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支持多種RFID標(biāo)簽標(biāo)準(zhǔn)的射頻識別閱讀器設(shè)計

發(fā)布時間:2013-07-25 責(zé)任編輯:eliane

【導(dǎo)讀】射頻識別(RFID)其由于識別距離遠(yuǎn)等特點被廣泛運用于物流管理、交通運輸管理、工廠生產(chǎn)控制等領(lǐng)域。本文將介紹一種基于軟件無線電的RFID閱讀器設(shè)計,解決了需要購買不同的閱讀器才可以對不同類型的RFID標(biāo)簽進行讀寫等問題。

針對目前RFID系統(tǒng)工作頻率多樣,各類標(biāo)準(zhǔn)眾多且差距較大,不適合多種標(biāo)簽同時應(yīng)用的情況,提出了基于軟件無線電及LabVIEW 設(shè)計RFID閱讀器的思想。通過加載不同的軟件代碼,仿真閱讀器可以實現(xiàn)對不同頻段,符合不同標(biāo)準(zhǔn)的RFID標(biāo)簽進行讀寫。通過與標(biāo)準(zhǔn)閱讀器的讀取結(jié)果進行比對,仿真閱讀器實現(xiàn)了對RFID標(biāo)簽攜帶信息的讀取,節(jié)約了需要配置各種不同類型閱讀器的成本。

射頻識別(Radio Frequency Identification,RFID)是利用射頻信號的空間耦合及反向散射特性對目標(biāo)對象進行自動識別以及數(shù)據(jù)交換的技術(shù)。因此識別過程不需要人工干預(yù),具有高精度、長壽命、易操作等特點。

超高頻射頻識別(UHF RFID)由于識別距離遠(yuǎn)的特點,已經(jīng)被越來越多地應(yīng)用于物流管理、交通運輸管理、工廠生產(chǎn)控制等領(lǐng)域。目前RFID標(biāo)準(zhǔn)繁雜,沒有一個較為通用的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn),所以對于標(biāo)簽種類眾多的應(yīng)用場合及RFID技術(shù)研究開發(fā)院所,開發(fā)一個能夠支持多種RFID 標(biāo)簽標(biāo)準(zhǔn)的閱讀器就顯得很有必要。利用軟件無線電的特性,將不同的RFID標(biāo)準(zhǔn)用軟件代碼來實現(xiàn)。通過加載不同軟件代碼的方法實現(xiàn)對符合不同標(biāo)準(zhǔn)的RFID標(biāo)簽進行讀寫操作。可以方便地解決需要購買不同的閱讀器才可以對不同類型的RFID標(biāo)簽進行讀寫的問題。

軟件無線電是20世紀(jì)90年代以后逐漸興起的一種全新的設(shè)計思想,其核心是在通用的模塊化??删幊痰挠布脚_上通過加載不同的通信軟件,以實現(xiàn)不同通信方式間的轉(zhuǎn)換。這種設(shè)計思想使通信中的無線電臺可以適應(yīng)不同的通信方式,軟件無線電良好的兼容性和可編程性使得通信系統(tǒng)的開發(fā)主要成為數(shù)字信號處理軟件的研究?;谶@一思想,可以試圖將RFID的各種標(biāo)準(zhǔn)以軟件代碼的形式實現(xiàn),從而實現(xiàn)通過加載不同軟件來完成符合各種不同標(biāo)準(zhǔn)的RFID閱讀器的功能。

本文使用NI公司開發(fā)的LabVIEW軟件來編寫軟件無線電的代碼,LabVIEW 是目前國際上應(yīng)用最廣的數(shù)據(jù)采集和控制開發(fā)環(huán)境之一,其在通信仿真領(lǐng)域有著重要的作用。它使用圖形化的編程語言(又稱“G”語言)編寫程序,產(chǎn)生的程序是框圖的形式。LabVIEW 也是通用的編程系統(tǒng),有一個完成任何編程任務(wù)的龐大函數(shù)庫,包括數(shù)據(jù)采集、GPIB、串口控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示及數(shù)據(jù)存儲等。可以增強研究和開發(fā)人員構(gòu)建自己科學(xué)和工程系統(tǒng)的能力,并提供實現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。

