超高頻RFID讀寫器讀寫電子標簽的詳解

  本文主要針對UHF RFID讀標簽數(shù)據(jù)和寫標簽數(shù)據(jù)功能，進行實現(xiàn)和總結。
  在應用電子標簽進行系統(tǒng)應用前，用戶需先詳細了解UHF電子標簽的功能、存貯結構以及操作命令。
  1、EPC G2 UHF標準的接口參數(shù)
對于每間公司生產的符合EPC G2 UHF標準的電子標簽，其功能和性能均應符合EPC G2 UHF相關無線接口性能的標準。從用戶應用標簽的角度來說，我們不需要詳細了解該標準的各項參數(shù)以及讀寫器與電子標簽之間的無線通信接口的協(xié)議。但對以下參數(shù)有一個大致的了解，對于用戶應用電子標簽會有較大的幫助。
以下為EPC G2 UHF物理接口概念以及其簡要說明，以幫助用戶對標準有一個了解。詳細說明請參考EPC G2 UHF標準文本。
  系統(tǒng)介紹
EPC系統(tǒng)是一個針對電子標簽應用的使用規(guī)范。一般系統(tǒng)包括有讀寫器、電子標簽、天線以及上層應用接口程序等部份。每家廠商提供的產品應符合國家的相關標準，所提供的設備在性能上有不同，但功能會是相似的。
無線通信過程
讀寫器向一個或一個以上的電子標簽發(fā)送訪問命令信息，發(fā)送方式是采用無線通信的方式調制射頻載波信號。標簽通過相同的調制射頻載波接收功率。
讀寫器通過發(fā)送未調制射頻載波和接收由電子標簽發(fā)射（反向散射）的信息來接收電子標簽中的數(shù)據(jù)。
工作頻率：920.125MHz—924.875MHz,20個頻道（國家標準）
          865.7MHz—867.5MHz，4個頻道（歐洲標準）
          902.75MHz—927.25MHz，50個頻道（美國標準）等
EPC G2 UHF的標準文本所規(guī)定的無線接口頻率為：860MHz—960MHz，但每個國家在確定自己的使用頻率范圍時，會根據(jù)自己的情況選擇某段頻率作為自己的使用頻段。
我國目前暫訂的使用頻率為：920MHz—925MHz。
用戶在選用電子標簽和讀寫器時，應選用符合國家標準的電子標簽及讀寫器。一般來說，電子標簽的頻率范圍較寬，而讀寫器在出廠時會嚴格按照國家標準規(guī)定的頻率來限定。
頻道工作模式：跳頻擴頻模式
讀寫器在有效的頻段范圍內，將該頻段分為20個或4個或50個頻段，在某個使用的時刻讀寫器與電子標簽的通信只占用一個頻道進行通信。為防止占用某個頻道時間過長或該頻道被其他設備占用而產生的干擾，讀寫器應用FHSS自動跳頻技術動態(tài)跳到下一個頻道。
用戶在使用讀寫器時，如發(fā)現(xiàn)某個頻道在某地已被其他的設備所占用或某個頻道上的信號干擾很大，可在讀寫器系統(tǒng)參數(shù)設定中，先將該頻道屏蔽掉，這樣讀寫器在自動跳頻時，會自動跳過該頻道，以避免與其他設備的應用沖突。
發(fā)射功率：最大2W  
讀寫器的發(fā)射功率是一個很重要的參數(shù)。讀寫器對電子標簽的操作距離主要會由該發(fā)射功率來確定，發(fā)射功率越大，則操作距離越遠。
我國的暫訂標準為2W，讀寫器的發(fā)射功率可以通過系統(tǒng)參數(shù)的設置來進行調整。可分為幾級或連續(xù)可調，用戶需根據(jù)自己的應用調整該發(fā)射功率，使讀寫器能在用戶設定的距離內完成對電子標簽的操作。對于滿足使用要求的，將發(fā)射功率調到較小，會較少能耗。
天線：50Ohm,范圍為900—930 MHz
天線是讀寫系統(tǒng)中非常重要的一部份，它對讀寫器與電子標簽的操作距離有很大的影響。天線的性能越好，則操作距離可能會越遠，操作的穩(wěn)定性會更好。
天天線的選擇參數(shù)包括：天線增益，駐波比及天線的方向性和天線尺寸。一般應選擇天線駐波比低的，應小于1.5。用戶在選用時需作較多的關注。
讀寫器與天線的連接有二種情況，一種是讀寫器與天線裝在一起，稱為一體機，另一種是通過50Ohm的同軸電纜與天線相連，稱為分體機。
一個讀寫器可以同時連接多個天線或只有一個天線，在使用這種含多個天線的讀寫器時，用戶需先設定天線的使用順序。密集讀寫器環(huán)境（DRM）
在實際應用場合，可能會同時存在多個讀寫器在一個空間范圍內同時運行，這種情況被稱為密集讀寫器環(huán)境，各個讀寫器會占用各自的操作頻道對自己的某類電子標簽自行操作。用戶在使用時，需根據(jù)需要選用可在DRM環(huán)境下可靠運行的讀寫器。
數(shù)據(jù)傳輸速率
讀寫器與標簽之間交換數(shù)據(jù)，有高/低兩種傳輸速率。對于一般的廠商提供的標簽，我們都首先選擇高速數(shù)據(jù)傳輸速率。
  2、電子標簽的存貯器結構
對于每個廠商生產的電子標簽，其存貯器的結構是相同的，但會存在貯存器容量大小的差別。
2.1 電子標簽存貯器
從邏輯上來說，一個電子標簽被分為四個存貯體，每個存儲體可以由一個或一個以上的存儲器字（2個字節(jié)）組成。其存貯邏輯圖為：

