讀取數(shù)據(jù)的信息處理，并實(shí)現(xiàn)應(yīng)用操作。

若有需要，應(yīng)能與高層處理交互信息。通常，閱讀器按照頻率分為低頻RFID閱讀器、高頻RFID閱讀器和超高頻RFID閱讀器。本書配套的低頻RFID閱讀器如圖1-2所示。

本書配套的高頻RFID閱讀器如圖1-3所示。

本書配套的超高頻RFID閱讀器如圖1-4所示。圖1-2低頻RFID閱讀器圖1-3高頻RFID閱讀器圖1-4超高頻RFID閱讀器

3.應(yīng)答器

從技術(shù)角度來說，RFID的核心在應(yīng)答器，閱讀器是根據(jù)應(yīng)答器的性能而設(shè)計(jì)的。但是由于封裝工藝等問題，應(yīng)答器的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)通常由專業(yè)的設(shè)計(jì)廠商和封裝廠商來完成，普通用戶沒有能力也無法接觸到這一領(lǐng)域。

目前，應(yīng)答器趨向微型化和高集成度，關(guān)鍵技術(shù)在于材料、封裝和生產(chǎn)工藝，重點(diǎn)突出應(yīng)用而非設(shè)計(jì)。應(yīng)答器按照電源形式可以分為如下兩種類型：

有源應(yīng)答器：使用電池或其他電源供電，不需要閱讀器提供能量，通?？块喿x器喚醒，然后切換至自身提供能量。

無源應(yīng)答器：沒有電池供電，完全靠閱讀器提供能量。應(yīng)答器按照工作頻率范圍可分為如下三種類型：

低頻應(yīng)答器：低于135kHz。

高頻應(yīng)答器：13.56MHz?±?7kHz。

超高頻應(yīng)答器：工作頻率為433MHz、866～960MHz、2.45GHz和5.8GHz(雖然屬于SHF，但由于性能的相似性，通常將其歸為超高頻應(yīng)答器范圍)。

應(yīng)答器在某些應(yīng)用場(chǎng)合也叫做射頻卡、標(biāo)簽等，但從本質(zhì)而言可統(tǒng)稱為應(yīng)答器。

1)射頻卡(RFCard)

通常，射頻卡的外形尺寸與銀行卡相同，尺寸符合ID-1型卡的規(guī)范，工作頻率為13.56MHz或低于135kHz，采用電感耦合方式實(shí)現(xiàn)能量和信息的傳輸。通?？蓱?yīng)用于各種小額消費(fèi)、身份認(rèn)證和考勤登記等，卡片上也可以印刷各種不同的圖案、文字或者商標(biāo)、廣告等。目前有些超高頻標(biāo)簽也封裝成射頻卡的外形。各種射頻卡的外觀如圖1-5所示。圖1-5射頻卡外觀

2)標(biāo)簽(Tag)

應(yīng)答器除了卡狀外形還有其他很多形狀，可用于動(dòng)物識(shí)別、貨物識(shí)別、集裝箱識(shí)別等，在這些應(yīng)用領(lǐng)域通常將應(yīng)答器制作成標(biāo)簽，其中微型RFID標(biāo)簽如圖1-6所示。

防水錢幣型標(biāo)簽常用于惡劣環(huán)境下，可防水防塵，強(qiáng)度較高，其外觀如圖1-7所示。

有的標(biāo)簽很薄，并且貼有不干膠，適用于物流行業(yè)的貨物跟蹤，其外觀如圖1-8所示。圖1-6微型RFID標(biāo)簽圖1-7防水錢幣型RFID標(biāo)簽圖1-8不干膠RFID標(biāo)簽1.2.2射頻識(shí)別基本原理

在RFID系統(tǒng)中，射頻識(shí)別部分主要由閱讀器和應(yīng)答器兩部分組成。閱讀器與應(yīng)答器之間的通信采用無線射頻方式進(jìn)行耦合。在實(shí)踐中，由于對(duì)距離、速率及應(yīng)用的要求不同，需要的射頻性能也不盡相同，所以射頻識(shí)別涉及的無線電頻率范圍也很廣。

1.基本交互原理

射頻識(shí)別過程在閱讀器和應(yīng)答器之間以無線射頻的方式進(jìn)行，其基本原理如圖1-9所示。圖1-9RFID基本原理閱讀器和應(yīng)答器之間的交互主要靠能量、時(shí)序和數(shù)據(jù)三個(gè)方面來完成。

閱讀器產(chǎn)生的射頻載波為應(yīng)答器提供工作所需要的能量。

閱讀器與應(yīng)答器之間的信息交互通常采用詢問—應(yīng)答的方式進(jìn)行，所以必須有嚴(yán)格的時(shí)序關(guān)系，該時(shí)序也由閱讀器提供。

閱讀器與應(yīng)答器之間可以實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)交換，閱讀器給應(yīng)答器的命令和數(shù)據(jù)通常采用載波間隙、脈沖位置調(diào)制、編碼解調(diào)等方法實(shí)現(xiàn)傳送；應(yīng)答器存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)信息采用對(duì)載波的負(fù)載調(diào)制方式向閱讀器傳送。

2.工作頻率

在無線電技術(shù)中，不同的頻段有不同的特點(diǎn)和技術(shù)。實(shí)踐中，不同頻段的RFID實(shí)現(xiàn)技術(shù)差異很大。從此角度而言，RFID技術(shù)的空中接口幾乎覆蓋了無線電技術(shù)的全頻段。射頻識(shí)別系統(tǒng)具體涉及頻段如下：

低頻(LF，頻率范圍為30kHz～300kHz)：工作頻段低于135kHz，常用125kHz。

高頻(HF，頻率范圍為3MHz～30MHz)：工作頻率為13.56MHz?±?7kHz。

特高頻(UHF，頻率范圍為300MHz～3GHz)：工作頻率為433MHz、866MHz～960MHz和2.45GHz。超高頻(SHF，頻率范圍為3GHz～30GHz)：工作頻率為5.8GHz和24GHz，但目前24GHz基本沒有采用。

其中，后三個(gè)頻段為工業(yè)科研醫(yī)療(IndustrialScientificMedical，ISM)頻段，是為工業(yè)、科研和醫(yī)療應(yīng)用而保留的頻率范圍，不同國(guó)家可能會(huì)有不同的規(guī)定。

3.耦合方式

根據(jù)射頻耦合方式的不同，RFID可以分為電感耦合(磁耦合)和反向散射耦合(電磁場(chǎng)耦合)兩大類。

1)電感耦合

電感耦合也叫做磁耦合，是閱讀器和應(yīng)答器之間通過磁場(chǎng)(類似變壓器)的耦合方式進(jìn)行射頻耦合，能量(電源)由閱讀器通過載波提供。由于閱讀器產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度會(huì)受到電磁兼容性能的有關(guān)限制，因此一般工作距離都比較近。高頻RFID和低頻RFID主要采用電感耦合的方式，即頻率為13.56MHz和小于135kHz，工作距離一般在1m以內(nèi)，其電路結(jié)構(gòu)如圖1-10所示。圖1-10電感耦合的電路結(jié)構(gòu)電感耦合的RFID系統(tǒng)中，閱讀器與應(yīng)答器之間耦合的工作原理如下：

閱讀器通過諧振在閱讀器天線上產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)，在一定距離內(nèi)，部分磁力線會(huì)穿過應(yīng)答器天線，產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)耦合。

由于在電感耦合的RFID系統(tǒng)中所用的電磁波長(zhǎng)(低頻135kHz，波長(zhǎng)為2400m；高頻13.56MHz，波長(zhǎng)為22.1m)比兩個(gè)天線之間的距離大很多，所以兩線圈間的電磁場(chǎng)可以當(dāng)作簡(jiǎn)單的交變磁場(chǎng)。

穿過應(yīng)答器天線的磁場(chǎng)通過感應(yīng)會(huì)在應(yīng)答器天線上產(chǎn)生一個(gè)電壓，經(jīng)過VD的整流和對(duì)C2充電、穩(wěn)壓后，電量保存在C2中，同時(shí)C2上產(chǎn)生應(yīng)答器工作所需要的電壓。閱讀器天線和應(yīng)答器天線也可以看做是一個(gè)變壓器的初、次級(jí)線圈，只不過它們之間的耦合很弱。因?yàn)殡姼旭詈舷到y(tǒng)的效率不高，所以這種方式主要適用于小電流電路。應(yīng)答器的功耗大小對(duì)工作距離有很大影響。

在電感耦合方式下，應(yīng)答器向閱讀器的數(shù)據(jù)傳輸采用負(fù)載調(diào)制的方法，其原理如圖1-11所示。圖1-11負(fù)載調(diào)制圖1-11所示為電阻負(fù)載調(diào)制，本質(zhì)是一種振幅調(diào)制(也稱為調(diào)幅AM)，以調(diào)節(jié)接入電阻R的大小來改變調(diào)制度的大小。實(shí)踐中，常通過接通或斷開接入電阻R來實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制的振幅調(diào)制。其工作步驟如下：

(1)如果在應(yīng)答器中以二進(jìn)制數(shù)據(jù)編碼信號(hào)控制開關(guān)S，則應(yīng)答器線圈上的負(fù)載電阻R按二進(jìn)制數(shù)據(jù)編碼信號(hào)的高低電平變化來接通和斷開。

