HF频段RFID长距离读写器的研究与开发

2.2.3 对外接口模块
　　该模块的主要器件为MAX232芯片，它是一款符合EIA RS-232标准和V28规范的双向发送/接收接口芯片，通过标准的九针串口与上位机相连。
3 读写器软件设计
3.1 总体设计流程
　　读写器应用于开放式门禁系统时，需要PC机监控，两者以主从方式工作。主控模块上电复位完成初始化后，进入等待状态。当PC机发来指令后，中断唤醒主控模块接收指令并处理相应程序，完毕后将信息返回PC机并再次进入等待状态，总体流程如图3所示。当中断唤起读写器发送命令并已检测到有标签进入时，便进行接收。接收部分流程如图4所示。主控模块在发出命令后，立即对模拟板发来的信号ADC采样，并不断采集噪声，随后完成检测数据、解码、校验、防碰撞等处理，最后将标签信息发回PC机,退出中断。

3.2 多卡识别时防碰撞算法的实现
　　当读写器处于工作状态时，其天线覆盖范围内的所有标签都将被激活，随时准备响应读写器的命令，这就造成了标签的碰撞。
　　在ISO15693协议中，适用于多卡识别的命令有Inventory、Stay quiet等。Inventory用以查询天线覆盖范围内的UID(标签识别号），其帧格式包括Flags（标志位）、Mask length（掩码长度）、Mask value（掩码值）等。读写器发送Inventory命令时须定制所需的时隙长度，并在指令域后添加掩码码长和码值。假设Mask length，Mask value均为0，时隙长度slot设为16，则读写器在slot=0时发送Inventory命令，工作区域内卡号尾数为0的标签将会首先响应，并以一定的帧格式发回自己的UID，随后在时隙slot=1时，读写器继续发送EOF，工作区域内尾数为1的标签将会响应。依此类推，直到读写器发出第15个EOF，一个完整的Inventory命令结束。若在工作区域内有两张标签的卡号分别为****82H和****12H，则在slot=2时，两张卡均响应且产生碰撞。此时需记录下碰撞位置2，然后在下一个Inventory命令中，设置Mask length＝4、Mask value＝2，则在新一轮的slot中，两张标签将分别在slot=8和slot=1时响应，这样就很好地解决了防碰撞问题。Stay quiet命令用于使工作区内与发送帧中UID相同的标签处于静止状态，不再响应任何ISO命令。下面给出防碰撞算法的实现编码（以16时隙为例）：
　　function push(mask，address)；pushes on private stack
　　function pop(mask，address)；pops from private stack
　　function pulse_next_pause；generates a power pulse
　　function store(VICC_UID)；stores VICC_UID
　　function poll_loop(sub_address_size as integer)；
　　address length must be four (4) bits.
　　pop(mask，address)
　　mask=address mask；generates new mask；send the Request
　　mode=anticollision
　　send_Request(Request_cmd，mode，mask length，mask[0])
　　for address=0 to(2^sub_address_size-1)
　　if no_collision_is_detected then；VICC is inventoried
　　store(VICC_UID)
else；remember a collision was detected
push(mask，address)
endif
pulse_next_pause
next sub_address；if some collisions have been detected and not yet processed，the function calls itself recursively to process the last；stored collision
if stack_not_empty then poll_loop (sub_address_size)
end poll_loop
main_cycle
mask=null address=null
push(mask，address) poll_loop(sub_address_size)
end_main_cycle
4 测试
研发设计过程中，对该读写器的性能进行了多项测试，主要测试项目及测试结果如下：
(1)运行稳定性：在长时间不关机情况下，运行正常，无死机或重新启动现象，读写能力正常，工作距离有±5cm轻微浮动。
(2)与上位机通信情况：正常。
(3)虚检漏检情况：无。
(4)防碰撞能力：每秒40个。
(5)读写距离：单天线1.1m左右，双天线1.8m～2m。
(6)速率问题：下行信号最快速率26.48kb/s，上行信号最快速率为26.69kb/s。对于开放式门禁系统完全满足实际需求。对于那些对读写距离或速度有更高要求的系统，如仓库管理、不停车自动收费等系统需要用UHF频段的射频识别系统甚至是有源的射频识别系统方案来解决。
本文设计了一种符合ISO-15693协议的HF频段RFID读写器，配合适当的天线，读写距离可达1.1m左右，多卡识别能力可达每秒40张。基于该读写器的门禁系统已投入应用，系统工作稳定，效果良好。与市面上现有的HF频段长距离读写器相比，在工作距离相同的情况下，多卡防碰撞识别能力有显著提高，且产品信价比高，系统灵敏度好，运行稳定可靠。在此读写器的基础上，只要稍加改动也可开发成其他RFID应用系统，如考勤系统、公交车收费系统、超市自动售货、电子防盗、图书馆、洗衣店等管理系统等。