RFID工作原理和特性分析.doc

?射频识别（RFID，RadioFrequency Iden tiFication） 技术是一种新兴的自动识别技术。它是利用无线射频方式进行非接触双向数据通信，以达到目标识别并交换数据的目的。可用来跟踪和管理几乎所有的物理对象，在工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理、防伪及军事等众多领域都有广泛的应用前景。按照工作频段的不同，RFID系统还可以分为低频（135kHz以下）、高频（13. 56MHz）、超高频（ 860～960MHz） 和微波（ 2. 4GHz以上） 等几类。目前大多数RFID系统为低频和高频系统，但超高频（UHF） 频段的RFID系统具有操作距离远、通讯速度快、成本低、尺寸小等优点，更适合未来物流、供应链领域的应用，也为实现“物联网”提供了可能。因此超高频RFID系统的发展是当前RFID系统发展的重点。本文介绍了符合ISO1800026标准的超高频RFID电子标签主要特点、结构、工作原理及读写方法，提出了相应读写器的解决方案，重点阐述了读写器的硬件设计及软件程序流程。实际应用结果表明该读写器具有以下特点：读写速度快（单个标签64bit/6ms）、识别率高，识别距离远（≥4m）。 ??????? 标签工作原理及特性 ??????? 工作原理 ?????? RFID系统一般由读写器和标签（或称应答器、电子标签、智能标签） 及天线组成。本文采用某公司的UCODEHSL标签，符合ISO18000-4与ISO18000-6标准，本身无电源，靠读写器的射频场获得能源，采用负载调制方式，工作频段为UHF或2. 45GHz。工作原理如图1所示。 PC机通过RS232接口远程控制读写器。读写器接到命令后，通过天线发送射频命令实现对标签的操作，同时接收标签返回的数据。标签靠其偶极子天线获得能量，并由芯片（ IC） 控制接收、发送数据。 ??????? IC结构???????? 标签IC主要由模拟、数据处理及EEPROM三个模块构成，如图2所示。 ??????? 模拟RF接口模块为IC提供稳定电压，并将获得的数据解调后供数据模块处理，同时将数据调制后返回给读写器。数字处理模块包括状态转换机、读写协议执行、与EEPROM的数据交换处理等功能。???????? 存储特性???????? 标签内置2048bit的EEPROM，分成64块（block） ，每块32bit。其中8byte为ID存储空间，216byte为用户存储空间。每字节都有相应的锁定位，该位被置“1”就不能再被改变。可以通过LOCK命令将其锁定，通过Query locK（查询锁定） 命令读取锁定位的状态，锁定位不允许被复位。Byte0～7被锁定，为标签的标识码（Unique ID）。64bitUID包含50bit的独立的串号，12bit的边界码和一个两位的校验码。Byte 8～219是未锁定空间，供用户使用。Byte 220～223也是未锁定的，作为写操作完毕的标志bit或者用户空间。 ??????? 标签的读写 命令格式 读写器的命令格式 读写器的命令格式如下： ??????? 帧头探测段是一个至少持续400Ls的稳定无调制载波（相当于16bit数据的传输） ；帧头是9bit的NRZ格式的manchester“O”，即：010101010101010101；开始符是用来标记有效数据，原返回率采用5位的开始符（1100111010） ，4倍返回率采用开始符（11011100101） ；CRC采用16bit的CRC编码。 标签的应答格式 标签的应答格式如下： ???????? 静默是标签持续2byte 的无反向散射（40kb/s的速率下相当于400Ls的持续时间） ；返回帧头是：“00000101010101010101000110110001”；CRC采用16bit的CRC编码。???????? ?防冲突机制 ???????? 充电后的IC有三种主要数字状态：准备（READY，初始状态） ；识别（ ID，标签期望读写器识别的状态） ；数据交换（DATE EXCHANGE，标签已被识别状态）。 图3：状态转换图? ??????? 首先，标签进入读写器的射频场，从无电状态进入准备状态。读写器通过“组选择”和“取消选择”命令来选择工作范围内处于准备状态中所有或者部分的标签，来参与冲突判断过程。为解决冲突判断问题，标签内部有两个装置：一个8bit的计数器；一个0或1的随机数发生器。标签进入ID状态的同时把它的内部计数器清“0”。它们中的一部分可以通过接345第3期张晓鹏，朱云龙等：超高频射频识别系统读写器设计收“取消”命令重新回到准备状态，其它处在识别状态的标签进入冲突判断过程。被选中的标签