RFID閱讀器的驅(qū)動程序撰寫

文章出處：http://overnightmodel.com 作者：T博士研發(fā)團(tuán)隊    人氣： 發(fā)表時間：2011年10月27日

 

   

本文將介紹如何以MCU簡單的設(shè)計一個RFID的閱讀器，所示范的的程序模塊是采用HOLTEK MCU HT49R50A-1的匯編語言，希望透過程序模塊的分享以達(dá)到共同討論的目的。

RFID是英文“Radio Frequency Identification”的縮寫，中文名稱為「無線射頻身份識別」是為目前相當(dāng)受到重用的感應(yīng)式電子芯片或是近接卡、感應(yīng)卡、非接觸卡...等等，非接觸式自動識別技術(shù)的一種。是一種內(nèi)建有無線電技術(shù)的芯片，芯片中還可紀(jì)錄一系列信息，如產(chǎn)品別、位置、日期等，最大的好處是能提高物品管理效率。

目前市面上以使用條形碼，將物品的相關(guān)信息多記錄在條形碼上，而再以掃描儀掃瞄條形碼取得信息，而RFID只需在一定范圍內(nèi)感應(yīng)，并可一次讀取大量訊息。射頻識別系統(tǒng)(RFID)最早在1948年即被提出，利用無線電波傳送識別數(shù)據(jù)，達(dá)到身分識別的目的。無須接觸即可自動讀取及收集資料的一種科技，乃屬于自動資料搜集（Automated Data Collection, ADC）技術(shù)之一種，可無線讀取卷標(biāo)信息。傳輸頻率分為低頻(LF:125~134KHz)，高頻(HF:13.56MHz)，超高頻 (UHF: 400~ 1000MHz)，微波(Microwave; 1GHz以上)，其中以超高頻之技術(shù)較先進(jìn)且其穩(wěn)定度與應(yīng)用效果較佳。

于本文將介紹如何以MCU簡單的設(shè)計一個RFID的接收器，所使用的是為高頻（13.56 MHz）的頻域，于本文中的程序模塊是采用Holtek MCU HT49R50A-1的匯編語言來撰寫，希望透過程序模塊的分享以達(dá)到共同討論的目的。

RFID的特性

條形碼是一種只讀式的、需要對準(zhǔn)標(biāo)的、一次只能讀一個、且容易破損；而RFID是可擦寫的、使用時不需對準(zhǔn)標(biāo)的、同時可讀取多個、堅固全天候使用，可不需人力介入操作。RFID具有許多條形碼所難以達(dá)成的下列特性：<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

 

(一) 數(shù)據(jù)的讀寫（Read Write）機(jī)能：只要通過RFID Reader即可不需接觸，直接讀取訊息至數(shù)據(jù)庫內(nèi)，且可一次處理多個標(biāo)簽，并可以將物流處理的狀態(tài)寫入標(biāo)簽，供下一階段物流處理的讀取判斷之用。

(二) 容易小型化和多樣化的形狀：RFID在讀取上并不受尺寸大小與形狀之限制，不需為了讀取精確度而配合紙張的固定尺寸和印刷品質(zhì)。此外，RFID TAG更可往小型化與多樣型態(tài)發(fā)展，以應(yīng)用在不同產(chǎn)品。

(三) 耐環(huán)境性：紙張一受到臟污就會看不到，但RFID對水、油和藥品等物質(zhì)卻有強(qiáng)力的抗污性。RFID在黑暗或臟污的環(huán)境之中，也可以讀取數(shù)據(jù)。

(四) 可重復(fù)使用：由于RFID為電子數(shù)據(jù)，可以反復(fù)被覆寫，因此可以回收標(biāo)簽重復(fù)使用。如被動式RFID，不需要電池就可以使用，沒有維護(hù)保養(yǎng)的需要。

(五) 穿透性：RFID若被紙張、木材和塑料等非金屬或非透明的材質(zhì)包覆的話，也可以進(jìn)行穿透性通訊。不過如果是鐵質(zhì)金屬的話，就無法進(jìn)行通訊。

(六) 數(shù)據(jù)的記憶容量大：數(shù)據(jù)容量會隨著記憶規(guī)格的發(fā)展而擴(kuò)大，未來物品所需攜帶的資料量愈來愈大，對卷標(biāo)所能擴(kuò)充容量的需求也增加，對此RFID不會受到限制。為期

RFID所使用的頻率介紹

為避免各國無線電頻率使用標(biāo)準(zhǔn)不一，造成使用上的混亂與困擾，國際上大多遵守國際電信聯(lián)合會（ITU）的規(guī)范。目前RFID使用的頻率有6種，分別為135KHz以下、13.56MHz、433.92MHz、860M~930MHz（即UHF）、2.45GHz以及5.8GHz，其各有特色和缺陷。135KHz以下傳輸距離短約10公分左右，通訊速度慢。此頻段在絕大多數(shù)的國家屬于開放，不涉及法規(guī)開放和執(zhí)照申請的問題，因此使用最廣，主要使用在寵物、門禁管制和防盜追蹤。 13.56MHz薄化的效果最佳傳輸距離為1公尺以下，代表性應(yīng)用為會員卡、識別證、飛機(jī)機(jī)票和建筑物出入管理，通訊距離10公分左右的近距離非接觸式IC卡發(fā)展快速。

