基于A(yíng)RM的多標簽多協(xié)議RFID讀寫(xiě)器設計
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3 系統軟件設計
系統軟件設計主要實(shí)現嵌入式系統移植及防碰撞算法。當在讀寫(xiě)器的天線(xiàn)區域中有多個(gè)射頻標簽時(shí)，同時(shí)到達的信號會(huì )產(chǎn)生信道爭用的問(wèn)題。信號互相干擾，發(fā)生碰撞。防碰撞技術(shù)利用排隊論及抗噪聲技術(shù)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，通過(guò)RFID系統一次可以完成對多個(gè)射頻標簽的識別。防碰撞技術(shù)的優(yōu)劣決定了RFID系統的性能。系統軟件總體架構包括：擴展層，提供RFID讀寫(xiě)器的固件程序，支持多種數據采集模塊；設備層，提供RFID系統運行的硬件環(huán)境和提供多種物理接口；系統層，提供RFID系統運行的軟件環(huán)境；中間層，提供開(kāi)發(fā)系統的基礎軟件框架和應用型RFID中間件；應用層，與業(yè)務(wù)相關(guān)的應用軟件。
3．1 防碰撞算法分析
在RFID系統中，評價(jià)防碰撞算法優(yōu)劣的指標有防碰撞速度、準確率、信道利用率、穩定性、安全性和成本等。目前業(yè)界推崇的防碰撞方法主要有ALOHA算法(又稱(chēng)應答器控制算法)和二進(jìn)制樹(shù)形搜索算法(又稱(chēng)讀寫(xiě)器控制算法)。ALOHA防沖突算法由于延遲時(shí)間和檢測時(shí)間是隨機分布的，是一種不確定性算法，可分為非時(shí)隙、時(shí)隙以及自適應ALOHA防沖突算法。其中自適應ALOHA方法的信道利用率最高，它的優(yōu)點(diǎn)是能顯著(zhù)提高識別速率，缺點(diǎn)是復雜度明顯提高。它僅適用于只讀型電子標簽。二進(jìn)制樹(shù)形搜索算法的優(yōu)點(diǎn)是防沖突能力較強、數據結構和指令簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是支持的存儲容量較小，不適合UID過(guò)長(cháng)的電子標簽。這里利用二進(jìn)制樹(shù)形搜索算法實(shí)現功能。
二進(jìn)制搜索算法是利用逐步減少發(fā)生沖突的位的方法來(lái)完成對標簽的識別的。該算法的前提條件是讀寫(xiě)器必須能夠準確地發(fā)現發(fā)生沖突的位。因此，在該算法中，標簽返回信號的編碼方式使用了Manchester編碼。在Manchester編碼方式中，每個(gè)信號位中間引入跳變來(lái)同時(shí)代表不同的數值和同步信息。一個(gè)負電平到正電平的跳變代表邏輯“0”，而一個(gè)正電平到負電平的跳變則代表邏輯“1”。在數據傳輸過(guò)程中，“沒(méi)有變化”的狀態(tài)是不允許的。因此，當一個(gè)讀寫(xiě)器收到標簽的返回信號后，如果發(fā)現某些位信號的狀態(tài)沒(méi)有發(fā)生改變，那么讀寫(xiě)器就能夠判斷這些位一定發(fā)生了沖突。Manchester編碼原理如圖6所示。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/149550.htm
圖6中有兩個(gè)標簽同時(shí)處于讀寫(xiě)器的讀寫(xiě)范圍內。當讀寫(xiě)器發(fā)送讀標簽命令時(shí)，兩個(gè)標簽都返回它們的識別碼給讀寫(xiě)器。從圖中可以看出，標簽1識別碼的第5位和第2位的值分別是邏輯“0”和邏輯“1”，而標簽2的識別碼的第5位和第2位分別是邏輯“1”和邏輯“0”。所以，當讀寫(xiě)器收到它們的返回信號時(shí)，這兩位的狀態(tài)不會(huì )改變，從而讀寫(xiě)器知道這兩位發(fā)生了沖突，由此實(shí)現多標簽防碰撞。圖中的虛線(xiàn)表示標簽返回信號中發(fā)生沖突的位。
3．2 多協(xié)議模式分析
在上電后，首先對TRF7960進(jìn)行初始化設置。為控制TRF7960實(shí)現讀／寫(xiě)卡等操作，首先得明確TRF7960的讀寫(xiě)時(shí)序。起始條件是CLK為高，然后發(fā)送8位地址，再在發(fā)送時(shí)鐘的下降沿進(jìn)行數據發(fā)送。當CLK為低時(shí)，信號發(fā)送上升沿表示操作已經(jīng)結束。在TRF7960內部有兩個(gè)主要配置寄存器：芯片狀態(tài)控制寄存器和ISO控制寄存器，00h和01h分別是它們的地址。芯片狀態(tài)寄存器可以控制電源模式、RF輸出開(kāi)關(guān)等。ISO控制寄存器則負責ISO協(xié)議選擇，它通過(guò)設定參數protocol，選擇不同的協(xié)議工作方式。例如當protocol為0x01時(shí)，為ISO15693協(xié)議；當protocol為0x02時(shí)，為ISO14443A協(xié)議；當protocol為0x03時(shí)，為ISO14443B協(xié)議。根據指定協(xié)議進(jìn)行相應的讀寫(xiě)操作，在設定時(shí)間內，若有FIFO中斷或發(fā)送結束中斷產(chǎn)生，則采集數據并保存。這樣就實(shí)現了多協(xié)議、防碰撞多標簽RFID讀寫(xiě)器系統。
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