RFID閱讀器的驅(qū)動程序撰寫
文章出處：http://srpd123.com 作者：T博士研發(fā)團(tuán)隊 人氣： 發(fā)表時間：2011年10月27日
本文將介紹如何以MCU簡單的設(shè)計一個RFID的閱讀器，所示范的的程序模塊是采用HOLTEK MCU HT49R50A-1的匯編語言，希望透過程序模塊的分享以達(dá)到共同討論的目的。
RFID是英文“Radio Frequency Identification”的縮寫，中文名稱為「無線射頻身份識別」是為目前相當(dāng)受到重用的感應(yīng)式電子芯片或是近接卡、感應(yīng)卡、非接觸卡...等等，非接觸式自動識別技術(shù)的一種。是一種內(nèi)建有無線電技術(shù)的芯片，芯片中還可紀(jì)錄一系列信息，如產(chǎn)品別、位置、日期等，最大的好處是能提高物品管理效率。
目前市面上以使用條形碼，將物品的相關(guān)信息多記錄在條形碼上，而再以掃描儀掃瞄條形碼取得信息，而RFID只需在一定范圍內(nèi)感應(yīng)，并可一次讀取大量訊息。射頻識別系統(tǒng)(RFID)最早在1948年即被提出，利用無線電波傳送識別數(shù)據(jù)，達(dá)到身分識別的目的。無須接觸即可自動讀取及收集資料的一種科技，乃屬于自動資料搜集（Automated Data Collection, ADC）技術(shù)之一種，可無線讀取卷標(biāo)信息。傳輸頻率分為低頻(LF:125~134KHz)，高頻(HF:13.56MHz)，超高頻 (UHF: 400~ 1000MHz)，微波(Microwave; 1GHz以上)，其中以超高頻之技術(shù)較先進(jìn)且其穩(wěn)定度與應(yīng)用效果較佳。
于本文將介紹如何以MCU簡單的設(shè)計一個RFID的接收器，所使用的是為高頻（13.56 MHz）的頻域，于本文中的程序模塊是采用Holtek MCU HT49R50A-1的匯編語言來撰寫，希望透過程序模塊的分享以達(dá)到共同討論的目的。
RFID的特性
條形碼是一種只讀式的、需要對準(zhǔn)標(biāo)的、一次只能讀一個、且容易破損；而RFID是可擦寫的、使用時不需對準(zhǔn)標(biāo)的、同時可讀取多個、堅固全天候使用，可不需人力介入操作。RFID具有許多條形碼所難以達(dá)成的下列特性：<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />
(一) 數(shù)據(jù)的讀寫（Read Write）機(jī)能：只要通過RFID Reader即可不需接觸，直接讀取訊息至數(shù)據(jù)庫內(nèi)，且可一次處理多個標(biāo)簽，并可以將物流處理的狀態(tài)寫入標(biāo)簽，供下一階段物流處理的讀取判斷之用。
(二) 容易小型化和多樣化的形狀：RFID在讀取上并不受尺寸大小與形狀之限制，不需為了讀取精確度而配合紙張的固定尺寸和印刷品質(zhì)。此外，RFID TAG更可往小型化與多樣型態(tài)發(fā)展，以應(yīng)用在不同產(chǎn)品。
(三) 耐環(huán)境性：紙張一受到臟污就會看不到，但RFID對水、油和藥品等物質(zhì)卻有強(qiáng)力的抗污性。RFID在黑暗或臟污的環(huán)境之中，也可以讀取數(shù)據(jù)。
(四) 可重復(fù)使用：由于RFID為電子數(shù)據(jù)，可以反復(fù)被覆寫，因此可以回收標(biāo)簽重復(fù)使用。如被動式RFID，不需要電池就可以使用，沒有維護(hù)保養(yǎng)的需要。
(五) 穿透性：RFID若被紙張、木材和塑料等非金屬或非透明的材質(zhì)包覆的話，也可以進(jìn)行穿透性通訊。不過如果是鐵質(zhì)金屬的話，就無法進(jìn)行通訊。
(六) 數(shù)據(jù)的記憶容量大：數(shù)據(jù)容量會隨著記憶規(guī)格的發(fā)展而擴(kuò)大，未來物品所需攜帶的資料量愈來愈大，對卷標(biāo)所能擴(kuò)充容量的需求也增加，對此RFID不會受到限制。為期
RFID所使用的頻率介紹
