基于ISO 11784/5的动物识别标签设计

引言

近年来，口蹄疫、疯牛病、禽流感以至“非典”的蔓延，严重危及人类生命安全，引发了人们对动物性食品生产全过程安全追溯管理的重视。因此，有效地利用科技手段对其进行控制成为紧要的任务。

目前国际上已经广泛采用动物识别射频卡作为识别的媒介，但市场上的大部分动物标签卡都是只读型的，不能进行修改。这就限制了卡片的使用范围以及重复再利用，因此，有必要找到一种既能自由读写又可以仿真成动物标签卡的方法以及相应的卡片和读写基站。

在此之前，要先了解一下动物识别标准。

1 国际动物识别标准介绍

ISO 11784：动物的射频识别——代码结构。

ISO 11785：动物的射频识别——技术标准。

ISO 11784和11785分别规定了动物识别的代码结构和技术准则。标准中没有对应答器样式尺寸加以规定，因此可以设计成适合于所涉及动物的各种形式，如玻璃管状、耳标或项圈等。

1．1 代码结构——国际标准ISO 11784

代码结构为64位，如表1所列。其中的27～64位可由各个国家自行定义。



各国国内识别代码由该国自行管理。27～64位也可以分配用于区别不同的动物类型、品种、所在区域、饲养者等等。这些在此标签内没有做出规定。

技术准则规定了应答器的数据传输方法和阅读器规范。工作频率为134．2 kHz，数据传输方式有全双工和半双工两种，阅读器数据以差分双相代码表示。应答器采用FSK调制，NRZ编码。

由于较长的应答器充电时间和工作频率的限制，通信速率较低。

1．2 技术标准——国际标准ISO 11785

ISO 11785技术标准规定了电子标签的数据传输方法和读写器规范，以便激活电子标签的数据载体。制定该技术标准的目的是使范围广泛的不同制造商的电子标签能够使用一个共同的读写器来询问。动物识别用的符合国际标准的读写器能够识别和区分使用全双工／半双工的系统(负载调制)的电了标签和使用时序系统的电子标签。

1．2．1 全双工／半双工系统

全双工／半双工电子标签通过活化场得到电源，并立即开始传输存储的数据。因为是不需要副载波的负载调制过程，同时数据表示成差分双相代码(DBP)，把读写器频率除以32即可以得到位率。当频率为134．2 kHz时，传输速率(位率)为4 194bps。

全双工／半双工数据报文包括了11位的起始域(头标)、64位(8字节)有用数据、16位(2字节)CRC以及24位(3字节)终止域(尾标)。每传输8 位后，插入一个逻辑“1”电平的填充位，以便避免出现头标为“00000000001”的情况。在给定传输速率的情况下，传输128位大约需要30．5 ms。

1．2．2 时序系统

每50 ms后活化场暂停3 ms。时序电子标签事先已经通过活化场充入了能量，在活化场暂停后大约1～2 ms开始传输存储的数据。

电子标签用频移键控(2FSK)调制法。位编码采用NRZ逻辑“O”与基频134．2 kHz对应，逻辑“1”与频率124．2 kHz对应。

把发送频率除以16就可以得到比特率。因此，在频移键控情况下，比特率对于逻辑“O”为8 387 bps，对于逻辑“1”为7 762 bps。

时序数据报文包括了8位起始域01lllllOb、64位(8字节)有用数据、16位(2字节)CRC以及24位(3字节)终止域，没有填充位。

在给定传输速率的情况下，传输112位最多需要14.5ms(“1”序列)。

2 动物识别卡片结构说明

根据动物识别的标准，可以得到动物识别卡片数据发送的顺序，即从第1个字节的bitO发送到第16个字节的bit7。

动物识别卡片数据发送表见本刊网站(编者注)。表中内容说明如下：

(1)DATAl～DATA64

①National ID：高位到低位=DATA27～DATA64=NID37～NIDO

举例：假设要写入的是11223344556(十进制)(最大为274877906944)，对应于十六进制是1A21A278BE，对应于二进制是01 1010 0010 0001 1010 0010 01111000 1011 1110，对应于表中的NID就是从NID37～NID0。

②Country ID：高位到低位=DATAl7～DATA26=CID9～CIDO

举例：假设要写入的是1000(十进制)(最大为1024)，对应于十六进制是3E8，对应于二进制是11 1110 1000，对应于表中的CID就是从CID9～CID0。

③DATA BLOCK：DATAl6。

④Resetved：DATA2～DATAl5。

⑤Animal FLAG：DATAl。

(2)CRC部分为8字节的校验

CRC计算例程如下：

bur[0]～buf[7]为8字节有效数据。crc_value为2字节CRC校验数据。


        }

    }

3 射频读写基站EM4095介绍

EM4095是用于RFID的CMOS集成收发器电路基站芯片，有以下功能：

    ◆利用载波驱动天线；
    ◆用于可读写应答器的AM调制磁场；
    ◆对从天线传输来的应答器的调制信号进行AM解调；
    ◆与微处理器通过简单接口通信。

特点如下：

    ◆集成的锁相环系统，以实现用自适应载波频率来匹配天线谐振频率；
    ◆无需外部晶振；
    ◆100～150 kHz载波频率范围；
    ◆用桥驱动方式直接驱动天线；
    ◆以OOK(100％AM调制)的方式进行数据传输；
    ◆用外部可调整系数的单端驱动器以AM调制的方式进行数据传输；
    ◆兼容多种应答器协议(如EM400X、EM4050、EM4150、EM4070、EM4170、EM4069……)；
    ◆睡眠模式1μA；
    ◆兼容USB电压范围；
    ◆40～+85℃温度范围；
    ◆小外形塑料封装SO16。
   
典型工作模式原理如图1所示。