1、基于軟件無線電的RFID閱讀器模型

RFID 標(biāo)簽要反射回自身所攜帶的信息,需要首先獲得激勵信號,然后經(jīng)過電壓調(diào)節(jié)器將閱讀器傳送過來的射頻信號轉(zhuǎn)換為直流穩(wěn)壓電源。所以需要軟件無線電(仿真閱讀器)首先發(fā)射激勵波,在一些較為安全的RFID 應(yīng)用協(xié)議中,還包括了安全認(rèn)證以及對標(biāo)簽進行操作的過程,這就需要在激勵波中增加一些操作指令代碼,來從標(biāo)簽中獲取相應(yīng)的信息。標(biāo)簽的反射信號攜帶了自身的信息,在反射信號的接收過程中,信道的衰落。多徑效應(yīng),加上接收器本身也會引進噪聲。因此,在信息解析之前需要濾掉這些影響。仿真閱讀器采用與激勵波頻率相同的載波進行相干解調(diào)。整個RFID仿真閱讀器的框架如圖1所示。

圖1:軟件無線電閱讀器系統(tǒng)框架

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2、標(biāo)簽信息的解析

本文對符合AAR S-918標(biāo)準(zhǔn)的RFID標(biāo)簽進行了讀取。該標(biāo)準(zhǔn)對RFID系統(tǒng)的工作頻率、發(fā)送/接收帶寬、調(diào)制方式、發(fā)射機功率以及編碼方案等做了詳細(xì)的規(guī)定。

其編碼方案如圖2所示,從圖2中可以看出,每1位用戶數(shù)據(jù)位用8 個子位來代替,即用戶數(shù)據(jù)“1”用“10101100來代替,用戶數(shù)據(jù)“0用“11001010來代替。數(shù)據(jù)幀標(biāo)識頭為“1010101010101100。在對標(biāo)簽反射信號進行濾波。解調(diào)等信號處理之后,還原出基帶原始信號。接下來對標(biāo)簽攜帶信息進行還原。AAR S-918標(biāo)準(zhǔn)中采用特有6 b ASCII編碼,編碼的對應(yīng)關(guān)系如表1所示。

圖2:AAR S-918信源編碼方案
 
表1:6b ASCII 碼對應(yīng)表

3、閱讀器性能測試

根據(jù)RFID系統(tǒng)的工作原理及AAR S-918標(biāo)準(zhǔn)中對工作的頻率的規(guī)定,首先使用LabVIEW 軟件編寫發(fā)射激勵波的程序,設(shè)置載波頻率為915 MHz,采樣率為800 kHz,發(fā)射增益為30 dB。程序前面板與系統(tǒng)框圖如圖3、圖4所示。

圖3、4:標(biāo)簽激勵信號發(fā)射程序

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當(dāng)標(biāo)簽進入閱讀器的識別區(qū)域后,就會將自身所攜帶的信息通過電磁反射回傳給閱讀器,仿真閱讀器根據(jù)AAR S-918 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,將反射回來的ASK 信號進行解調(diào),并根據(jù)AAR S-918標(biāo)準(zhǔn)的編碼規(guī)則對其所攜帶的信息進行解碼,閱讀器的信號處理及解碼程序如圖5、圖6所示。
圖5、6:標(biāo)簽反射信號的采集

從圖6 中可以看出,經(jīng)過解析,標(biāo)簽所攜帶的信息為“$1(B,S1$”,用標(biāo)準(zhǔn)商用閱讀器讀到的數(shù)據(jù)如圖7所示。從圖7中可以看出,商用閱讀器讀出的數(shù)據(jù)與仿真閱讀器讀出的數(shù)據(jù)完全一致。仿真閱讀器成功讀取到了標(biāo)簽自身所攜帶的信息,實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)閱讀器的功能。
圖7:標(biāo)準(zhǔn)閱讀器讀取結(jié)果

4、結(jié)語

本文通過對軟件無線電和RFID 系統(tǒng)的學(xué)習(xí)研究,采用LabVIEW圖形化編程語言設(shè)計了一個基于軟件無線電的RFID仿真閱讀器。通過與標(biāo)準(zhǔn)閱讀器的讀取結(jié)果進行比對,這一設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)閱讀器的讀取功能。從而實現(xiàn)了通過加載不同軟件來讀寫符合不同標(biāo)準(zhǔn)的RFID標(biāo)簽的功能,適合于多種不同標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)簽同時應(yīng)用的場合。

本文所針對的AAR S-918標(biāo)準(zhǔn)因其不具有復(fù)雜的協(xié)議認(rèn)證過程,可以較為簡單地實現(xiàn)。在以后的工作中,將對其他協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)進行研究,將其加入到代碼庫中,以方便地實現(xiàn)用加載代碼的方式來完成對RFID標(biāo)簽的讀寫操作。

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