(2)負(fù)載的變化通過應(yīng)答器天線到閱讀器天線，進(jìn)而產(chǎn)生相同規(guī)律變化的信號(hào)，即變壓器次級(jí)線圈中的電流變化會(huì)影響到初級(jí)線圈中的電流變化。

(3)在該變化反饋到閱讀器天線(相當(dāng)于變壓器初級(jí))后，通過解調(diào)、濾波放大電路恢復(fù)為應(yīng)答器端控制開關(guān)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)編碼信號(hào)。

(4)經(jīng)過解碼后就可以獲得存儲(chǔ)在應(yīng)答器中的數(shù)據(jù)信息，進(jìn)而可以進(jìn)行下一步處理。這樣，二進(jìn)制數(shù)據(jù)信息就從應(yīng)答器傳到了閱讀器。

2)反向散射耦合

反向散射耦合也稱電磁場(chǎng)耦合，其理論和應(yīng)用基礎(chǔ)來自雷達(dá)技術(shù)。當(dāng)電磁波遇到空間目標(biāo)(物體)時(shí)，其能量的一部分被目標(biāo)吸收，另一部分以不同的強(qiáng)度被散射到各個(gè)方向。在散射的能量中，一小部分反射回發(fā)射天線，并被該天線接收(發(fā)射天線也是接收天線)，然后對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行放大和處理，即可獲取目標(biāo)的有關(guān)信息。一個(gè)目標(biāo)反射電磁波的效率由反射橫截面來衡量。反射橫截面的大小與一系列參數(shù)有關(guān)，如目標(biāo)大小、形狀和材料、電磁波的波長(zhǎng)和極化方向等。由于目標(biāo)的反射性能通常隨頻率的升高而增強(qiáng)，所以反向散射耦合方式通常應(yīng)用在超高頻(包括UHF和SHF)RFID系統(tǒng)中，應(yīng)答器和閱讀器的距離大于1m。反向散射耦合的原理圖如圖1-12所示。圖1-12反向散射耦合原理圖在反向散射耦合的RFID系統(tǒng)中，閱讀器與應(yīng)答器之間耦合的工作原理如下：

閱讀器通過閱讀器天線發(fā)射載波，其中一部分被應(yīng)答器天線反射回閱讀器天線。

應(yīng)答器天線的反射性能受連接到天線的負(fù)載變化影響，因此同樣可以采用電阻負(fù)載調(diào)制的方法實(shí)現(xiàn)反射的調(diào)制。

閱讀器天線收到攜帶有調(diào)制信號(hào)的反射波后，經(jīng)收發(fā)耦合、濾波放大，再經(jīng)解碼電路獲得應(yīng)答器發(fā)回的信息。采用反向散射耦合方式的應(yīng)答器按照能量的供給方式分為無源和有源兩種。

無源應(yīng)答器的能量由閱讀器通過天線提供。但是在UHF和SHF頻率范圍，有關(guān)電磁兼容的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)對(duì)閱讀器所能發(fā)射的最大功率有嚴(yán)格的限制，因此在有些應(yīng)用中，應(yīng)答器完全采用無源方式會(huì)有一定困難。

應(yīng)答器上安裝附加電池成為有源應(yīng)答器。當(dāng)應(yīng)答器進(jìn)入閱讀器的作用范圍時(shí)，應(yīng)答器由獲得的射頻功率激活，進(jìn)入工作狀態(tài)。為防止不必要的電池消耗，應(yīng)答器平時(shí)處于低功耗模式。1.2.3RFID編碼與調(diào)制

在RFID技術(shù)中，為使閱讀器在讀取數(shù)據(jù)時(shí)能很好地解決同步的問題，往往不直接使用數(shù)字量對(duì)射頻進(jìn)行調(diào)制，而是將數(shù)據(jù)編碼變換后再對(duì)射頻進(jìn)行調(diào)制。

1.?RFID編碼

在RFID的應(yīng)用中，未經(jīng)調(diào)制的信號(hào)通常采用單極性矩形脈沖，而常用的變換編碼主要有曼徹斯特碼、密勒碼和修正密勒碼等。

1)單極性矩形脈沖(NRZ碼)

對(duì)于傳輸數(shù)字信號(hào)，最普遍而且最容易的方法是用兩個(gè)不同的電壓電平來表示二進(jìn)制數(shù)字1和0。單極性矩形脈沖就是用零電平和正(或負(fù))電平來分別代表0和1。以二進(jìn)制數(shù)據(jù)0101100100為例，單極性矩形脈沖如圖1-13所示。

這種波形在碼元脈沖之間無空隙間隔，在全部碼元時(shí)間內(nèi)傳送碼脈沖的編碼方式，稱為不歸零碼(NRZ碼)。圖1-13單極性矩形脈沖

2)曼徹斯特碼

在曼徹斯特碼中，一個(gè)二進(jìn)制數(shù)分兩個(gè)位發(fā)送，1碼前半(50%)位為高，后半(50%)位為低；0碼前半(50%)位為低，后半(50%)位為高。NRZ碼與時(shí)鐘進(jìn)行異或運(yùn)算便可得到曼徹斯特碼。以二進(jìn)制數(shù)據(jù)0101100100為例，其曼徹斯特碼為01100110100101100101，該曼徹斯特碼波形如圖1-14所示。圖1-14曼徹斯特碼編碼

3)密勒碼

密勒碼的邏輯0的電平與前位有關(guān)，邏輯1雖然在位中間有跳變，但是上跳還是下跳取決于前位結(jié)束時(shí)的電平。編碼規(guī)則如表1-1所示。

以二進(jìn)制數(shù)據(jù)0101100100為例，密勒碼為010001100011100011，其密勒碼波形如圖1-15所示。表1-1密勒碼編碼規(guī)則

圖1-15密勒碼編碼

4)修正密勒碼

修正密勒碼是對(duì)密勒碼的改進(jìn)。在RFID的ISO/IEC14443標(biāo)準(zhǔn)TYPEA中就是采用修正密勒碼方式對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制的。

在ISO/IEC14443標(biāo)準(zhǔn)TYPEA中有如下三種時(shí)序：

時(shí)序X：在64/fc處，產(chǎn)生一個(gè)Pause(凹槽)。

時(shí)序Y：在整個(gè)位期間(128/fc)不發(fā)生調(diào)制。

時(shí)序Z：在位期間開始產(chǎn)生一個(gè)Pause。

在上述時(shí)序說明中，fc為載波頻率，13.56MHz；Pause的脈沖底寬為0.5～3.0μs，90%的幅度寬度不大于4.5μs。

ISO/IEC14443標(biāo)準(zhǔn)TYPEA中定義的修正密勒碼的編碼規(guī)則如下：

邏輯1為時(shí)序X。

邏輯0為時(shí)序Y。

通信開始用時(shí)序Z表示。

通信結(jié)束用邏輯0加時(shí)序Y表示。

無用信息至少用兩個(gè)時(shí)序Y表示。

對(duì)于邏輯0，有兩種情況除外：

若相鄰有兩個(gè)或者更多0，則從第二個(gè)0開始采用時(shí)序Z。

直接與起始位相連的所有0，用時(shí)序Z表示。

2.?RFID調(diào)制

脈沖調(diào)制是指將數(shù)據(jù)的NRZ碼變換為更高頻率的脈沖串，該脈沖串的脈沖波形參數(shù)受NRZ碼的值0和1調(diào)制。RFID系統(tǒng)中常用的調(diào)制方式有FSK、PSK和副載波調(diào)制等。

1)?FSK(頻移鍵控)

FSK是指對(duì)已調(diào)脈沖波形的頻率進(jìn)行控制，以達(dá)到傳輸數(shù)據(jù)的目的，最常見的是用兩個(gè)頻率代表二進(jìn)制1和0的雙頻FSK系統(tǒng)。FSK調(diào)制方式用于頻率低于135kHz(通常為125kHz)?的情況。

2)?PSK(相移鍵控)

PSK調(diào)制方式通常有兩種：PSK1和PSK2。當(dāng)采用PSK1調(diào)制時(shí)，若在數(shù)據(jù)位的起始處出現(xiàn)上升沿或者下降沿(即出現(xiàn)1、0或者0、1交替)，則相位將于位起始處跳變180%；當(dāng)采用PSK2調(diào)制時(shí)，在數(shù)據(jù)位為1時(shí)相位從位起始處跳變180%，在數(shù)據(jù)為0時(shí)相位不變。PSK1是一種絕對(duì)碼方式，PSK2是一種相對(duì)碼方式。

3)副載波調(diào)制

在無線電技術(shù)中，副載波得到了廣泛的應(yīng)用，如彩色模擬電視中的色副載波。在RFID系統(tǒng)中，副載波的調(diào)制方法主要應(yīng)用在頻率為13.56MHz的高頻RFID系統(tǒng)中，而且僅在從應(yīng)答器向閱讀器的數(shù)據(jù)傳輸過程中采用。

副載波頻率是通過對(duì)載波的二進(jìn)制分頻產(chǎn)生的。對(duì)載波頻率為13.56?MHz的RFID系統(tǒng)，使用的副載波頻率大多為847kHz、424kHz或212kHz(對(duì)應(yīng)13.56MHz的16、32和64分頻)。

