基于RFID技術(shù)的信息采集與發(fā)送模塊設(shè)計

張鵬遠

模塊通過RFID讀卡器讀取貨物上電子標(biāo)簽中的內(nèi)容，將其送入MSP430f149中，DS1302為模塊提供時間信息，MSP430f149對讀卡器讀取的信息進行處理后通過GPRS模塊將信息發(fā)送至物流中心的服務(wù)器。

1 通過RFID技術(shù)獲取物品信息

1.1射頻技術(shù)的介紹

RFID射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識別高速運動物體并可同時識別多個標(biāo)簽，操作快捷方便。

1.2 電子標(biāo)簽的選取

電子標(biāo)簽主要由天線模塊、存儲模塊、控制模塊以及射頻收發(fā)模塊組成。標(biāo)簽內(nèi)部存儲單元包含了需要被識別物體的數(shù)據(jù)信息，以電磁波的方式與讀寫器進行數(shù)據(jù)通信，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的交互功能。RFID系統(tǒng)中的電子標(biāo)簽可以根據(jù)不同的應(yīng)用情況分為多種類型，本文中選用的是無源、高頻、被動、可讀寫型標(biāo)簽。這種標(biāo)簽內(nèi)部并沒有任何電源，其完全是通過讀寫器天線發(fā)出的電磁波所提供的能量進行工作，這也決定了它體積小、適應(yīng)性強、耐久性強等優(yōu)勢。它基于RFID的ISO14443標(biāo)準。工作頻率為13.56MHz，內(nèi)部芯片存儲的數(shù)據(jù)量較小，用于低成本、近距離的環(huán)境下。標(biāo)簽內(nèi)部具有EEPROM存儲區(qū)，用戶或者廠商可以隨意對其進行軟件擦寫操作，以方便實際需要，使用很靈活。

1.3 讀卡器的選取

MF RC522 利用了先進的調(diào)制和解調(diào)概念，完全集成了在13.56MHz 下所有類型的被動非接觸式通信方式和協(xié)議。支持ISO14443A的多層應(yīng)用。其內(nèi)部發(fā)送器部分可驅(qū)動讀寫器天線與 ISO 14443A/MIFARE?卡和應(yīng)答機的通信，無需其它的電路。接收器部分提供一個堅固而有效的解調(diào)和解碼電路，用于處理 ISO14443A 兼容的應(yīng)答器信號。數(shù)字部分處理 ISO14443A 幀和錯誤檢測（奇偶&CRC）。此外，它還支持快速 CRYPTO1 加密算法，用于驗證 MIFARE 系列產(chǎn)品。MFRC522支持 MIFARE?更高速的非接觸式通信，雙向數(shù)據(jù)傳輸速率高達 424kbit/s。

為RC522的外圍電路圖，緩沖的輸出驅(qū)動與天線的連接使用最少的元器件。OSCIN和OSCOUT分別為振蕩器的反向放大器的輸入和輸出，其外接晶振為27.12MHz;TX1和TX2是發(fā)送器，負責(zé)將調(diào)制完成的13.56MHz的載波信號進行發(fā)送;RF是接收器輸入，負責(zé)RF信號的接收;VMID提供芯片內(nèi)部參考電壓;SDA為串行數(shù)據(jù)傳輸線，與IO口D7、D6、D5組成SPI方式與數(shù)據(jù)處理器通信。

1.4 讀卡器的具體工作流程

RFID讀寫器與MSP430通過SPI方式進行數(shù)據(jù)傳輸，整個操作流程為尋卡、防沖撞、選卡、密碼驗證、讀/寫卡。

從尋卡到最終能夠?qū)C卡進行讀寫操作的這個過程，讀寫器需要進行相當(dāng)嚴密的驗證程序。當(dāng)有卡片進入讀寫器電磁場覆蓋范圍時，讀寫器按照規(guī)定的協(xié)議與其通訊，通過設(shè)置參數(shù)PICC_REQALL查尋感應(yīng)區(qū)內(nèi)所有符合14443A標(biāo)準的卡;當(dāng)讀寫器電磁磁場范圍內(nèi)不只有一張卡片進入時，讀寫器將會啟動防沖突算法進而從中選擇最為合適的一張進行操作，并將選定卡片的序列號從卡中讀出，供選卡和驗證密碼階段使用;選卡功能將符合該序列號的卡片選中，由于該序列號是全世界范圍內(nèi)唯一的32為號碼，因此選中的卡也將是唯一的;在進行密碼驗證時，一般將密碼驗證設(shè)置為驗證密碼A，不需同時驗證密碼A和密碼B，參數(shù)1表示驗證的是塊1的密碼，我們也可以將參數(shù)修改成其它數(shù)值，進而對其它塊進行密碼驗證后進行讀寫操作，DefaultKey為密碼位，本設(shè)計中通過兩張IC卡進行實驗，將卡1的密碼設(shè)置為EE FF FF FF FF FF，將卡2的密碼設(shè)置為EF FF FF FF FF FF。密碼驗證成功后就可對相應(yīng)的塊進行讀、寫操作了。在RFID讀寫器每進行一次讀寫卡操作后都會讀卡器每次執(zhí)行完成一次讀、寫卡操作之后，讓其進入休眠模式，等待下一次刷卡操作。