RFID系統(tǒng)的基本架構(gòu)

RFID的基本組成組件及其主要的功能為：
•讀取器：負(fù)責(zé)讀/寫電子卷標(biāo)上的數(shù)據(jù)。
• 電子卷標(biāo)/卡(Transponder; Tag)：分為被動與主動兩種結(jié)構(gòu)如圖1所示，如表1所示主要負(fù)責(zé)除存被識別物的相關(guān)資料，如品號，品名，規(guī)格等等，可以藉由讀取器來偵測，另外于表2所示則為頻率與Tag的關(guān)系及被使用的特性。
•計算機(jī)：負(fù)責(zé)系統(tǒng)平臺的操作，將RFID的讀取器與計算機(jī)系統(tǒng)整合就可以偵測到物品的移動狀況和信息。

圖1 Tag的基本結(jié)構(gòu)

表1 Tag的等級分類表

　

表2 Tag與頻率的關(guān)系

 

RFID的應(yīng)用領(lǐng)域

RFID之應(yīng)用相當(dāng)廣泛，最常見的應(yīng)用為：
* 門禁管制：人員出入門禁監(jiān)控、管制及上下班人事管理
* 回收資產(chǎn)：棧板、貨柜、臺車、籠車等可回收容器管理
* 貨物管理：航空運(yùn)輸?shù)男欣钭R別，存貨、物流運(yùn)輸管理
* 物料處理：工廠的物料清點(diǎn)、物料控制系統(tǒng)
* 廢物處理：垃圾回收處理、廢棄物管控系統(tǒng)
* 醫(yī)療應(yīng)用：醫(yī)院的病歷系統(tǒng)、危險或管制之生化物品管理
* 交通運(yùn)輸：高速公路的收費(fèi)系統(tǒng)
* 防盜應(yīng)用：超市的防盜、圖書館或書店的防盜管理
* 動物監(jiān)控：畜牧動物管理、寵物識別、野生動物生態(tài)的追蹤
* 自動控制：汽車、家電、電子業(yè)之組裝生產(chǎn)
* 聯(lián)合票證：聯(lián)合多種用途的智能型儲值卡、紅利積點(diǎn)卡

以下對幾個應(yīng)用作深入的介紹說明：

一般消費(fèi)品
實(shí)務(wù)應(yīng)用：從倉儲到商品架的有效管理長久以來，消費(fèi)品制造商一直苦于如何將適切的產(chǎn)品，在適當(dāng)?shù)臅r間運(yùn)交給適當(dāng)?shù)牧闶凵?。而藉?RFID 解決方案，制造商可以有效追蹤貨品，管理庫存水準(zhǔn)，并維持適當(dāng)?shù)膸齑媪恳詽M足零售商的需求。導(dǎo)入 RFID 解決方案后，工廠內(nèi)的貨品棧板無需人工檢視可直接運(yùn)出，取貨疏失的情形減少，退貨管理的效率提升，又免了實(shí)際的存貨盤點(diǎn)作業(yè)，廠商可以降低人事成本。

零售業(yè)
實(shí)務(wù)應(yīng)用：協(xié)助提升獲利能力，在零售業(yè)，競爭慘烈、資本成本高，消費(fèi)者的反復(fù)無常也是眾所周知，想要維持獲利率，特別艱難。從增加銷售額、改善促銷活動到降低失竊率，零售業(yè)者必須全心全力尋找創(chuàng)新的方式才能提升利潤。

制藥業(yè)
實(shí)務(wù)應(yīng)用：在嚴(yán)格管制的環(huán)境中提高生產(chǎn)效率，制藥業(yè)者除了在發(fā)展及配銷藥品等方面。

物流業(yè)
實(shí)務(wù)應(yīng)用：發(fā)揮貨運(yùn)及配送流程的最高效率除了倉儲，貨柜場也可以利用 RFID 方案來建立高效率的配送及貨運(yùn)流程。將商品從消費(fèi)性產(chǎn)品業(yè)者運(yùn)交到零售商的流程，是供應(yīng)鏈中絕不可缺少的一環(huán)。

運(yùn)輸業(yè)
實(shí)務(wù)應(yīng)用：密切監(jiān)控運(yùn)輸中的資產(chǎn)，RFID 可用來追蹤載貨卡車與軌道車輛的位置，也可以收集在特定地點(diǎn)的貨運(yùn)車輛上最新存貨數(shù)字。實(shí)際出貨期間，RFID
可以根據(jù)貨車所在的最新地點(diǎn)追蹤商品，并監(jiān)督這些貨運(yùn)車輛所載送的商品明細(xì)
實(shí)務(wù)應(yīng)用：密切監(jiān)控運(yùn)輸中的資產(chǎn)，RFID 可用來追蹤載貨卡車與軌道車輛的位置，也可以收集在特定地點(diǎn)的貨運(yùn)車輛上最新存貨數(shù)字。實(shí)際出貨期間，RFID 可以根據(jù)貨車所在的最新地點(diǎn)追蹤商品，并監(jiān)督這些貨運(yùn)車輛所載送的商品明細(xì)。