在13.56?MHz的RFID系統(tǒng)中，應(yīng)答器將需要傳送的信息首先組成相應(yīng)的幀，然后將幀的基帶編碼調(diào)制到副載波頻率上，最后再進(jìn)行載波調(diào)制，實(shí)現(xiàn)向閱讀器的信息傳輸。與直接用數(shù)據(jù)基帶信號(hào)進(jìn)行負(fù)載調(diào)制相比，采用副載波調(diào)制有如下優(yōu)點(diǎn)：

應(yīng)答器是無源的，其能量由閱讀器的載波提供。采用副載波調(diào)制信號(hào)進(jìn)行負(fù)載調(diào)制時(shí)，調(diào)制管道每次導(dǎo)通的時(shí)間較短，對(duì)應(yīng)答器電源影響也較小。

調(diào)制管道的總導(dǎo)通時(shí)間減少，總功耗損耗下降。

有用信息的頻譜分布在副載波附近而不是載波附近，便于閱讀器對(duì)傳送數(shù)據(jù)信息的提取，但射頻耦合回路應(yīng)有較寬的頻帶。1.2.4數(shù)據(jù)校驗(yàn)與防碰撞

在RFID系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾源嬖趦蓚€(gè)方面的問題：一是外界的各種干擾可能使數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)生錯(cuò)誤；二是多個(gè)應(yīng)答器同時(shí)占用信道使發(fā)送數(shù)據(jù)產(chǎn)生碰撞。運(yùn)用數(shù)據(jù)校驗(yàn)(差錯(cuò)檢測(cè))和防碰撞算法可以分別解決這兩個(gè)問題。

1.數(shù)據(jù)校驗(yàn)

目前，在RFID中的差錯(cuò)檢測(cè)主要采用奇偶校驗(yàn)碼和CRC碼。

1)奇偶校驗(yàn)碼

檢驗(yàn)碼中最簡(jiǎn)單的是奇偶校驗(yàn)碼，它是在數(shù)據(jù)后面加上一個(gè)奇偶位(ParityBit)的編碼。奇偶校驗(yàn)的值是這樣設(shè)定的：奇校驗(yàn)時(shí)，若字節(jié)的數(shù)據(jù)位中1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)，則校驗(yàn)位的值為0，反之為1。

偶校驗(yàn)時(shí)，若字節(jié)的數(shù)據(jù)位中1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)，則校驗(yàn)位的值為1，反之為0。

即奇偶校驗(yàn)位值的選取原則是使碼字內(nèi)1的數(shù)目相應(yīng)為奇數(shù)或者偶數(shù)。例如，當(dāng)二進(jìn)制數(shù)據(jù)10110101通過在末尾加奇偶校驗(yàn)位傳送時(shí)，如果采用偶校驗(yàn)，則校驗(yàn)位為1，數(shù)據(jù)為101101011；如果采用奇校驗(yàn)，則數(shù)據(jù)為101101010。

奇偶校驗(yàn)只能檢測(cè)單比特的差錯(cuò)，如果同時(shí)有兩位1變成了0，則奇偶校驗(yàn)會(huì)失效。但是奇偶校驗(yàn)在字節(jié)的校驗(yàn)中，仍然有一定的作用。

2)?CRC碼

CRC碼(循環(huán)冗余碼)具有較強(qiáng)的糾錯(cuò)能力，且硬件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，因而被廣泛應(yīng)用。CRC碼是基于多項(xiàng)式的編碼技術(shù)。在多項(xiàng)式編碼中，將信息位串看成是階次從Xk-1到X0的信息多項(xiàng)式M(X)的系數(shù)序列，多項(xiàng)式M(X)的階次為k-1。在計(jì)算CRC碼時(shí)，發(fā)送方和接收方必須采用一個(gè)共同的生成多項(xiàng)式G(X)，G(X)的階次應(yīng)低于M(X)，且最高和最低階的系數(shù)為1。在此基礎(chǔ)上，CRC碼的算法步驟如下：

(1)將k位信息寫成k-1階多項(xiàng)式M(X)。

(2)設(shè)生成的多項(xiàng)式G(X)的階為r。

(3)用模2除法計(jì)算XrM(X)G(X)，獲得余數(shù)多項(xiàng)式R(X)。

(4)用模2減法求得傳送多項(xiàng)式T(X)，T(X)?=?XrM(X)-R(X)，則T(X)多項(xiàng)式系數(shù)序列的前k位為信息位，后r位為校驗(yàn)位，總位數(shù)n?=?k?+?r。

例如，信息位串為11110111，生成多項(xiàng)式G(X)的系數(shù)序列為10011，階r為4，進(jìn)行模2除法后，得到余數(shù)多項(xiàng)式R(X)的系數(shù)序列為1111，所以傳送多項(xiàng)式T(X)的系數(shù)序列為111101111111，前8位為信息位，后4位為監(jiān)督校驗(yàn)位。計(jì)算過程如圖1-16所示。圖1-16CRC碼計(jì)算示例因?yàn)門(X)一定能被G(X)模2整除，所以判斷接收到的T(X)能否被G(X)整除，則可以知道在傳輸過程中是否出現(xiàn)錯(cuò)碼。

CRC的優(yōu)點(diǎn)是識(shí)別錯(cuò)誤的可靠性較好，且只需要少量的操作就可以實(shí)現(xiàn)。16位的CRC碼可適用于校驗(yàn)4KB長(zhǎng)數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)完整性，而在RFID系統(tǒng)中，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀明顯比4KB短，因此，除了16位的CRC碼外，還可以使用12位(甚至5位)的CRC碼。有三個(gè)生成多項(xiàng)式已成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，如下：

CRC-12G(X)?=?X12?+?X11?+?X3?+?X2?+?X?+?1

CRC-16G(X)?=?X16?+?X15?+?X2?+?1

CRC-CCITTG(X)?=?X16?+?X12?+?X5?+?X2?+?1

在RFID標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC14443中，采用CRC-CCITT生成多項(xiàng)式。該標(biāo)準(zhǔn)中，TYPEA采用CRC-A，計(jì)算時(shí)循環(huán)移位寄存器的初始值為6363H；TYPEB采用CRC-B，循環(huán)移位寄存器的初始值為FFFFH。

2.防碰撞

RFID系統(tǒng)在工作時(shí)，可能會(huì)有一個(gè)以上的應(yīng)答器同時(shí)處在閱讀器的作用范圍內(nèi)。這樣，如果有兩個(gè)或兩個(gè)以上的應(yīng)答器同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)，那么就會(huì)出現(xiàn)通信沖突，產(chǎn)生數(shù)據(jù)相互的干擾，即碰撞。此外，也可能出現(xiàn)多個(gè)應(yīng)答器處在多個(gè)閱讀器的工作范圍內(nèi)的情況，它們之間的數(shù)據(jù)通信也會(huì)引起數(shù)據(jù)干擾，不過一般很少考慮這種情況。

為了防止碰撞的產(chǎn)生，RFID系統(tǒng)需要采取相應(yīng)的技術(shù)措施來解決此類問題，這些措施稱為防碰撞(沖突)協(xié)議。防碰撞協(xié)議可通過防碰撞算法和相關(guān)命令來實(shí)現(xiàn)。不同的防碰撞算法，對(duì)碰撞檢測(cè)的要求不同。判斷是否產(chǎn)生了數(shù)據(jù)信息的碰撞可以采用下述方法：檢測(cè)接收到的電信號(hào)參數(shù)是否發(fā)生了非正常變化。但是對(duì)于無線電射頻環(huán)境來說，門限值較難設(shè)置。

通過差錯(cuò)檢測(cè)方法檢查有無錯(cuò)碼。雖然應(yīng)用奇偶校驗(yàn)和CRC碼檢查到的傳輸錯(cuò)誤不一定是數(shù)據(jù)碰撞引起的，但是這種情況出現(xiàn)通常被認(rèn)為是出現(xiàn)了碰撞。

利用某些編碼的性能，檢查是否出現(xiàn)了非正常碼。如曼徹斯特碼出現(xiàn)11碼就說明產(chǎn)生了碰撞，并且可以知道碰撞發(fā)生在哪一位。

1.3RFID標(biāo)準(zhǔn)

RFID標(biāo)準(zhǔn)有很多，分層次來看，主要有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)是由國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)和國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)制定的。

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)是各國(guó)根據(jù)自身國(guó)情制定的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制定的主管部門是工業(yè)和信息化部與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)，RFID的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)正在制定中。

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的典型一例是由國(guó)際物品編碼協(xié)會(huì)(EAN)和美國(guó)統(tǒng)一代碼委員會(huì)(UCC)制定的EPC標(biāo)準(zhǔn)，主要應(yīng)用于物品識(shí)別。1.3.1RFID標(biāo)準(zhǔn)概述

ISO/IEC制定的RFID標(biāo)準(zhǔn)可以分為技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)、性能標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)四類，如表1-2所示。表1-2RFID標(biāo)準(zhǔn)

RFID的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)較多，其原因有如下幾點(diǎn)：

RDID的工作頻率分布在從低頻至微波的多個(gè)頻段中，頻率不同，其技術(shù)差異就很大。即使同一個(gè)頻率，由于基帶信號(hào)、調(diào)制方式的不同，也會(huì)形成不同的標(biāo)準(zhǔn)。

作用距離的差異需要不同的工作原理、電源供給方式和載波功率，這也會(huì)形成不同的標(biāo)準(zhǔn)。

RFID應(yīng)用面很寬，不同的應(yīng)用目的，其存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)代碼、外形需求、頻率選擇等會(huì)有很大差異。

