如何進(jìn)行面向紡織MES系統的RFID嵌入式數據采集終端設計？

4 嵌入式數據采集終端軟件設計

生產(chǎn)數據采集系統中終端應用軟件需按任務(wù)進(jìn)行規劃和設計，最關(guān)鍵的幾個(gè)任務(wù)為：系統初始化以及主程序、RFID讀寫(xiě)器信息處理任務(wù)、TCP/IP通信任務(wù)、人機界面管理、狀態(tài)檢測和控制。大部分程序功能模塊都是采用中斷方式完成的，這樣可以使程序迅速響應其他外部事件，及時(shí)準確的對外設進(jìn)行控制。軟件系統主程序流程如圖7所示。

圖7 數據采集終端系統軟件主程序流程

4.1 射頻識別單元軟件結構設計

在數據采集系統中，采用RFID技術(shù)實(shí)現底層生產(chǎn)數據的識別與控制。作為軟件系統的核心，將詳細說(shuō)明射頻識別單元射頻標簽與讀寫(xiě)器之間數據通信的軟件設計。

射頻識別數據采集部分主要包括射頻識別芯片初始化、標簽查詢(xún)、防沖突檢測、標簽卡選擇、認證操作、數據塊讀寫(xiě)等。讀寫(xiě)終端與標簽卡的通信整體流程如圖8所示。

圖8 讀寫(xiě)終端與標簽卡通信流程

4.2 MF RC522對標簽的尋卡程序設計流程

當MF RC522初始化結束后，第1步工作就是尋找感應區內是否有滿(mǎn)足ISO/IEC 14443A標準的射頻卡。尋卡程序的流程如圖9所示。

圖9 MF RC522對標簽的尋卡程序流程

流程中尋卡命令有2個(gè)：0x52表示尋找感應區內所有符合14443A的標準卡，0x26表示尋找未進(jìn)入休眠狀態(tài)的卡。返回值2個(gè)字節的卡片類(lèi)型數據，0x4400表示Mifare UhraLight卡，0x0400表示Mifare One(S50)卡，0x0200表示Mifare One(S70)卡，0x0800表示Mifare Pro(X)卡，0x4403表示Mifare DESFire卡。

4.3 射頻標簽防碰撞程序設計流程

當MF RC522的感應區內同時(shí)有多個(gè)射頻卡時(shí)，需要進(jìn)行防碰撞處理。ISO/IEC 1443A的防碰撞指令格式以及防碰撞程序流程如圖10所示。

圖10 MF RC522對標簽的防碰撞程序流程

圖10中，防碰撞指令0x93表示射頻卡的UID只有4個(gè)字節，NVM表示UID中有效的比特數，如當NVM為0x20時(shí)表示UID的有效比特數為32 bit。BCC只有當NVM為0x70時(shí)(即UID的4個(gè)字節都正確)才存在，表示此時(shí)整個(gè)UID都被識別，最終結果是要取得卡片的UID，防碰撞流程結束。

4.4 讀射頻標簽程序設計流程

在對卡片的塊區進(jìn)行操作前，為提高安全性，必須對卡片進(jìn)行密鑰驗證。當密鑰選擇為0TImes;60時(shí)表示驗證密鑰A;當密鑰選擇為0TImes;61時(shí)表示驗證密鑰B。當密鑰驗證碼寫(xiě)入FIFO并發(fā)送出去后如果無(wú)錯誤返回值，可對射頻標簽進(jìn)行讀寫(xiě)操作。

射頻標簽讀操作指令先要計算讀操作指令的CRC校驗碼(2個(gè)字節)，最后把這2個(gè)字節的指令和2個(gè)字節的CRC校驗碼發(fā)送到FIFO。當返回值無(wú)CRC錯誤并得到18個(gè)字節的數據時(shí)，說(shuō)明讀操作成功。在這18個(gè)字節中只有16個(gè)字節是有效的，剩下的2個(gè)字節為填充字節。讀操作流程如圖11所示。

圖11 讀標簽操作流程

4.5 寫(xiě)射頻標簽程序設計流程

寫(xiě)操作指令包含2次握手過(guò)程。第1次先往FIFO內送入寫(xiě)操作指令，等待卡片的應答信號，如果接收到4個(gè)比特的應答信號1010，則可以發(fā)送數據;否則說(shuō)明塊區未準備好，必須等待塊區準備好后再寫(xiě)數據。

數據寫(xiě)入以后同樣等待卡片的應答信號，如果接收到4個(gè)比特的應答信號1010，則說(shuō)明寫(xiě)入成功;否則說(shuō)明寫(xiě)入失敗。寫(xiě)操作的流程如圖12所示。

圖12 寫(xiě)標簽操作流程

5 系統測試

為便于測試RFID數據采集終端數據讀寫(xiě)的可靠性，設計開(kāi)發(fā)了簡(jiǎn)單的PC端上位機演示程序。該軟件基于Visual Basic程序設計語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，系統測試直觀(guān)、方便。軟件的主要功能是測試RFID讀寫(xiě)器與射頻標簽之間數據通信的正確性和可靠性，如圖13所示。

圖13 射頻標簽讀寫(xiě)測試

6 結束語(yǔ)

本文面向紡織企業(yè)信息化改造，設計了基于RFID技術(shù)的生產(chǎn)制造執行系統總體框架結構，并針對企業(yè)現有生產(chǎn)線(xiàn)數據采集終端的一些不足，構建了基于RFID 技術(shù)、嵌入式技術(shù)與Internet技術(shù)3者相結合的數據采集終端系統。經(jīng)測試，該系統可以有效地解決目前生產(chǎn)領(lǐng)域數據采集處理的問(wèn)題，在控制系統成本的同時(shí)，獲得更高的安全性、可靠性和便捷性，實(shí)現數據采集、生產(chǎn)管理以及企業(yè)信息控制的無(wú)縫集成。