需要注意的是，同一扇區(qū)不同塊的密碼是一致的，所以讀卡器只需驗證一次密碼便可對同一扇區(qū)的各個塊進行讀、寫操作;當(dāng)讀卡器要對另一扇區(qū)的塊進行讀、寫操作時，則需要重新進行密碼驗證。

2 通過MSP430F149對獲取的物品信息進行處理

電子標(biāo)簽中存放的是代表貨物信息的唯一編碼，讀卡器讀出這一信息后需要將其送入數(shù)據(jù)處理器MSP430f149中進行進一步處理才能發(fā)送出去。因為本設(shè)計的目的是為了能夠及時了解貨物的位置信息，所以在讀卡獲取貨物信息后需要將貨物當(dāng)時的所在位置以及讀卡時間一同發(fā)送至物流中心的服務(wù)器，以便貨主能后上網(wǎng)查詢自己物品的位置信息。

3通過GPRS實現(xiàn)信息發(fā)送

GPRS模塊是模塊與Internet連接的樞紐，數(shù)據(jù)處理器MSP430f149將通過RFID讀卡器獲取的信息進行處理后，將處理好的數(shù)據(jù)通過串口通信的方式送入GPRS模塊，GPRS模塊再將數(shù)據(jù)傳送至物流中心的Internet服務(wù)器。

3.1 GPRS數(shù)據(jù)傳輸特點

本設(shè)計選用的是EM310模塊，它是華為推出的一款4頻段的GPRS模塊，其發(fā)射功率最大可以達到2W，可以更好地與附近基站進行通信;標(biāo)準的SIM卡接口和華為AT指令集，內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議，確保單片機和模塊之間以最簡單的程序就可以實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)功能，加之可達85.6Kbit/s的傳輸速率，保證了現(xiàn)場數(shù)據(jù)和Internet之間通信的高效可靠。該模塊采用的是直插式安裝，安裝簡單便捷，并且易于維護。

3.2 GPRS通信協(xié)議模型

移動臺（MS）和SGSN之間的GPRS通信協(xié)議模型如圖6。Um接口是GSM的空中接口。Um接口上的通信協(xié)議有5層，自下而上依次為物理層、MAC（Mdium AccessControl）層、LLC（Logical LinkControl）層、SNDC（SubnetworkDependant Convergence）層和網(wǎng)絡(luò)層。Um接口的物理層為射頻接口部分，而物理鏈路層則負責(zé)提供空中接口的各種邏輯信道。MAC為媒質(zhì)接入控制層，MAC的主要作用是定義和分配空中接口的GPRS邏輯信道，使得這些信道能被不同的移動臺共享。LLC層為邏輯鏈路控制層。它是一種基于高速數(shù)據(jù)鏈路規(guī)程HDLC的無線鏈路協(xié)議。LLC層負責(zé)在高層SNDC層的SNDC數(shù)據(jù)單元上形成LLC地址、幀字段，從而生成完整的LLC幀。SNDC被稱為子網(wǎng)依賴結(jié)合層，它的主要作用是完成傳送數(shù)據(jù)的分組、打包，確定TCP/IP地址和加密方式。在SNDC層，移動臺和SGSN之間傳送的數(shù)據(jù)被分割為一個或多個SNDC數(shù)據(jù)包單元，SNDC數(shù)據(jù)包單元生成后被放置到LLC幀內(nèi)。網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議目前主要是Phase l階段提供的TCP/IP和X25協(xié)議，這些協(xié)議對于傳統(tǒng)的GSM網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備（如BSS和NSS等設(shè)備）是透明的。

數(shù)據(jù)傳輸?shù)木唧w過程是當(dāng)移動臺產(chǎn)生一個PDU（分組數(shù)據(jù)單元），這個PDU經(jīng)過SNDC層處理為SNDC數(shù)據(jù)單元。然后經(jīng)過LLC層處理為LLC幀，通過空中接口送到GSM網(wǎng)絡(luò)中移動臺所處的SGSN，SGSN把數(shù)據(jù)送到GGSN。GGSN對收到的消息進行解裝處理，轉(zhuǎn)換為可在公用數(shù)據(jù)網(wǎng)中傳送的格式（如PSPDN的PDU），最終送給公用數(shù)據(jù)網(wǎng)的用戶。為了提高傳輸效率并保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，可以對空中接口上的?shù)據(jù)做壓縮和加密處理。

（作者單位：河北科技學(xué)院）