標(biāo)準(zhǔn)的多元化與標(biāo)準(zhǔn)之爭(zhēng)也是國(guó)家、組織利益之爭(zhēng)的必然反應(yīng)。1.3.2ISO/IEC10536標(biāo)準(zhǔn)

ISO/IEC10536是密耦合非接觸式IC卡標(biāo)準(zhǔn)，用于緊密耦合類型的RFID系統(tǒng)中。此標(biāo)準(zhǔn)雖然是一個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，但實(shí)際上此技術(shù)并沒有被應(yīng)用，市場(chǎng)上也見不到相關(guān)產(chǎn)品。

1.3.3ISO/IEC14443標(biāo)準(zhǔn)

ISO/IEC14443標(biāo)準(zhǔn)是近耦合非接觸式IC卡(PICC)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，可用于身份證和各種智能卡、存儲(chǔ)卡。ISO/IEC14443標(biāo)準(zhǔn)由四部分組成，即ISO/IEC14443-1/2/3/4。該標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定射頻頻率為13.56MHz。

ISO/IEC14443標(biāo)準(zhǔn)目前應(yīng)用比較廣泛，采用此協(xié)議TYPEA標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)簽有飛利浦公司的Mifare卡系列以及兼容的復(fù)旦卡系列；采用TYPEB標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用有我國(guó)的第二代身份證。

1.3.4ISO/IEC15693標(biāo)準(zhǔn)

ISO/IEC15693是疏耦合射頻卡(VICC)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)由物理特性、空中接口與初始化、防碰撞和傳輸協(xié)議、命令擴(kuò)展和安全特性四個(gè)部分組成。該協(xié)議規(guī)定閱讀器(VCD)產(chǎn)生13.56MHz?±?7kHz的正弦波，VICC通過電感耦合方式獲得能量，VCD產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)強(qiáng)度H應(yīng)滿足150Ma/m?≤?H?≤?5A/m，讀寫距離最遠(yuǎn)2m。

與ISO/IEC14443相比，ISO/IEC15693雖然也工作在13.56MHz頻段，但是其空中接口以及一些傳輸協(xié)議并不相同，最重要的區(qū)別是，ISO/IEC15693支持中遠(yuǎn)距離(小于2m)的標(biāo)簽讀寫，而ISO/IEC14443側(cè)重于近距離(小于10cm)的標(biāo)簽讀寫。目前，ISO/IEC15693已發(fā)展為ISO/IEC18000-3標(biāo)準(zhǔn)。1.3.5ISO/IEC18000標(biāo)準(zhǔn)

2005年，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)下發(fā)文件，正式批準(zhǔn)將ISO/IEC18000標(biāo)準(zhǔn)列為2005年國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制訂計(jì)劃，并由中國(guó)物品編碼中心和信息產(chǎn)業(yè)部電子工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化研究所作為兩個(gè)起草單位，共同負(fù)責(zé)完成ISO/IEC18000轉(zhuǎn)換為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的工作。

ISO/IEC18000共分1～7(缺5)六個(gè)部分，其中，標(biāo)準(zhǔn)1～6是基于單品的射頻識(shí)別，標(biāo)準(zhǔn)7是超高頻有源射頻識(shí)別，其各部分的協(xié)議內(nèi)容如下。

1.?ISO/IEC18000-1

該部分規(guī)定了參考結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)化的參數(shù)定義，規(guī)范了空中接口通信協(xié)議中共同遵守的讀寫器與標(biāo)簽的通信參數(shù)表、知識(shí)產(chǎn)權(quán)基本規(guī)則等內(nèi)容。這樣，每一個(gè)頻段對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)不需要對(duì)相同內(nèi)容進(jìn)行重復(fù)規(guī)定。

2.?ISO/IEC18000-2

該部分適用于中頻125～134kHz，規(guī)定了在標(biāo)簽和讀寫器之間通信的物理接口，讀寫器應(yīng)具有與TypeA(FDX)和TypeB(HDX)標(biāo)簽通信的能力；也規(guī)定了協(xié)議和指令以及多標(biāo)簽通信的防碰撞方法。

3.?ISO/IEC18000-3

該部分適用于高頻段13.56MHz，規(guī)定了讀寫器與標(biāo)簽之間的物理接口、協(xié)議和命令以及防碰撞方法。關(guān)于防碰撞協(xié)議可以分為兩種模式，而模式1又分為基本型與兩種擴(kuò)展型協(xié)議(無時(shí)隙無終止多應(yīng)答器協(xié)議和時(shí)隙終止自適應(yīng)輪詢多應(yīng)答器讀取協(xié)議)；模式2采用時(shí)頻復(fù)用FTDMA協(xié)議，共有8個(gè)信道，適用于標(biāo)簽數(shù)量較多的情形。

4.?ISO/IEC18000-4

該部分適用于微波段2.45GHz，規(guī)定了讀寫器與標(biāo)簽之間的物理接口、協(xié)議和命令以及防碰撞方法。該標(biāo)準(zhǔn)包括兩種模式，模式1是無源標(biāo)簽，工作方式是讀寫器先講；模式2是有源標(biāo)簽，工作方式是標(biāo)簽先講。

5.?ISO/IEC18000-6

該部分適用于超高頻段860～960MHz，規(guī)定了讀寫器與標(biāo)簽之間的物理接口、協(xié)議和命令以及防碰撞方法。它包含TYPEA、TYPEB和TYPEC三種無源標(biāo)簽的接口協(xié)議，通信距離最遠(yuǎn)可以達(dá)到10m。

6.?ISO/IEC18000-7

該部分適用于超高頻段433.92MHz，屬于有源電子標(biāo)簽，規(guī)定了讀寫器與標(biāo)簽之間的物理接口、協(xié)議和命令以及防碰撞方法。有源標(biāo)簽識(shí)讀范圍大，適用于大型固定資產(chǎn)的跟蹤。

1.4RFID與物聯(lián)網(wǎng)

物體的標(biāo)簽化是物聯(lián)網(wǎng)的重要概念和基礎(chǔ)知識(shí)，也是關(guān)鍵技術(shù)之一。20世紀(jì)70年代，商品條形碼的出現(xiàn)引發(fā)了商業(yè)的第一次革命。當(dāng)今，基于RFID技術(shù)的電子商品編碼(ElectronicProductCode，EPC)新技術(shù)給商品的識(shí)別、存儲(chǔ)、流動(dòng)和銷售各個(gè)環(huán)節(jié)帶來了巨大的變革，也使物體聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生成為可能。1.4.1EPC系統(tǒng)

為推動(dòng)RFID技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展，1999年美國(guó)麻省理工學(xué)院成立了Auto-ID中心，進(jìn)行RFID技術(shù)的研發(fā)，通過創(chuàng)建RFID并利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)形成EPC系統(tǒng)，為建設(shè)全球物聯(lián)網(wǎng)而努力。EPC統(tǒng)一了全球?qū)ξ锲返木幋a方法，可以編碼至單個(gè)物品。EPC規(guī)定了將此編碼以數(shù)字信息的形式存儲(chǔ)并附著在商品上的應(yīng)答器(在EPC中常稱為標(biāo)簽)中。閱讀器通過無線空中接口讀取標(biāo)簽中的EPC碼，并經(jīng)過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳送至信息控制中心，進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)、顯示和交互。1.4.2EPC與物聯(lián)網(wǎng)

EPC系統(tǒng)是在計(jì)算機(jī)因特網(wǎng)的基礎(chǔ)上，利用RFID、EPC編碼和數(shù)據(jù)通信等技術(shù)，構(gòu)造一個(gè)覆蓋全球萬事萬物的物聯(lián)網(wǎng)(InternetofThings)。

EPC系統(tǒng)由應(yīng)答器、閱讀器、中間件服務(wù)器、對(duì)象名稱解析服務(wù)器和EPC信息服務(wù)器以及與它們之間的網(wǎng)絡(luò)組成，如圖1-17所示。圖1-17EPC系統(tǒng)組成

EPC系統(tǒng)各主要組成部分如下：

應(yīng)答器裝載有EPC編碼，作為標(biāo)簽附著在物品上。

閱讀器用于讀寫EPC標(biāo)簽，并能連接到本地網(wǎng)絡(luò)中。

中間件是連接閱讀器和服務(wù)器的軟件，是物聯(lián)網(wǎng)中的核心技術(shù)。

對(duì)象名稱解析服務(wù)器的作用類似于因特網(wǎng)中的域名解析服務(wù)，它給中間件指明了存儲(chǔ)產(chǎn)品有關(guān)信息的服務(wù)器，即EPC信息服務(wù)器。

EPC系統(tǒng)有如下特點(diǎn)：

采用EPC編碼方法，可以識(shí)別至單個(gè)物品。

EPC系統(tǒng)具有開放的體系結(jié)構(gòu)，可以將企業(yè)的內(nèi)聯(lián)網(wǎng)、RFID和因特網(wǎng)有機(jī)地結(jié)合起來，既避免了系統(tǒng)的復(fù)雜性，又提高了資源的利用率。

EPC系統(tǒng)是一個(gè)著眼于全球的系統(tǒng)，規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)眾多，目前還不統(tǒng)一。

EPC是一個(gè)大系統(tǒng)，需要較多的成本投入，對(duì)于低價(jià)值的識(shí)別對(duì)象，必須考慮引入成本。但隨著EPC系統(tǒng)技術(shù)的進(jìn)步和價(jià)格的降低，低價(jià)值識(shí)別對(duì)象進(jìn)入系統(tǒng)將成為現(xiàn)實(shí)。第2章RFID協(xié)議體系

