0  前  言

射頻識別(即 Radio Frequency Identification，以下簡稱RFID)技術是從九十年代興起的一項自動識別技術。它利用無線射頻方式進行非接觸雙向通信，以達到識別目的并交換數據。與磁卡、IC卡等接觸式識別技術不同，RFID系統(tǒng)的電子標簽和讀寫器之間無須物理接觸就可完成識別，因此它可實現(xiàn)多目標識別、運動目標識別，可在更廣泛的場合中應用。本文研制的射頻識別系統(tǒng)和相應的數據校驗算法是對射頻識別技術的一次成功嘗試。

1  射頻識別原理

典型的RFID 系統(tǒng)由電子標簽(Tag)，讀寫器(Read/Write Device)以及數據交換、管理系統(tǒng)等組成。電子標簽也稱射頻卡，它具有智能讀寫及加密通信的能力。讀寫器由無線收發(fā)模塊、天線、控制模塊及接口電路等組成。射頻識別是無源系統(tǒng)，即電子標簽內不含電池，電子標簽工作的能量是由讀寫器發(fā)出的射頻脈沖提供。電子標簽接收射頻脈沖，整流并給電容充電。電容電壓經過穩(wěn)壓后作為工作電壓。數據解調部分從接收到的射頻脈沖中解調出數據并送到控制邏輯?？刂七壿嫿邮苤噶钔瓿纱鎯Αl(fā)送數據或其它操作。EEPROM用來存儲電子標簽的ID號及其它用戶數據。

2  射頻識別系統(tǒng)設計

目前各大芯片廠商都開發(fā)了用于射頻識別的ASIC（數字模擬邏輯混合型專用電路），本文研制的射頻識別系統(tǒng)是基于德州儀器公司的TMS3705基站芯片，由基站芯片設計基站發(fā)射和接收電路，同時設計基站天線?；赥MS3705基站芯片搭建射頻基站,臺灣聯(lián)陽電子提供了基于TMS3705的射頻基站模塊RFM001.

圖1  基站芯片及射頻基站模塊

射頻卡發(fā)射數據后由射頻基站天線接收，由基站處理后經基站的輸出腳把得到的數據流發(fā)給微處理器的輸入口?；局煌瓿尚盘柕慕邮蘸驼鞴ぷ?，而信號的解調解碼的工作由微處理器來完成。微處理器要根據輸入信號在高電平、低電平的持續(xù)時間來模擬時序進行解碼操作。現(xiàn)在比較流行的編碼方法有Mancheester編碼，Biphase編碼。

本系統(tǒng)是基于TMS3705基站芯片的射頻識別系統(tǒng)，所采用的射頻卡是RFM001讀寫卡，要想正確的完成射頻識別系統(tǒng)的開發(fā)，必須了解所使用的射頻卡的讀寫特性。這些特性包括：EEPROM的存儲分配、卡的同步信號、發(fā)射頻率、卡控制邏輯、寫卡以及其他卡操作的命令格式等。

2.1  數據在RFM001射頻卡中的存儲格式

包含Start byte共有14bytes數據

用戶數據區(qū)共有10個字節(jié)，建議采用對數據進行CRC校驗，故建議第2-9 byte為用戶數據區(qū)，第10、11 byte為CRC校驗碼。

以下給出基站讀取數據的時序(如圖2)，由射頻卡發(fā)出的數據采用FSK調制。

圖3  1個字節(jié)的傳輸格式

每個Byte的格式如圖3，由10 bits組成，第一個bit是START bit 固定為 HI，最后一個bit是Stop bit 固定為LOW，第2-9 bit 實際發(fā)送的數據(最先收到的bit為LSB)，由于是負邏輯數據需要反相處理 (LOW=1、HI=0).

2.2  RFM001射頻卡寫入格式

要將用戶數據寫入RFM001射頻卡，必須遵循下列格式。

用戶數據區(qū)的數據可由用戶完全決定，但建議采用2 byte校驗碼的CRC校驗來校驗數據。所以對于10個byte的用戶數據，前面8個字節(jié)作為用戶數據，后面2個字節(jié)作為用戶數據的CRC校驗碼。

對于一位的寫入采用的是脈寬調制，根據占空比的不同來確定是寫入1還是寫入0，具體占空比見圖4.