為避免各國無線電頻率使用標(biāo)準(zhǔn)不一，造成使用上的混亂與困擾，國際上大多遵守國際電信聯(lián)合會（ITU）的規(guī)范。目前RFID使用的頻率有6種，分別為135KHz以下、13.56MHz、433.92MHz、860M~930MHz（即UHF）、2.45GHz以及5.8GHz，其各有特色和缺陷。135KHz以下傳輸距離短約10公分左右，通訊速度慢。此頻段在絕大多數(shù)的國家屬于開放，不涉及法規(guī)開放和執(zhí)照申請的問題，因此使用最廣，主要使用在寵物、門禁管制和防盜追蹤。 13.56MHz薄化的效果最佳傳輸距離為1公尺以下，代表性應(yīng)用為會員卡、識別證、飛機(jī)機(jī)票和建筑物出入管理，通訊距離10公分左右的近距離非接觸式IC卡發(fā)展快速。
RFID系統(tǒng)的基本架構(gòu)
RFID的基本組成組件及其主要的功能為：
•讀取器：負(fù)責(zé)讀/寫電子卷標(biāo)上的數(shù)據(jù)。
• 電子卷標(biāo)/卡(Transponder; Tag)：分為被動與主動兩種結(jié)構(gòu)如圖1所示，如表1所示主要負(fù)責(zé)除存被識別物的相關(guān)資料，如品號，品名，規(guī)格等等，可以藉由讀取器來偵測，另外于表2所示則為頻率與Tag的關(guān)系及被使用的特性。
•計算機(jī)：負(fù)責(zé)系統(tǒng)平臺的操作，將RFID的讀取器與計算機(jī)系統(tǒng)整合就可以偵測到物品的移動狀況和信息。
圖1 Tag的基本結(jié)構(gòu)
|
等級(Class) |
內(nèi)存 |
電源 |
特性 |
應(yīng)用領(lǐng)域 |
|
Class 0 |
無 |
被動式的感應(yīng)偶合 |
1位的Tag |
EAS商品防竊 |
|
Class 1 |
只讀式 |
被動式的感應(yīng)偶合 |
只能寫入一次 |
EPC識別碼 |
|
Class 2 |
讀/寫式 |
被動式的感應(yīng)偶合 |
可編密碼 |
EPC識別碼 |
|
Class 3 |
讀/寫式 |
半被動式內(nèi)建有電源 |
接收能量才讀寫 |
環(huán)境感應(yīng)型 |
|
Class 4 |
讀/寫式 |
主動式內(nèi)建有電源 |
多任務(wù)Tag讀寫 |
智能型 |
|
Class 5 |
讀/寫式 |
主動式內(nèi)建有電源 |
具有上述的綜合 |
遠(yuǎn)距無線網(wǎng)絡(luò) |
表1 Tag的等級分類表
|
|
低頻（LF 125 KHz） |
高頻 |
超高頻（UHF; 860-930 MHz） |
微波（2.45- 5.8 MHz） | |||
|
性統(tǒng)型態(tài) |
被動式 |
14443 |
15693 |
被動式 |
主動式 |
被動式 |
主動式 |
|
讀取距離 |
<0.5m |
<0.5m |
<1.5m |
3-10m |
>10m |
3-10m |
>10m |
|
內(nèi)存bytes |
64-1k |
8k-128k |
256k-512k |
64k-512k |
- |
16k-64k |
- |
|
傳輸功率 |
72dBμA/m |
42dBμA/m |
10mW-4W |
4W(USA)，0.5W | |||
|
讀取方法 |
感應(yīng)線圈 |
感應(yīng)線圈 |
電容式電場效應(yīng) |
電容式電場效應(yīng) | |||
|
讀取速度 |
慢 ←→ 快 | ||||||
|
環(huán)境適應(yīng)性 |
佳 ←→ 差 | ||||||
|
尺寸 |
大 ←→ 小 | ||||||
表2 Tag與頻率的關(guān)系
RFID的應(yīng)用領(lǐng)域
RFID之應(yīng)用相當(dāng)廣泛，最常見的應(yīng)用為：
* 門禁管制：人員出入門禁監(jiān)控、管制及上下班人事管理
* 回收資產(chǎn)：棧板、貨柜、臺車、籠車等可回收容器管理
* 貨物管理：航空運(yùn)輸?shù)男欣钭R別，存貨、物流運(yùn)輸管理
* 物料處理：工廠的物料清點、物料控制系統(tǒng)
* 廢物處理：垃圾回收處理、廢棄物管控系統(tǒng)
* 醫(yī)療應(yīng)用：醫(yī)院的病歷系統(tǒng)、危險或管制之生化物品管理