2.1ISO/IEC14443標(biāo)準(zhǔn)2.2ISO/IEC18000-6標(biāo)準(zhǔn)

2.1ISO/IEC14443標(biāo)準(zhǔn)

ISO/IEC14443標(biāo)準(zhǔn)是近耦合非接觸式IC卡的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，可用于身份證和各種智能卡、存儲(chǔ)卡。ISO/IEC14443標(biāo)準(zhǔn)由四部分組成，即ISO/IEC14443-1/2/3/4。在ISO/IEC14443標(biāo)準(zhǔn)中，閱讀器稱為PCD(ProximityCouplingDevice，近耦合設(shè)備)，應(yīng)答器稱為PICC(ProximityICCard，近耦合IC卡)。

本書配套的高頻RFID閱讀器，即是符合ISO/IEC14443TYPEA協(xié)議的PCD設(shè)備。2.1.1ISO/IEC14443-1

ISO/IEC14443-1部分是ISO/IEC14443的物理特性。協(xié)議中對(duì)近耦合卡做了相關(guān)規(guī)定，具體內(nèi)容如下：

PICC的機(jī)械性能。

PICC尺寸應(yīng)滿足ISO7810中的規(guī)范，即85.72mm?×?54.03mm?×?0.76mm。

?對(duì)PICC進(jìn)行彎曲和扭曲實(shí)驗(yàn)及紫外線、X射線和電磁射線的輻射實(shí)驗(yàn)的附加說明。2.1.2ISO/IEC14443-2

ISO/IEC14443-2部分主要規(guī)定了ISO/IEC14443的射頻能量和信號(hào)接口。

1.射頻能量

閱讀器(PCD)產(chǎn)生耦合到應(yīng)答器(PICC)的射頻電磁場(chǎng)，用以傳送能量。PICC通過耦合獲取能量，并轉(zhuǎn)換成芯片工作直流電壓。PCD和PICC間通過調(diào)制與解調(diào)實(shí)現(xiàn)通信。

射頻頻率為13.56MHz，閱讀器產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度為

1.5A/m?≤?H?≤?7.5A/m(有效值)。若PICC的動(dòng)作場(chǎng)強(qiáng)為1.5A/m，那么PICC在距離PCD為10cm時(shí)能正常不間斷地工作。

2.信號(hào)接口

信號(hào)接口也稱為空中接口。協(xié)議規(guī)定了兩種信號(hào)接口：TYPEA和TYPEB。我國(guó)第二代身份證就是采用TYPEB型的應(yīng)答器，但是TYPEB更多應(yīng)用在特殊場(chǎng)合，通常需加密。相對(duì)而言，TYPEA型應(yīng)用更加廣泛和簡(jiǎn)單。因此，本書僅詳細(xì)介紹TYPEA型協(xié)議的相關(guān)內(nèi)容，而對(duì)TYPEB型只作簡(jiǎn)要介紹。PICC僅需采用兩者之一的方式，但PCD最好對(duì)兩者都能支持并可任意選擇其中之一來適配PICC。

1)?TYPEA型

PCD向PICC通信：載波頻率為13.56MHz，數(shù)據(jù)傳輸速率為106kb/s，采用修正密勒碼的100%ASK調(diào)制。為保證對(duì)PICC的不間斷能量供給，載波間隙的時(shí)間約為2～3μs。

PICC向PCD通信：以負(fù)載調(diào)制方式實(shí)現(xiàn)，用數(shù)據(jù)曼徹斯特碼的副載波調(diào)制(ASK)信號(hào)進(jìn)行負(fù)載調(diào)制。副載波頻率為載波頻率的16分頻，即847kHz。

2)?TYPEB型

PCD向PICC通信：數(shù)據(jù)傳輸速率為106kb/s，用數(shù)據(jù)的NRZ碼對(duì)載波進(jìn)行ASK調(diào)制，調(diào)制幅度為10%(8%～14%)邏輯1時(shí)，載波高幅度(無調(diào)制)；邏輯0時(shí)，載波低幅度。

PICC向PCD通信：數(shù)據(jù)傳輸速率為106kb/s，用數(shù)據(jù)的NRZ碼對(duì)副載波(847kHz)進(jìn)行BPSK(二進(jìn)制相移鍵控)調(diào)制，然后再用副載波調(diào)制信號(hào)進(jìn)行負(fù)載調(diào)制實(shí)現(xiàn)通信。2.1.3ISO/IEC14443-3

ISO/IEC14443-3標(biāo)準(zhǔn)中提供了TYPEA和TYPEB兩種不同的防碰撞協(xié)議。TYPEA采用位檢測(cè)防碰撞協(xié)議，TYPEB通過一組命令來管理防碰撞過程，防碰撞方案為時(shí)隙基礎(chǔ)。限于實(shí)用角度和篇幅原因，本節(jié)只介紹TYPEA的防碰撞協(xié)議。

1.幀結(jié)構(gòu)

TYPEA的幀有三種類型：短幀、標(biāo)準(zhǔn)幀和面向比特的防碰撞幀。

1)短幀

短幀的結(jié)構(gòu)由起始位S、7位數(shù)據(jù)位b1～b7和通信結(jié)束位E構(gòu)成，其幀結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。

2)標(biāo)準(zhǔn)幀

標(biāo)準(zhǔn)幀由起始位S、n個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)以及結(jié)束位E構(gòu)成，每一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)后面有一個(gè)奇校驗(yàn)位P，其幀結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。

圖2-1短幀圖2-2標(biāo)準(zhǔn)幀

3)面向比特的防碰撞幀

該幀僅用于防碰撞循環(huán)，它是由7個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)組成的標(biāo)準(zhǔn)幀。在防碰撞過程中，它被分裂為兩部分：第一部分從PCD發(fā)送到PICC；第二部分從PICC發(fā)送到PCD。第一部分?jǐn)?shù)據(jù)的最大長(zhǎng)度為55位，最小長(zhǎng)度為16位，第一部分和第二部分的總長(zhǎng)度為56位。這兩部分的分裂有兩種情況：

第一種情況是在完整的字節(jié)之后分開，并在完整字節(jié)后加檢驗(yàn)位。

第二種情況是在字節(jié)當(dāng)中分開，在第一部分分開的位后不加校驗(yàn)位；對(duì)于分裂的字節(jié)，PCD對(duì)第二部分的第一個(gè)校驗(yàn)位不予檢查。

2.?PICC的狀態(tài)

在ISO/IEC14443-3標(biāo)準(zhǔn)中PICC有不同的狀態(tài)，各狀態(tài)之間又會(huì)受到不同操作或者數(shù)據(jù)的影響而進(jìn)行互相轉(zhuǎn)換。下述內(nèi)容用于實(shí)現(xiàn)任務(wù)描述2.D.1，即用流程圖描述TYPEA型PICC的狀態(tài)及轉(zhuǎn)換，如圖2-3所示。

TYPEA型PICC的狀態(tài)轉(zhuǎn)換說明如下：

Power-off(斷電)狀態(tài)。任何情況下，PICC離開PCD有效作用范圍即進(jìn)入Power-off狀態(tài)。

Idle(休閑)狀態(tài)。?此時(shí)PICC加電，能對(duì)已調(diào)制信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，并可識(shí)別來自PCD的REQA命令。圖2-3PICC狀態(tài)轉(zhuǎn)換

Ready(就緒)狀態(tài)。在REQA或WUPA命令作用下PICC進(jìn)入Ready狀態(tài)，此時(shí)進(jìn)入防碰撞流程。

Active(激活)狀態(tài)。在SELECT命令作用下PICC進(jìn)入Active狀態(tài)，完成本次應(yīng)用應(yīng)進(jìn)行的操作。

Halt(停止)狀態(tài)。當(dāng)在HALT命令或在支持ISO/IEC14443-4標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議時(shí)，在高層命令DESELECT作用下PICC進(jìn)入此狀態(tài)。在Halt狀態(tài)，PICC接收到WUPA(喚醒)命令后返回Ready狀態(tài)。

3.防碰撞流程

在ISO/IEC14443-3標(biāo)準(zhǔn)中，TYPEA采用位檢測(cè)防碰撞協(xié)議來檢測(cè)碰撞情況，需要有一系列的流程和相關(guān)命令。下述內(nèi)容用于實(shí)現(xiàn)任務(wù)描述2.D.2，即用流程圖描述PCD初始化和防碰撞流程，如圖2-4所示。

防碰撞步驟如下(注意，在圖2-4中僅給出了步驟(1)～(13))：

(1)?PCD選定防碰撞命令SEL的代碼為93H、95H或97H，分別對(duì)應(yīng)于UIDCL1、UIDCL2或UIDCL3，即確定UIDCLn的n值。圖2-4PCD初始化和防碰撞流程

(2)?PCD指定NVB=20H，表示PCD不發(fā)出UIDCLN的任一部分，而迫使所有在場(chǎng)的PICC發(fā)回完整的UIDCLn作為應(yīng)答。