圖4  位寫入方式

2.3  射頻識別系統(tǒng)硬件設計

射頻識別系統(tǒng)主要硬件組成是由單片微處理器構成射頻信號的解碼模塊，其主要構成如下框圖，其中通過RS232串行通訊將數據交給PC機進行處理。

圖5  射頻識別系統(tǒng)硬件框圖

2.4  射頻識別系統(tǒng)軟件設計

射頻識別系統(tǒng)的軟件設計，其核心部分是射頻卡發(fā)出的射頻信號的讀取和用戶數據的寫入射頻卡。

2.4.1  射頻信號的讀取

將TXCT置為Low，Delay 50 ms后，再將TXCT恢復成High.

此時約過3 ms，SCIO開始輸出數據，第一個Byte即為START Byte，總共輸出14 Bytes數據。見圖6.

圖6  射頻信號讀取控制

2.4.2  射頻信號的寫入

根據射頻信號的寫入格式，按照如下的寫入時序，即可將數據寫入射頻卡內。見圖7.

圖7  射頻卡寫入控制

3  CRC數據校驗算法

CRC校驗是為了檢查信息字段是否傳送正確而設置的，它是信息字段的函數。建議采用CCITT推薦的16位的循環(huán)冗余校驗碼（CRC－CCITT），其生成多項式為：G(x)=X¹⁶＋X¹²＋X⁵＋1.CRC 校驗碼由于其實現(xiàn)簡單，驗錯率高，因而在許多通訊場合廣泛采用。本文采用的CRC－CCITT，能檢測出所有的雙錯、奇數位錯、突發(fā)長度不大于16的突發(fā)錯以及99.997%的突發(fā)長度為17的突發(fā)錯和99.998%的突發(fā)長度大于或等于18的突發(fā)錯。CRC校驗碼的數學原理本文在此不作介紹。本文在這里說明怎樣實現(xiàn)CRC校驗。CRC校驗碼的運算可以用移位寄存器和半加器來實現(xiàn)。如附圖8所示。

圖8  CRC校驗實現(xiàn)原理

發(fā)送端的校驗過程：

1）先設定CRC校驗碼(2個bytes) 的初始值為00H，00H(000000000000000).(圖8中0-15表示CRC的bit0-15).

2）CRC校驗碼全部右移一位，由A處與要進行CRC校驗的數據的第1個Bit作XOR運算。

3）步驟2運算后A處的結果為1時，反相MSB(Bit15)，檢查MSB是否為1，是為1時則反相Bit13和Bit10，不是則轉到步驟4.

A處的結果為0時，檢查MSB是否為1，是為1時則反相Bit3和Bit10，不是則轉到步驟4.

4）檢查A處是否已做64次，不是，重復步驟2到4.

5）重復2-4，做CRC運算，所得最后數值就是CRC校驗碼。

接收端校驗的過程，其實就是所有信息碼加上CRC校驗碼作為一個整體，再求一次CRC校驗的過程，如果最后結果是全零，則表示CRC校驗正確，否則表示錯誤。由于和發(fā)送端實現(xiàn)原理相同，這里就不再重復。

雖然上面是以一種硬件實現(xiàn)的方法為例說明，但按照其中描述的數據流向卻可以輕松的由軟件實現(xiàn)。由于所討論的射頻識別系統(tǒng)的傳輸速率不大，建議在這里不用專門硬件而用軟件方式實現(xiàn)CRC校驗，其計算量是很小的。限于篇幅，未列出源程序。

4  結  論

本文研制的射頻識別系統(tǒng)已成功應用于投幣式洗衣機的替代產品，具有較好的實際使用效果。射頻卡中存有使用洗衣機的次數，射頻識別系統(tǒng)識別到合法卡后，洗衣機開始運轉，同時，射頻卡中的使用次數相應減少，從而替代了投幣。