西門(mén)子PLC與RFID讀寫(xiě)器的串行通信

馮韶霞

(山西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 數(shù)控工程系，山西 長(zhǎng)治 046000)

0 引言

射頻識(shí)別(Radio Frequency Identification，RFID)技術(shù)是一種利用射頻通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)的非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。與傳統(tǒng)的條形碼、磁卡等接觸式識(shí)別技術(shù)相比，RFID可實(shí)現(xiàn)非可視、多目標(biāo)識(shí)別，其突出優(yōu)點(diǎn)是防磁、壽命長(zhǎng)、容量大、信息可加密、內(nèi)容可更改。如今RFID 技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于人們的日常生活和生產(chǎn)制造中。PLC作為一類(lèi)可靠性高的控制器，可以與RFID進(jìn)行通信，從而實(shí)現(xiàn)各種控制功能。

1 RFID系統(tǒng)的組成

一個(gè)完整的RFID系統(tǒng)是由標(biāo)簽、讀寫(xiě)器、主機(jī)(上位機(jī)、工控機(jī)、服務(wù)器、PLC)組成的，如圖1所示。其中，標(biāo)簽存儲(chǔ)數(shù)據(jù)及信息，通常放置在被識(shí)別的物體上；讀寫(xiě)器包括讀或者讀/寫(xiě)裝置，一般帶有附加的接口，如USB、RS232、RS485等，方便將所獲得的數(shù)據(jù)傳輸給主機(jī)系統(tǒng)；主機(jī)通常使用PLC控制器與讀寫(xiě)器通信，根據(jù)控制要求，控制讀寫(xiě)器對(duì)標(biāo)簽內(nèi)的信息進(jìn)行讀或?qū)懖僮?，并?shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。

圖1 射頻識(shí)別系統(tǒng)的基本組成

RFID系統(tǒng)根據(jù)工作頻率的不同可分為低頻、高頻、超高頻系統(tǒng)。低頻系統(tǒng)主要包括125 kHz和134 kHz兩種，用于短距離傳輸，如門(mén)禁卡、校園卡。高頻系統(tǒng)主要是13.56 MHz，是目前被廣泛使用的頻段，用于生產(chǎn)管理、運(yùn)輸、圖書(shū)。超高頻系統(tǒng)主要包括915 MHz、2.4 GHz、5.8 GHz等，可應(yīng)用于需要較長(zhǎng)讀寫(xiě)距離的場(chǎng)合，如高速公路收費(fèi)等系統(tǒng)中。

2 RFID讀寫(xiě)器的命令集及串行通信協(xié)議

本文以思谷SG-HR-I2讀寫(xiě)器為例，該讀寫(xiě)器是一款一體式的高頻RFID讀寫(xiě)設(shè)備，其工作頻率為13.56 MHz，符合ISO-15693標(biāo)準(zhǔn)，支持RS-485/RS-232通信(本文以RS485通信為例)，能夠操作遵守ISO-15693協(xié)議的電子標(biāo)簽。讀寫(xiě)器與主機(jī)之間的控制指令均為一次性執(zhí)行，讀寫(xiě)器接收到控制指令后，無(wú)論執(zhí)行結(jié)果如何，均會(huì)返回消息以確認(rèn)指令的執(zhí)行情況。

2.1 RFID高頻讀寫(xiě)器的命令集

思谷高頻讀寫(xiě)器通過(guò)訪問(wèn)不同的命令碼，從而實(shí)現(xiàn)不同的指令，并返回相應(yīng)的數(shù)據(jù)，其命令碼如表1所示。

表1 高頻讀寫(xiě)器命令碼

表1中，UID 數(shù)據(jù)區(qū)為RFID標(biāo)簽的出廠ID存放區(qū)，數(shù)據(jù)為只讀，UID長(zhǎng)度為 8 byte，地址范圍 0x800E～0x8 011。