(3)?PCD發(fā)送SEL和NVB。

(4)所有在場(chǎng)的PICC發(fā)回完整的UIDCLn作為應(yīng)答。

(5)如果多于一個(gè)PICC發(fā)回應(yīng)答，則說明發(fā)生了碰撞；如果不發(fā)生碰撞，則可跳過步驟(6)～(10)。

(6)?PCD應(yīng)認(rèn)出發(fā)生第一個(gè)碰撞的位置。

(7)?PCD指示NVB值以說明UIDCLn的有效位數(shù)目，這些有效位是接收到的UIDCLn發(fā)生碰撞之前的部分，后面再由PCD決定加一位0或1，一般加1。

(8)?PCD發(fā)送SEL、NVB和UIDCLn。

(9)只有PICC的UIDCLn部分與PCD發(fā)送的有效數(shù)據(jù)位內(nèi)容相等時(shí)，才發(fā)送出UIDCLn的其余位。

(10)如果還有碰撞發(fā)生，則重復(fù)步驟(6)～(9)，最大循環(huán)次數(shù)為32。

(11)?如果沒有在發(fā)生碰撞，則PCD指定NVB=70H，表示PCD將發(fā)送完整的UIDCLn。

(12)?PCD發(fā)送SEL和NVB，接著發(fā)送40位UIDCLn，后面是CRC-A校驗(yàn)碼。

(13)?與40位UIDCLn匹配的PICC以SAK作為應(yīng)答。

(14)?如果UID是完整的，則PICC將發(fā)送帶有Cascade位為0的SAK，同時(shí)從Ready狀態(tài)轉(zhuǎn)換到Active狀態(tài)。

(15)?如果PCD檢查到Cascade位為1的SAK，則將CLn的n值加1，并再次進(jìn)入防碰撞循環(huán)。

4.命令集

在PICC的狀態(tài)轉(zhuǎn)換及防碰撞過程中，定義了很多相關(guān)命令和相關(guān)數(shù)據(jù)，其具體定義如下：

(1)?REQA/WUPA命令。

這兩個(gè)命令為短幀。REQA命令的編碼為26H，WUPA命令的編碼為52H。

(2)?ATQA應(yīng)答。

PCD發(fā)出REQA命令后，處于休閑(Idle)狀態(tài)的PICC都應(yīng)同步地以ATQA應(yīng)答PCD，PCD檢測(cè)是否有碰撞。ATQA的編碼結(jié)構(gòu)如表2-1所示。表2-1ATQA結(jié)構(gòu)

(3)?ANTICOLLISION和SELECT命令。

PCD接收ATQA應(yīng)答，PCD和PICC進(jìn)入防碰撞循環(huán)。ANTICOLLISION和SELECT命令格式如表2-2所示。

在NVB字節(jié)中，高4位為字節(jié)數(shù)編碼，是PCD發(fā)送的字節(jié)數(shù)，包括SEL和NVB，因此字節(jié)數(shù)最小為2，最大為7，編碼范圍0010～0111；低4位表示命令的非完整字節(jié)最后一位的位數(shù)，編碼0000～0111對(duì)應(yīng)的位數(shù)為0～7位，位數(shù)為0表示沒有非完整字節(jié)。表2-2ANTICOLLISION和SELECT命令格式

SEL和NVB的值指定了在防碰撞循環(huán)中分裂的位。

若NVB指示其后有40個(gè)有效位(NVB=70H)，則應(yīng)添加CRC-A(2字節(jié))。該命令為SELECT命令，是標(biāo)準(zhǔn)幀。

若NVB指定其后有效位小于40，則為ANTICOLLISION命令。ANTICOLLISION命令是比特防碰撞幀。

UIDCLn為UID的一部分，n為1、2、3。ATQA的b8、b7表示UID的大小，UID由4、7或10個(gè)字節(jié)組成。UIDCLn域?yàn)?字節(jié)，其結(jié)構(gòu)如表2-3所示。表中CT為級(jí)聯(lián)標(biāo)志，編碼為88H。表2-3UIDCLn結(jié)構(gòu)

UID可以是一個(gè)固定的唯一序列號(hào)，也可以是由PICC動(dòng)態(tài)產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)。當(dāng)UIDCLn為UIDCL1時(shí)，編碼如表2-4所示。

UIDCLn為UIDCL2或UIDCL3時(shí)，編碼如表2-5所示。

(4)?SAK應(yīng)答。

PCD發(fā)送SELECT命令后，與40位UIDCLn匹配的PICC以SAK作為應(yīng)答。SAK為1字節(jié)，它的結(jié)構(gòu)和編碼如表2-6所示。表2-4UIDCL1編碼

表2-5UIDCL2編碼表2-6SAK結(jié)構(gòu)

b3為Cascade位。

b3?=?1表示UID不完整，還有未被確認(rèn)部分；

b3?=?0表示UID已完整。

b6

=

1表示PICC遵守ISO/IEC14443-4標(biāo)準(zhǔn)的傳輸協(xié)議。

b6

=

0表示傳輸協(xié)議不遵守ISO/IEC14443-4標(biāo)準(zhǔn)。

SAK的其他位為RFU，置0。

(5)?HALT命令。

HALT命令為在2字節(jié)(0050H)的命令碼后跟CRC-A(2字節(jié))一共4字節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)幀。2.1.4ISO/IEC14443-4

ISO/IEC14443-4是用于非接觸環(huán)境的半雙工分組傳輸協(xié)議，定義了PICC的激活過程和解除激活的方法。下述內(nèi)容用于實(shí)現(xiàn)任務(wù)描述2.D.3，即用流程圖描述TYPEA型PICC激活的協(xié)議操作過程，如圖2-5所示。

當(dāng)系統(tǒng)完成了ISO/IEC14443-3中定義的請(qǐng)求、防碰撞和選擇并由PICC發(fā)回SAK后，PCD必須檢查SAK字節(jié)，以核實(shí)PICC是否支持對(duì)ATS(AnswertoSelect)的使用。

若SAK說明不支持ISO/IEC14443-4協(xié)議，則PCD應(yīng)發(fā)送HALT命令使PICC進(jìn)入Halt狀態(tài)。

若SAK字節(jié)說明支持ISO/IEC14443-4協(xié)議，表明可以回應(yīng)ATS，那么PCD發(fā)出RATS(請(qǐng)求ATS)命令，PICC接收到RATS后以ATS回應(yīng)。若PICC在ATS中表明支持PPS(ProtocolandParameterSelection)并且參數(shù)可變，則PCD發(fā)送PPS請(qǐng)求命令，PICC以PPS應(yīng)答。PICC不需要一定支持PPS。圖2-5TYPEA型PICC激活下述內(nèi)容為ISO/IEC14443-4協(xié)議命令的詳細(xì)解釋。

1.?RATS(請(qǐng)求ATS)

RATS命令的格式如表2-7所示。

上表中，第一個(gè)字節(jié)是指命令開始，編碼為E0H。第二個(gè)字節(jié)是參數(shù)字節(jié)：高4位為FSDI，用于編碼PCD可接收的FSD(最大的幀長(zhǎng))，F(xiàn)SDI編碼值為0～Fh時(shí)，對(duì)應(yīng)的FSD為16，24，32，…，256，>256(備用)字節(jié)；低4位為編碼CID(卡標(biāo)識(shí)符)，定義了對(duì)PICC尋址的邏輯號(hào)，編碼值為0～14，值15為備用(ReservedforFuture，RFU)。表2-7RATS命令

2.?ATS

ATS的結(jié)果如表2-8所示。

1)?長(zhǎng)度字節(jié)TL

長(zhǎng)度字節(jié)TL用于給出ATS響應(yīng)的長(zhǎng)度，包括TL字節(jié)，但不包含兩個(gè)CRC字節(jié)。ATS的最大長(zhǎng)度不能超出FSD的大小。

2)格式字節(jié)T0

格式字節(jié)T0是可選的，只要它出現(xiàn)，長(zhǎng)度字節(jié)TL的值就大于1。T0的組成如表2-9所示。

FSCI用于編碼FSC，F(xiàn)SC為PICC可接收的最大幀長(zhǎng)，F(xiàn)SCI編碼和FSDI編碼定義的最大幀長(zhǎng)(字節(jié))相同。FSCI的默認(rèn)值為2H(FSC=32字節(jié))。

表2-8ATS

表2-9T0組成

3)接口字節(jié)TA(1)

TA(1)用于決定參數(shù)因子D，確定PCD至PICC和PICC至PCD的數(shù)據(jù)傳輸速率。TA(1)編碼的結(jié)構(gòu)如表2-10所示。

D?=?2時(shí)比特率為212kb/s，其余D值對(duì)應(yīng)的比特率可類推。上表中Dr(稱為接收因子)表示PCD向PICC通信時(shí)PICC的數(shù)據(jù)傳輸速率能力；Ds(稱為發(fā)送因子)表示PICC向PCD通信時(shí)PICC的數(shù)據(jù)傳輸速率能力。表2-10TA(1)結(jié)構(gòu)

4)接口字節(jié)TB(1)

TB(1)由兩部分組成，分別定義了幀等待時(shí)間和啟動(dòng)幀的保護(hù)時(shí)間。高半字節(jié)為FWI，用于編碼幀等待時(shí)間FWT。FWT定義為PCD發(fā)送的幀和PICC發(fā)送的應(yīng)答幀之間的最大延遲時(shí)間，表示為

FWT=(256?×?16/fc)?×?2FWI

其中，fc為載波頻率；FWI值的范圍為0～14，15為RFU。當(dāng)FWI?=?0時(shí)，F(xiàn)WT?=?FWTmin?=?302μs；當(dāng)FWI?=?14時(shí)，F(xiàn)WT?=?FWTmax?=?4949ms。如果TB(1)是默認(rèn)的，則FWI的默認(rèn)值為4，相應(yīng)的FWT為4.8ms。