* 交通運(yùn)輸：高速公路的收費(fèi)系統(tǒng)
* 防盜應(yīng)用：超市的防盜、圖書館或書店的防盜管理
* 動物監(jiān)控：畜牧動物管理、寵物識別、野生動物生態(tài)的追蹤
* 自動控制：汽車、家電、電子業(yè)之組裝生產(chǎn)
* 聯(lián)合票證：聯(lián)合多種用途的智能型儲值卡、紅利積點卡
以下對幾個應(yīng)用作深入的介紹說明：
一般消費(fèi)品
實務(wù)應(yīng)用：從倉儲到商品架的有效管理長久以來，消費(fèi)品制造商一直苦于如何將適切的產(chǎn)品，在適當(dāng)?shù)臅r間運(yùn)交給適當(dāng)?shù)牧闶凵?。而藉?RFID 解決方案，制造商可以有效追蹤貨品，管理庫存水準(zhǔn)，并維持適當(dāng)?shù)膸齑媪恳詽M足零售商的需求。導(dǎo)入 RFID 解決方案后，工廠內(nèi)的貨品棧板無需人工檢視可直接運(yùn)出，取貨疏失的情形減少，退貨管理的效率提升，又免了實際的存貨盤點作業(yè)，廠商可以降低人事成本。
零售業(yè)
實務(wù)應(yīng)用：協(xié)助提升獲利能力，在零售業(yè)，競爭慘烈、資本成本高，消費(fèi)者的反復(fù)無常也是眾所周知，想要維持獲利率，特別艱難。從增加銷售額、改善促銷活動到降低失竊率，零售業(yè)者必須全心全力尋找創(chuàng)新的方式才能提升利潤。
制藥業(yè)
實務(wù)應(yīng)用：在嚴(yán)格管制的環(huán)境中提高生產(chǎn)效率，制藥業(yè)者除了在發(fā)展及配銷藥品等方面。
物流業(yè)
實務(wù)應(yīng)用：發(fā)揮貨運(yùn)及配送流程的最高效率除了倉儲，貨柜場也可以利用 RFID 方案來建立高效率的配送及貨運(yùn)流程。將商品從消費(fèi)性產(chǎn)品業(yè)者運(yùn)交到零售商的流程，是供應(yīng)鏈中絕不可缺少的一環(huán)。
運(yùn)輸業(yè)
實務(wù)應(yīng)用：密切監(jiān)控運(yùn)輸中的資產(chǎn)，RFID 可用來追蹤載貨卡車與軌道車輛的位置，也可以收集在特定地點的貨運(yùn)車輛上最新存貨數(shù)字。實際出貨期間，RFID
可以根據(jù)貨車所在的最新地點追蹤商品，并監(jiān)督這些貨運(yùn)車輛所載送的商品明細(xì)
實務(wù)應(yīng)用：密切監(jiān)控運(yùn)輸中的資產(chǎn)，RFID 可用來追蹤載貨卡車與軌道車輛的位置，也可以收集在特定地點的貨運(yùn)車輛上最新存貨數(shù)字。實際出貨期間，RFID 可以根據(jù)貨車所在的最新地點追蹤商品，并監(jiān)督這些貨運(yùn)車輛所載送的商品明細(xì)。
接收器的制作及程序
于圖2所示為RFID接收器的結(jié)構(gòu)圖，是由Holtek MCU HT49R50A-1所控制，由于RFID的技術(shù)目前尚處于商業(yè)保密期，故于短時間內(nèi)可能無法公開時感抱歉，有關(guān)系統(tǒng)的程序模塊，主要有三大部分所成如圖3所示，分別為主程序是為負(fù)責(zé)：鍵的掃描，LCD顯示，聲響，LED指示，以及RFID中的Tag數(shù)據(jù)的核對。外部中斷子程序為負(fù)責(zé)計數(shù)的管理；最后主中斷子程序的控制主要負(fù)責(zé)計數(shù)移位，數(shù)據(jù)接收等工作。相關(guān)的處和語言的詳列及說明如圖4。
圖2 RFID 接收器的實際電路圖
圖3 程序流程圖
于圖2所示為本文中所舉RFID接收器范例的實際電路圖，程序使用一組Timer及一組External Interrupt來搭配接收RFID Data，其中應(yīng)特別注意的是所使用的外部Clock Sounce需要精準(zhǔn)，以達(dá)到接收數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性及正確性。于圖3所示為程序的設(shè)計流程，所設(shè)計的程序如圖4所示。 .
ODE .SECTION AT 00H 'CODE'
;------------------
;--- START 開始副程式 ---
ORG 00H
