射频识别技术软硬件系统研制

0 前 言

射频识别(即 Radio Frequency Identification，以下简称RFID)技术是从九十年代兴起的一项自动识别技术。它利用无线射频方式进行非接触双向通信，以达到识别目的并交换数据。与磁卡、IC卡等接触式识别技术不同，RFID系统的电子标签和读写器之间无须物理接触就可完成识别，因此它可实现多目标识别、运动目标识别，可在更广泛的场合中应用。本文研制的射频识别系统和相应的数据校验算法是对射频识别技术的一次成功尝试。

1 射频识别原理

典型的RFID 系统由电子标签(Tag)，读写器(Read/Write Device)以及数据交换、管理系统等组成。电子标签也称射频卡，它具有智能读写及加密通信的能力。读写器由无线收发模块、天线、控制模块及接口电路等组成。射频识别是无源系统，即电子标签内不含电池，电子标签工作的能量是由读写器发出的射频脉冲提供。电子标签接收射频脉冲，整流并给电容充电。电容电压经过稳压后作为工作电压。数据解调部分从接收到的射频脉冲中解调出数据并送到控制逻辑。控制逻辑接受指令完成存储、发送数据或其它操作。EEPROM用来存储电子标签的ID号及其它用户数据。

2 射频识别系统设计

目前各大芯片厂商都开发了用于射频识别的ASIC（数字模拟逻辑混合型专用电路），本文研制的射频识别系统是基于德州仪器公司的TMS3705基站芯片，由基站芯片设计基站发射和接收电路，同时设计基站天线。基于TMS3705基站芯片搭建射频基站,台湾联阳电子提供了基于TMS3705的射频基站模块RFM001.

图1 基站芯片及射频基站模块

射频卡发射数据后由射频基站天线接收，由基站处理后经基站的输出脚把得到的数据流发给微处理器的输入口。基站只完成信号的接收和整流工作，而信号的解调解码的工作由微处理器来完成。微处理器要根据输入信号在高电平、低电平的持续时间来模拟时序进行解码操作。现在比较流行的编码方法有Mancheester编码，Biphase编码。

本系统是基于TMS3705基站芯片的射频识别系统，所采用的射频卡是RFM001读写卡，要想正确的完成射频识别系统的开发，必须了解所使用的射频卡的读写特性。这些特性包括：EEPROM的存储分配、卡的同步信号、发射频率、卡控制逻辑、写卡以及其他卡操作的命令格式等。

2.1 数据在RFM001射频卡中的存储格式

包含Start byte共有14bytes数据

用户数据区共有10个字节，建议采用对数据进行CRC校验，故建议第2-9 byte为用户数据区，第10、11 byte为CRC校验码。

以下给出基站读取数据的时序(如图2)，由射频卡发出的数据采用FSK调制。

图3 1个字节的传输格式

每个Byte的格式如图3，由10 bits组成，第一个bit是START bit 固定为 HI，最后一个bit是Stop bit 固定为LOW，第2-9 bit 实际发送的数据(最先收到的bit为LSB)，由于是负逻辑数据需要反相处理 (LOW=1、HI=0).

2.2 RFM001射频卡写入格式

要将用户数据写入RFM001射频卡，必须遵循下列格式。

用户数据区的数据可由用户完全决定，但建议采用2 byte校验码的CRC校验来校验数据。所以对于10个byte的用户数据，前面8个字节作为用户数据，后面2个字节作为用户数据的CRC校验码。

对于一位的写入采用的是脉宽调制，根据占空比的不同来确定是写入1还是写入0，具体占空比见图4.

图4 位写入方式

2.3 射频识别系统硬件设计

射频识别系统主要硬件组成是由单片微处理器构成射频信号的解码模块，其主要构成如下框图，其中通过RS232串行通讯将数据交给PC机进行处理。

图5 射频识别系统硬件框图

2.4 射频识别系统软件设计

射频识别系统的软件设计，其核心部分是射频卡发出的射频信号的读取和用户数据的写入射频卡。