2.2 讀寫(xiě)器與主機(jī)之間數(shù)據(jù)傳輸格式

主機(jī)與讀寫(xiě)器之間通信遵循的協(xié)議如表2所示。

表2 主機(jī)與讀寫(xiě)器通信協(xié)議

協(xié)議的字段說(shuō)明如下：

(1) 幀頭(Header)：長(zhǎng)度為1 byte，取固定值0xFF。

(2) 包長(zhǎng)度(Len)：長(zhǎng)度為1 byte，包含Len、Cmd、Data字段。

(3) 命令碼(Cmd)：長(zhǎng)度為1 byte，參照表1。

(4) 用戶(hù)數(shù)據(jù)(Data)：長(zhǎng)度為Nbyte。

(5) CRC校驗(yàn)：長(zhǎng)度為2 byte，含Header、Len、Cmd、Data字段的CRC校驗(yàn)。其中Data格式如表3所示。

對(duì)Data段的說(shuō)明如下：

(1) CtrlFlg：為2 byte，其中Bit0表示ReaderID，Bit1～Bit14默認(rèn)取0，Bit15置位，表示此幀為響應(yīng)幀，Bit15復(fù)位，表示此幀為請(qǐng)求幀。

(2) CtrlFlg 參數(shù)包括：

Status:為1 byte, 表示命令執(zhí)行狀態(tài)， 當(dāng)CtrlFlg 的Bit15置位，此字段出現(xiàn)，此幀為響應(yīng)幀，如果請(qǐng)求指令發(fā)送成功，則該字段取值為0x00, 請(qǐng)求指令發(fā)送失敗，該字段取值為非0x00； Bit15復(fù)位，此字段不出現(xiàn)，此幀為請(qǐng)求幀。

ReaderID：為1 byte，Bit0:ReaderID 置位，此字段出現(xiàn)，此時(shí)只有讀寫(xiě)器 ID 與 ReaderID 一致， 讀寫(xiě)器才響應(yīng)； Bit0：ReaderID 復(fù)位，此字段不出現(xiàn)，讀寫(xiě)器ID與ReaderID默認(rèn)值為0x00。

(3) 命令參數(shù)：Mbyte，根據(jù)各個(gè)功能來(lái)定義。

主機(jī)到讀寫(xiě)器的指令為請(qǐng)求幀，讀寫(xiě)器到主機(jī)的指令為響應(yīng)幀，在響應(yīng)幀指令中CtrlFlg除最高位置位，其他與請(qǐng)求幀保持一致，ReaderID同樣與請(qǐng)求幀一致。

表3 Data格式

2.3 讀寫(xiě)器與主機(jī)之間讀寫(xiě)命令

2.3.1 主機(jī)讀取UID值

命令編碼：0x01。

功能說(shuō)明：讀取天線場(chǎng)范圍內(nèi)標(biāo)簽的UID，不支持多標(biāo)簽讀取。

(1) 首先主機(jī)向讀寫(xiě)器發(fā)送讀取請(qǐng)求指令，格式如下：

FF 05 01 0001 00 78D8

其中： FF表示幀頭；05表示包長(zhǎng)度；01表示命令碼；0001表示CtrlFlg；00表示ReaderID；78D8表示CRC校驗(yàn)碼。

(2) 命令執(zhí)行完成，讀寫(xiě)器響應(yīng)數(shù)據(jù)的格式為：

FF 0E 01 8001 00(成功) 00 (797FBB39500104E0) 7D79

或

FF 06 01 8001 80(失敗) 00 6930

其中：FF/FF表示幀頭；0E/06表示包長(zhǎng)度；01/01表示命令碼；8001/8001表示CtrlFlg；00(成功)/ 80(失敗)表示Status；00/00表示ReaderID；797FBB39500104E0表示UID值；7D79/6930表示CRC校驗(yàn)碼。

2.3.2 主機(jī)按字節(jié)讀取數(shù)據(jù)

命令編碼：0x11。

功能：按照字節(jié)讀取標(biāo)簽內(nèi)存，需要配置字節(jié)的起始地址和字節(jié)數(shù)量。

(1) 首先主機(jī)向讀寫(xiě)器發(fā)送讀取請(qǐng)求指令，讀地址 01 長(zhǎng)度為 8 的請(qǐng)求數(shù)據(jù)，格式如下：