JMP START
;------------------
;--- INT0 中斷0副程式 ---
ORG 04H
JMP EXTERNAL_INTERRUPT0
;------------------
;--- INT1 中斷1副程式---
ORG 08H
JMP EXTERNAL_INTERRUPT1
;------------------
;--- TIMER 0 計時器0副程式 ---
ORG 0CH
JMP TIMER0_INT
;------------------
;--- TIMER 1 計時器1副程式 ---
ORG 010H
JMP TIMER1_INT
;------------------
;--- TB ---
ORG 014H
RETI
;------------------
;--- RTC ---
ORG 018H
RETI
ORG 020H
;================================
;=
;= INT PROGRAM
;=
;===============================
;=
;= TIMER 0 INTERRUPT 100uS
;=
;===============================
TIMER0_INT:
MOV S_ACC,A ;SAVE ACC&STATUS TO MEMORY
MOV A,STATUS ;push pop
MOV S_STA,A
;---------------------------
RL M_DATA_BUFFER ;EVERY 100uS SHIFT LEFT ONCE
SNZ P_RFID_DATA
JMP RFIDGETDATA0
RFIDGETDATA1:
CLR M_DATA_BUFFER.0 ;RECEIVER DATA "1"
JMP CHECK_RFID_LEADING_CODE
RFIDGETDATA0:
SET M_DATA_BUFFER.0 ;RECEIVER DATA "0"
CHECK_RFID_LEADING_CODE:
SZ F_RFID_1ST_OK
JMP BIT8_RECEIVER
MOV A,098H ;FIRST ID 98H
XOR A,M_DATA_BUFFER ;CHECK LEAD CODE
SNZ Z
JMP RESET_TIMER0
SET F_RFID_1ST_OK
MOV A,12
MOV M_RFID_BYTES_COUNT,A ;TOTAL DATA 12 BYTES
MOV A,0F3H
MOV MP0,A
SAVE_RF_ID_DATA:
INC MP0
MOV A,M_DATA_BUFFER
MOV R0,A
CLR M_DATA_BUFFER
SDZ M_RFID_BYTES_COUNT
JMP RESET_TIMER0
CLR F_RFID_1ST_OK
;
CALL CRC_CHECK_PROCESS ;CHECK CRC
SNZ ACC.0 ;ACC=FFH DATA OK
JMP TIMER0_INT_END
SET F_RFID_RX_OK
JMP TIMER0_INT_END
BIT8_RECEIVER:
SDZ M_ROTATE_COUNT
JMP RESET_TIMER0
MOV A,08
MOV M_ROTATE_COUNT,A
JMP SAVE_RF_ID_DATA
;
RESET_TIMER0:
CLR TMR0C.4 ;TIMER0 COUNTING 100uS
MOV A,154 ;TIMR0 100uS TIMEOUT FOR RFID
MOV TMR0,A
;---------------------------
TIMER0_INT_END:
MOV A,S_STA ;RELOAD ACC&STATUS
MOV STATUS,A ;Pop acc Status Regiter
MOV A,S_ACC
RETI
;===============================
;=
;= EXTERNAL_INTERRUPT 0
;=
;===============================
EXTERNAL_INTERRUPT0:
SNZ F_RFID_RX_OK
SET TMR0C.4 ;Enable TIMER0 START COUNTING 100uS