PCD可用FWT值來檢測(cè)協(xié)議錯(cuò)誤或未應(yīng)答的PICC。若在FWT時(shí)間內(nèi)，PCD未從PICC接收到響應(yīng)，則可重發(fā)幀。

TB(1)的低半字節(jié)為SFGI，用于編碼SFGT(啟動(dòng)幀保護(hù)時(shí)間)，這是PICC在它發(fā)送ATS以后，到準(zhǔn)備接收下一幀之前所需要的特殊保護(hù)時(shí)間。SFGI編碼值為0～14，15為RFU。SFGI值為0表示不需要SFGT，SFGI=1～14對(duì)應(yīng)的SFGT計(jì)算式為

SFGT=(256?×?16/fc)?×?2SFGI

其中，fc為載波頻率，SFGI的默認(rèn)值為0。

5)接口字節(jié)TC(1)

TC(1)描述協(xié)議參數(shù)，它由兩部分組成。第一部分從b8至b3，置為0，其他值作為RFU。第二部分的b2和b1用于編碼PICC對(duì)CID(卡標(biāo)識(shí)符)和NAD(節(jié)點(diǎn)地址)的支持情況，b2位為1時(shí)支持CID；b1位為1時(shí)支持NAD；b2b1位默認(rèn)值為(10)b，表示支持CID而不支持NAD。

6)歷史字符

歷史字符T1至Tk是可選項(xiàng)，它的大小取決于ATS的最大長(zhǎng)度。

3.?PPS(協(xié)議和參數(shù)選擇)請(qǐng)求

PPS請(qǐng)求的結(jié)構(gòu)如表2-11所示。

它由一個(gè)起始字節(jié)后跟兩個(gè)參數(shù)字節(jié)加上兩字節(jié)CRC組成。

起始字節(jié)PPSS。PPSS的高4位編碼為1101，其他值時(shí)為RFU。低4位定義CID，即對(duì)PICC尋址的邏輯號(hào)。

PPS0。PPS0用于表明可選字節(jié)PPS1是否出現(xiàn)。當(dāng)該字節(jié)b8b7b6=000b，b5=1b，b4b3b2b1=0001b時(shí)，表示后面出現(xiàn)PPS1字節(jié)。

PPS1。PPS1字節(jié)b8b7b6b5=0000b，b4b3為DSI(設(shè)置發(fā)送因子Ds的值)，b2b1為DRI(設(shè)置接收因子Dr的值)。DSI和DRI的兩位編碼“00、01、10、11”對(duì)應(yīng)的D值為1、2、4、8。表2-11PPS請(qǐng)求的結(jié)構(gòu)

4.?PPS響應(yīng)

它為PICC接收PPS請(qǐng)求后的應(yīng)答，由3字節(jié)組成，第一字節(jié)為PPSS(同PPS請(qǐng)求的PPSS)，后兩字節(jié)為CRC字節(jié)。

2.2ISO/IEC18000-6標(biāo)準(zhǔn)

ISO/IEC18000-6標(biāo)準(zhǔn)定義了工作頻率在860～930MHz的閱讀器和應(yīng)答器之間的物理接口、協(xié)議、命令和防碰撞機(jī)制。它包含TYPEA、TYPEB和TYPEC三種無源標(biāo)簽的接口協(xié)議，通信距離最遠(yuǎn)可以達(dá)到10m。目前，TYPEA和TYPEB發(fā)展已停滯，而TYPEC是EPCClass1Gen2所采用的協(xié)議并且發(fā)展較快?；谏鲜鲈蚝推拗疲竟?jié)只簡(jiǎn)要介紹TypeC。

本書配套的超高頻RFID閱讀器，即是符合ISO/IEC18000-6B/C協(xié)議的閱讀器。2.2.1EPCC1G2標(biāo)準(zhǔn)

ISO/IEC18000-6標(biāo)準(zhǔn)中的TYPEC與EPCClass1Gen2(簡(jiǎn)稱EPCC1G2)協(xié)議相同，本書對(duì)兩者不加區(qū)分，下述內(nèi)容將從接口參數(shù)、存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)等方面對(duì)其進(jìn)行介紹。本節(jié)內(nèi)容為EPCC1G2的簡(jiǎn)要說明，以幫助用戶對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)有一個(gè)了解。詳細(xì)說明請(qǐng)參考EPCC1G2標(biāo)準(zhǔn)。

1.系統(tǒng)介紹

EPC系統(tǒng)是一個(gè)針對(duì)電子標(biāo)簽的應(yīng)用規(guī)范，一般包括讀寫器、電子標(biāo)簽、天線以及上層應(yīng)用接口程序等部分。每家廠商提供的產(chǎn)品應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，雖然所提供的設(shè)備性能不同，但功能是相似的。

2.操作說明

讀寫器向一個(gè)或一個(gè)以上的電子標(biāo)簽發(fā)送信息，發(fā)送方式是采用無線通信的方式來調(diào)制射頻載波信號(hào)。而標(biāo)簽通過相同的調(diào)制射頻載波接收功率。讀寫器通過發(fā)送未調(diào)制射頻載波和接收由電子標(biāo)簽反射(反向散射)的信息來接收電子標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)。

EPCC1G2UHF段標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的無線接口頻率為860MHz～960MHz。但每個(gè)國(guó)家在使用時(shí)，會(huì)根據(jù)情況選擇其中某段頻率作為自己的使用頻段。用戶在選用電子標(biāo)簽和讀寫器時(shí)，應(yīng)選用符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的電子標(biāo)簽及讀寫器。一般來說，電子標(biāo)簽的頻率范圍較寬，而讀寫器在出廠時(shí)會(huì)嚴(yán)格按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的頻率來限定。

3.頻道工作模式

讀寫器將有效的頻段分為20個(gè)頻道，在某個(gè)時(shí)刻讀寫器與電子標(biāo)簽的通信只占用一個(gè)頻道。為防止占用某個(gè)頻道時(shí)間過長(zhǎng)或該頻道被其他設(shè)備占用而產(chǎn)生干擾，讀寫器會(huì)自動(dòng)跳到下一個(gè)頻道。

用戶在使用讀寫器時(shí)，如發(fā)現(xiàn)某個(gè)頻道已被其他的設(shè)備占用或某個(gè)頻道上的信號(hào)干擾很大，可在讀寫器系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定中先將該頻道屏蔽，這樣讀寫器在自動(dòng)跳頻時(shí)，會(huì)自動(dòng)跳過該頻道，以避免與其他設(shè)備應(yīng)用沖突。

4.發(fā)射功率

讀寫器的發(fā)射功率是一個(gè)很重要的參數(shù)。讀寫器對(duì)電子標(biāo)簽的操作距離主要由該發(fā)射功率來確定，發(fā)射功率越大，則操作距離越遠(yuǎn)。我國(guó)的暫定標(biāo)準(zhǔn)為2W，讀寫器的發(fā)射功率可以通過系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置來進(jìn)行調(diào)整，可分為幾級(jí)或連續(xù)可調(diào)。用戶需根據(jù)自己的應(yīng)用調(diào)整該發(fā)射功率，使讀寫器能在用戶設(shè)定的距離內(nèi)完成對(duì)電子標(biāo)簽的操作。對(duì)于滿足使用要求的，將發(fā)射功率調(diào)到較小，以減少能耗。

5.天線

天線作為RFID系統(tǒng)中非常重要的一部分，它對(duì)讀寫器與電子標(biāo)簽的操作距離有很大的影響。天線的性能越好，則操作距離越遠(yuǎn)。用戶在選用時(shí)需要多加關(guān)注。

讀寫器與天線的連接有兩種情況：一種是讀寫器與天線裝在一起，稱為一體機(jī)；另一種是通過50Ω的同軸電纜與天線相連，稱為分體機(jī)。天線的指標(biāo)主要有使用效率(天線增益)、有效范圍(方向性選擇)、匹配電阻(50Ω)和接口類型等。用戶在選用時(shí)，應(yīng)根據(jù)自己的需要選用相關(guān)的天線。一個(gè)讀寫器可以同時(shí)連接多個(gè)天線，在使用這種讀寫器時(shí)，用戶需先設(shè)定天線的使用序列。

6.密集讀寫器環(huán)境(DRM)

在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合，可能會(huì)存在多個(gè)讀寫器同時(shí)運(yùn)行的情況，稱為密集讀寫器環(huán)境。在這種情況下，各個(gè)讀寫器會(huì)占用各自的操作頻道對(duì)自己的某類電子標(biāo)簽進(jìn)行操作。用戶在使用時(shí)，應(yīng)根據(jù)需要選用可在DRM環(huán)境下可靠運(yùn)行的讀寫器。

7.數(shù)據(jù)傳輸速率

數(shù)據(jù)傳輸速率有高、低兩種，一般的廠商都會(huì)選擇高速數(shù)據(jù)傳輸速率。2.2.2存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)

本節(jié)介紹的電子標(biāo)簽是指EPCC1G2中定義的標(biāo)簽，對(duì)于每個(gè)廠商生產(chǎn)的電子標(biāo)簽，其存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)是相同的，但容量大小會(huì)有差別。