FF 08 11 0001 00 0001 06 3572

其中：0001為2 byte，表示讀取寄存器的起始地址；06為1 byte,表示讀取的字節(jié)數(shù)量。

(2) 命令執(zhí)行完成，讀寫(xiě)器返回的指令格式為：

FF 0C 11 8001 00(成功) 00 (AA AA AA AA AA AA) 9AB5

或

FF 06 11 8001 80(失敗) 00 AAF1

其中：AAAAAAAAAAAA表示請(qǐng)求的數(shù)據(jù)。

2.3.3 主機(jī)按字節(jié)寫(xiě)入數(shù)據(jù)

命令編碼：0x12。

功能：按字節(jié)的形式寫(xiě)標(biāo)簽內(nèi)存。

(1) 首先主機(jī)向讀寫(xiě)器發(fā)送寫(xiě)數(shù)據(jù)指令，從 0 地址開(kāi)始寫(xiě) 5 個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù),格式如下：

FF 0D 12 0001 00 0000 05 (0001020304)66ED

其中：0000表示寫(xiě)入寄存器的起始地址；05表示寫(xiě)入的字節(jié)數(shù)量；0001020304表示需寫(xiě)入的數(shù)據(jù)。

(2) 命令執(zhí)行完成，讀寫(xiě)器返回的指令格式為：

FF 06 12 8001 00(成功) 00 6AD4

或

FF 06 12 8001 80(失敗) 00 AAB5

3 RFID讀寫(xiě)器與PLC串行通信

本文使用西門(mén)子S7-1200型號(hào)為1215C的PLC作為主機(jī)與思谷SG-HR-I2讀寫(xiě)器進(jìn)行RS-485通信，通信板使用CM 1241。博途軟件包中包含串行通信指令：Port_Config、Send_P2P、Receive_P2P。

在博途的硬件目錄下選擇 1215C 型號(hào)的 CPU 和 CM 1241 通信板進(jìn)行硬件組態(tài)。雙擊 CM 1241 通信板查看其硬件標(biāo)識(shí)符為271。配置Port_Config、Send_P2P、Receive_P2P的參數(shù)，新建全局?jǐn)?shù)據(jù)塊DB102和DB104，DB102用于直接與讀寫(xiě)器傳輸數(shù)據(jù)，DB104用于給DB102賦值。Port_Config指令模塊如圖2所示。

圖2 Port_Config指令模塊

從DB102.DBB22～DB102.DBB42共21個(gè)字節(jié)，表示需要發(fā)送給RFID讀寫(xiě)器的數(shù)據(jù)，如圖3所示。

圖3 發(fā)送數(shù)據(jù)模塊

從DB102.DBB0～DB102.DBB20共21個(gè)字節(jié)，表示RFID讀寫(xiě)器響應(yīng)的數(shù)據(jù)需要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)塊地址，如圖4所示。

從DB104.DBB0～DB102.DBB20共21個(gè)字節(jié)，表示PLC發(fā)送給讀卡器讀取標(biāo)簽UID值的指令，如圖5所示。其中DB104.DBB0～DB102.DBB7對(duì)應(yīng)發(fā)送指令為：

FF 05 01 0001 00 78D8

從DB104.DBB22～DB102.DBB42共21個(gè)字節(jié)，表示PLC發(fā)送給讀卡器需要讀取標(biāo)簽寄存器值的指令，如圖6所示。其中DB104.DBB22～DB102.DBB32對(duì)應(yīng)發(fā)送指令為：

FF 08 11 0001 00 0000 0A 64F2

圖4 接收數(shù)據(jù)模塊

圖5 PLC發(fā)送給讀卡器讀取標(biāo)簽UID值的指令

從DB104.DBB44～DB102.DBB64共21個(gè)字節(jié)，表示PLC需要寫(xiě)入到讀卡器中值的指令，如圖7所示。其中DB104.DBB44～DB102.DBB53對(duì)應(yīng)發(fā)送指令為：

FF 12 12 0001 00 00000A

(00010203040506070809) 66ED

4 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹通過(guò)RS-485串口，在PLC與RFID之間實(shí)現(xiàn)通信的方法，重點(diǎn)介紹了對(duì)RFID讀卡器中數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)功能，這種通信方式簡(jiǎn)單，靈敏度高，抗干擾能力強(qiáng)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域中。

圖6 PLC發(fā)送給讀卡器需要讀取標(biāo)簽寄存器值的指令

圖7 PLC需要寫(xiě)入到讀卡器中值的指令