RETI
;=============================================================
;=
;= MAIN PROGRAM
;=
;=============================================================
START:
;--- POWER ON RESET ---
MOV A,11111111B ;I/O port initial
MOV PA,A
MOV A,11111111B
MOV PB,A
MOV A,11111111B
MOV PC,A
;--- TIMER 0 ---
MOV A,159 ;Initial TIMR0 100uS TIMEOUT FOR RFID Receiver
MOV TMR0,A
MOV A,10100000B
MOV TMR0C,A
;--- TIMER 1 ---
MOV A,56 ;TIMR1 FOR MAIN LOOP
MOV TMR1,A
MOV A,10110000B
MOV TMR1C,A
;--- INT 0,1 ---
MOV A,00001001B
MOV INTC0,A ;Enable Mcu interrupt founction
MOV A,00000101B
MOV INTC1,A
;--------------------------------------------------
;---- CLEAR WORK RAM ----
CALL CLEAR_RAM ;CLEAR MCU RAM
;==========================
;= MAIN
;==========================
MAIN:
;------- MAIN LOOP 20MS ---------
SNZ F_20MSTIMEOUT
JMP MAIN
CLR F_20MSTIMEOUT ;MAIN LOOP 20MS FOR CYCLE
;*********************************
;----- Make some function --------
;ex:
; CALL KEY_SCAN
; CALL SHOW_LCD
; CALL BEEP_SOUND
; CALL SHOW_LED
JMP MAIN
;===============================================
圖4系統(tǒng)程序語言
結(jié)語
整體看來，RFID無線射頻身份識別系統(tǒng)在未來的發(fā)展在很多的產(chǎn)業(yè)都是相當(dāng)被看好的，雖然目前該技術(shù)有一些潛在問題，但科技的發(fā)達(dá)日新月異，相信要克服RFID的種種隱憂，所需要的也只是時間上的問題而已。舉例說隱私權(quán)問題，現(xiàn)正研發(fā)自毀型卷標(biāo)或消磁型卷標(biāo)來解決這問題；配合奈米技術(shù)所研發(fā)適用于特殊物品的超小型標(biāo)簽；還有WhereNet新版物流管理軟件可支持物流業(yè)者使用RFID系統(tǒng)。因此我們可以預(yù)見RFID將會促使相當(dāng)多產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生一場大的變革。然而RFID對印刷產(chǎn)業(yè)有多大的影響呢？是否會為印刷產(chǎn)業(yè)帶來重大的商機(jī)嗎？從上述文章的內(nèi)容，相信在可預(yù)見的未來，不論是各式產(chǎn)品包裝盒、食物外包裝或是圖書雜志里，只要是目前有條形碼標(biāo)簽的印刷品上，將來就會有RFID的身影，甚至沒有條形碼標(biāo)簽的也可能會有RFID。所以不論是印制包裝外盒的業(yè)者（厚紙）或是印制書籍雜志的業(yè)者（薄紙）都應(yīng)會產(chǎn)生影響，尤其是對目前專門印制條形碼卷標(biāo)或是條形碼報表的業(yè)者所產(chǎn)生的影響更大。目前使用的RFID的天線部份，都是使用銅片制作，黏貼在一般自黏標(biāo)簽上，再轉(zhuǎn)貼到所需的位置上。希望將來RFID的天線部份以印刷方式印上，就如同目前印制條形碼一般。