從以上結構圖中可以看到，一個電子標簽的存貯分為四個存貯體，分別是：
存貯體0：保留內存（Reserver）
存貯體1：EPC存貯器（EPC）
存貯體2：TID存貯器（TID）
存貯體3：用戶存貯器（User）
這四個存儲體的定義是：
a) 保留內存
保留內存為電子標簽存貯密碼（口令）的部分。包括滅活口令（Kill
Password）和訪問口令（Access Password）。
滅活口令和訪問口令都為4個字節(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。

通常標簽的初始訪問口令默認為：00 00 00 00，在寫標簽時會需要這個口令。
你可以根據(jù)需要修改訪問口令，如
將訪問口令11 22 33 44改成00 00 33 44


b) EPC存儲區(qū)
EPC存儲區(qū)用于存貯電子標簽的EPC編號、PC（協(xié)議-控制字）以及本存貯塊數(shù)據(jù)的CRC—16校驗碼。
其中：CRC—16：存貯地址為00—01H,2個字節(jié)，CRC—16為本存貯體中存貯數(shù)據(jù)的CRC校驗碼。
                      PC：電子標簽的協(xié)議-控制字，存貯地址為02—03H，2個字節(jié)。
            PC是指本電子標簽的控制信息，包括如下內容：
            PC為2個字節(jié)，16位，其每位的定義為：
                00—04位：電子標簽的EPC號的數(shù)據(jù)長度
                 =000002：EPC為零個字，0位
                 =000012：EPC為一個字，16位
                 =000102：EPC為二個字，32位
                 …
                 =111112：EPC為31個字，496位
                05—07位：RFU=000
                08—0F位：=000000002
            EPC編號：若干個字，由PC的值來指定。
                              EPC為本標簽的編碼。EPC存儲在以04H字節(jié)存儲地址開始的EPC存儲存儲器內，MSB優(yōu)先。
               每類電子標簽（不同廠商或不同型號）的EPC號長度可能會不同。
               用戶通過讀該存貯器內容命令讀取EPC號。
              在發(fā)行標簽時，可通過改寫EPC編號，使該值在系統(tǒng)中僅有，以標明每個商品的ID號。
               一般地，EPC號為96位，12個字節(jié)。
                

     
         修改EPC，用寫標簽指令：
        

c) TID存儲器
該存貯器是指電子標簽的產品類識別號，每個生產廠商的TID號都會不同。標簽生產廠商會在該存貯區(qū)中存貯其自身的產品分類數(shù)據(jù)及產品供應商的信息。
一般來說，TID存貯區(qū)的長度為4個字，8個字節(jié)。但有些電子標簽的生產廠商提供的TID區(qū)會為2個字或5個字。
該TID值在標簽出廠時，往往是有廠商寫好，用戶無法再作修改。
用戶在使用時，需根據(jù)自己的需要選用相關廠商的產品。
                  

有12個字。

d) 用戶存儲器
該存貯區(qū)用于存貯用戶自定義的數(shù)據(jù)。用戶可以對該存貯區(qū)進行讀、寫操作。
該存貯器的長度由各個電子標簽的生產廠商確定。每個生產廠商提供的電子標簽，其用戶存貯區(qū)的容量會不同。
存貯容量大的電子標簽會貴一些。用戶應根據(jù)自身應用的需要，來選擇符合要求的電子標簽，以減低標簽的成本。
許多電子標簽為低成本的，可能會不包括該用戶存貯器。
             

可看出所用的標簽用戶存儲器容量64字節(jié)。
向用戶區(qū)寫入數(shù)據(jù)，見下圖：
                    
        用戶區(qū)分塊讀取：