1.電子標(biāo)簽存儲(chǔ)器

從邏輯上來說，一個(gè)電子標(biāo)簽分為四個(gè)存儲(chǔ)體，每個(gè)存儲(chǔ)體可以由一個(gè)或一個(gè)以上的存儲(chǔ)器組成。電子標(biāo)簽存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)圖如圖2-6所示。圖2-6電子標(biāo)簽存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)圖從上圖中可以看到，一個(gè)電子標(biāo)簽的存儲(chǔ)器分成四個(gè)存儲(chǔ)體，分別是存儲(chǔ)體00、存儲(chǔ)體01、存儲(chǔ)體10和存儲(chǔ)體11。

1)存儲(chǔ)體00

存儲(chǔ)體00為保留內(nèi)存。保留內(nèi)存為電子標(biāo)簽存儲(chǔ)口令(密碼)的部分，包括滅活口令和訪問口令。滅活口令和訪問口令都為4字節(jié)。其中，滅活口令的地址為00H～03H(以字節(jié)為單位)；訪問口令的地址為04H～07H。

2)存儲(chǔ)體01

存儲(chǔ)體01為EPC存儲(chǔ)器。EPC存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)電子標(biāo)簽的EPC號(hào)、PC(協(xié)議—控制字)以及CRC-16校驗(yàn)碼。CRC-16為本存儲(chǔ)體中存儲(chǔ)內(nèi)容的CRC校驗(yàn)碼。PC為電子標(biāo)簽的協(xié)議—控制字，表明本電子標(biāo)簽的控制信息。PC為2字節(jié)，16位，其每位的定義如表2-12所示。

EPC號(hào)是識(shí)別標(biāo)簽對(duì)象的電子產(chǎn)品碼，由PC的值來指定若干個(gè)字。EPC存儲(chǔ)在以20H存儲(chǔ)地址開始的EPC存儲(chǔ)器內(nèi)，MSB優(yōu)先。表2-12PC組成

3)存儲(chǔ)體10

存儲(chǔ)體10是TID存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器是指電子標(biāo)簽的產(chǎn)品類識(shí)別號(hào)，每個(gè)生產(chǎn)廠商的TID號(hào)都會(huì)不同。用戶可以在該存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)其自身的產(chǎn)品分類數(shù)據(jù)及產(chǎn)品供應(yīng)商的信息。一般來說，TID存儲(chǔ)器的長(zhǎng)度為4個(gè)字。但有些電子標(biāo)簽的生產(chǎn)廠商提供的TID會(huì)為2個(gè)字或5個(gè)字。用戶在使用時(shí)，應(yīng)根據(jù)自己的需要選用相關(guān)廠商的產(chǎn)品。

4)存儲(chǔ)體11

存儲(chǔ)體11是用戶存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)用戶自定義的數(shù)據(jù)。用戶可以對(duì)該存儲(chǔ)器進(jìn)行讀、寫操作。該存儲(chǔ)器的長(zhǎng)度由各個(gè)電子標(biāo)簽的生產(chǎn)廠商確定。相對(duì)來說，存儲(chǔ)長(zhǎng)度大的電子標(biāo)簽價(jià)格會(huì)高一些。用戶應(yīng)根據(jù)自身應(yīng)用的需要來選擇相關(guān)長(zhǎng)度的電子標(biāo)簽，以降低標(biāo)簽的成本。

2.存儲(chǔ)器的操作

由電子標(biāo)簽供應(yīng)商提供的標(biāo)簽為空白標(biāo)簽，用戶首先會(huì)在電子標(biāo)簽的發(fā)行時(shí)，通過讀寫器將相關(guān)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在電子標(biāo)簽中(發(fā)行標(biāo)簽)；然后在標(biāo)簽的流通使用過程中，通過讀取標(biāo)簽存儲(chǔ)器的相關(guān)信息，或?qū)⒛碃顟B(tài)信息寫入到電子標(biāo)簽中完成系統(tǒng)的應(yīng)用。

對(duì)于電子標(biāo)簽的四個(gè)存儲(chǔ)體，讀寫器提供的存儲(chǔ)命令都能支持對(duì)它們的讀寫操作。但有些電子標(biāo)簽在出廠時(shí)就已由供應(yīng)商設(shè)定為只讀，而不能由用戶自行改寫，這點(diǎn)在選購(gòu)電子標(biāo)簽時(shí)需特別注意。2.2.3命令集

本節(jié)描述應(yīng)用電子標(biāo)簽的命令集，用戶若需詳細(xì)了解，可參考《EPCC1G2UHF》的標(biāo)準(zhǔn)資料。

在對(duì)電子標(biāo)簽的操作中，有三組命令集用于完成相關(guān)的操作。這三組命令集是選擇、盤存及訪問，分別由一個(gè)或多個(gè)命令組成。

1.選擇(SELECT)

選擇命令集由一條命令組成。讀寫器對(duì)電子標(biāo)簽的讀寫操作前，需應(yīng)用選擇命令集來選擇符合用戶定義的標(biāo)簽，使符合用戶定義的標(biāo)簽進(jìn)入相應(yīng)的狀態(tài)；而其他不符合用戶定義的標(biāo)簽仍處于非活動(dòng)狀態(tài)，這樣可有效地先將所有的標(biāo)簽按各自的應(yīng)用分成幾個(gè)不同的類，以利于進(jìn)一步的標(biāo)簽操作命令。

2.盤存(INVENTORY)

盤存命令集由多條命令組成。盤存是將所有符合選擇條件的標(biāo)簽循環(huán)掃描一遍，標(biāo)簽將分別返回其EPC號(hào)。用戶利用該操作可以首先將所有符合條件標(biāo)簽的EPC號(hào)讀出來，并將標(biāo)簽分配到各自的應(yīng)用塊中。

3.操作(ACCESS)

操作命令集包括電子標(biāo)簽的密碼校驗(yàn)、讀標(biāo)簽、寫標(biāo)簽、鎖定標(biāo)簽及滅活標(biāo)簽等。用戶應(yīng)用該組命令完成對(duì)電子標(biāo)簽的各項(xiàng)讀取或?qū)懭氩僮?。?章RFID閱讀器開發(fā)基礎(chǔ)

3.1閱讀器電路組成3.2AVR單片機(jī)概述3.3AVR時(shí)鐘與熔絲位3.4AVR通用I/O口3.5AVR中斷3.6AVR定時(shí)器3.7AVRUSART3.8AVRSPI

3.1閱讀器電路組成

從電路上來看，閱讀器是一個(gè)嵌入式系統(tǒng)，一般由MCU控制器、射頻收發(fā)、通信接口、天線以及其他外圍電路組成，其組成如圖3-1所示。

本章將首先講解閱讀器電路組成，然后講解作為閱讀器核心MCU的AVR單片機(jī)及其外圍電路。具體收發(fā)通道等會(huì)根據(jù)不同頻段RFID系統(tǒng)的需求將在后續(xù)章節(jié)進(jìn)行分析和講解。圖3-1閱讀器組成3.1.1MCU及外圍電路

MCU是閱讀器的核心，配合外圍電路完成收發(fā)控制、向應(yīng)答器發(fā)送命令與寫數(shù)據(jù)、應(yīng)答器數(shù)據(jù)讀取與處理、與應(yīng)用系統(tǒng)的高層進(jìn)行通信等任務(wù)。MCU及外圍電路的結(jié)構(gòu)如圖3-2所示。

本書配套閱讀器的MCU為Atmel公司出品的AVR單片機(jī)，具體型號(hào)為Atmega16A。圖3-2MPU及外圍電路的結(jié)構(gòu)3.1.2收發(fā)通道

收發(fā)通道主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的鏈路和無線鏈路，由以下兩部分組成：

發(fā)送通道，包括編碼、調(diào)制和功率放大電路，用于向應(yīng)答器傳送命令和寫數(shù)據(jù)。

接收通道，包括解調(diào)、解碼電路，用于接收應(yīng)答器返回的應(yīng)答信息和數(shù)據(jù)。

其收發(fā)通道電路的結(jié)構(gòu)如圖3-3所示。

另外，需要注意的是在實(shí)際的電路設(shè)計(jì)中，根據(jù)應(yīng)答器的防碰撞能力的設(shè)置，還應(yīng)考慮防碰撞電路的設(shè)計(jì)。圖3-3收發(fā)通道電路的結(jié)構(gòu)3.1.3天線

閱讀器和應(yīng)答器都需要安裝天線，天線的應(yīng)用目標(biāo)是取得最大的能量傳輸效果。選擇天線時(shí)，需要考慮天線類型、天線的阻抗、應(yīng)答器附著物的射頻特性、閱讀器與應(yīng)答器周圍金屬物體等因素。

RFID系統(tǒng)所用的天線類型主要有偶極子天線、微帶貼片天線和線圈天線等。

偶極子天線輻射能力強(qiáng)，制造工藝簡(jiǎn)單，成本低，具有全面方向性，常用于遠(yuǎn)距離RFID系統(tǒng)。

微帶貼片天線的方向圖是定向的，工藝較復(fù)雜，成本較高。

線圈天線用于電感耦合方式的RFID系統(tǒng)中(閱讀器和應(yīng)答器之間的耦合電感線圈在這里也稱為天線)。線圈天線適用于近距離的RFID系統(tǒng)，在超高頻頻段和工作距離、方向不定的場(chǎng)合難以得到廣泛應(yīng)用。

在應(yīng)答器中，天線和應(yīng)答器芯片是封裝在一起的，由于應(yīng)答