接收器的制作及程序

于圖2所示為RFID接收器的結(jié)構(gòu)圖，是由Holtek MCU HT49R50A-1所控制，由于RFID的技術(shù)目前尚處于商業(yè)保密期，故于短時間內(nèi)可能無法公開時感抱歉，有關(guān)系統(tǒng)的程序模塊，主要有三大部分所成如圖3所示，分別為主程序是為負(fù)責(zé)：鍵的掃描，LCD顯示，聲響，LED指示，以及RFID中的Tag數(shù)據(jù)的核對。外部中斷子程序為負(fù)責(zé)計數(shù)的管理；最后主中斷子程序的控制主要負(fù)責(zé)計數(shù)移位，數(shù)據(jù)接收等工作。相關(guān)的處和語言的詳列及說明如圖4。

圖2 RFID 接收器的實(shí)際電路圖

 

圖3 程序流程圖

于圖2所示為本文中所舉RFID接收器范例的實(shí)際電路圖，程序使用一組Timer及一組External Interrupt來搭配接收RFID Data，其中應(yīng)特別注意的是所使用的外部Clock Sounce需要精準(zhǔn)，以達(dá)到接收數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性及正確性。于圖3所示為程序的設(shè)計流程，所設(shè)計的程序如圖4所示。 .

ODE    .SECTION        AT 00H  'CODE'

             ;------------------

             ;--- START 開始副程式  ---

                ORG     00H

                JMP     START

             ;------------------

             ;--- INT0 中斷0副程式 ---

                ORG     04H

             JMP EXTERNAL_INTERRUPT0

             ;------------------

             ;--- INT1       中斷1副程式---

                ORG     08H

             JMP EXTERNAL_INTERRUPT1

             ;------------------        

             ;--- TIMER 0 計時器0副程式      ---

             ORG 0CH

             JMP TIMER0_INT

             ;------------------

             ;--- TIMER 1 計時器1副程式  ---

             ORG 010H

             JMP TIMER1_INT

             ;------------------

             ;--- TB  ---

             ORG 014H

             RETI

             ;------------------

             ;--- RTC ---

             ORG 018H

             RETI

             ORG 020H

;================================

;=

;=          INT PROGRAM

;=

;===============================

;=

;=    TIMER 0 INTERRUPT 100uS

;=

;===============================

TIMER0_INT:

             MOV S_ACC,A              ;SAVE ACC&STATUS TO MEMORY

             MOV A,STATUS          ;push pop

             MOV S_STA,A

             ;---------------------------

             RL   M_DATA_BUFFER        ;EVERY 100uS SHIFT LEFT ONCE

             SNZ P_RFID_DATA

             JMP RFIDGETDATA0

RFIDGETDATA1:

             CLR M_DATA_BUFFER.0            ;RECEIVER DATA "1"

             JMP CHECK_RFID_LEADING_CODE

RFIDGETDATA0:

             SET M_DATA_BUFFER.0            ;RECEIVER DATA "0"

CHECK_RFID_LEADING_CODE:

             SZ   F_RFID_1ST_OK

             JMP BIT8_RECEIVER

             MOV A,098H               ;FIRST ID 98H

             XOR A,M_DATA_BUFFER           ;CHECK LEAD CODE

             SNZ Z

             JMP RESET_TIMER0

             SET F_RFID_1ST_OK

             MOV A,12

             MOV M_RFID_BYTES_COUNT,A   ;TOTAL DATA 12 BYTES

             MOV A,0F3H

             MOV MP0,A

SAVE_RF_ID_DATA:

             INC MP0

             MOV A,M_DATA_BUFFER

             MOV R0,A

             CLR M_DATA_BUFFER

             SDZ M_RFID_BYTES_COUNT

             JMP RESET_TIMER0

             CLR F_RFID_1ST_OK

             ;

             CALL     CRC_CHECK_PROCESS      ;CHECK CRC

             SNZ ACC.0                 ;ACC=FFH DATA OK

             JMP TIMER0_INT_END

             SET F_RFID_RX_OK

             JMP TIMER0_INT_END

BIT8_RECEIVER:

             SDZ M_ROTATE_COUNT

             JMP RESET_TIMER0

             MOV A,08

             MOV M_ROTATE_COUNT,A

             JMP SAVE_RF_ID_DATA

             ;

RESET_TIMER0:

             CLR TMR0C.4                   ;TIMER0 COUNTING 100uS

             MOV A,154                  ;TIMR0 100uS TIMEOUT FOR RFID

             MOV TMR0,A

             ;---------------------------

TIMER0_INT_END:

             MOV A,S_STA              ;RELOAD ACC&STATUS

             MOV STATUS,A           ;Pop acc Status Regiter

             MOV A,S_ACC

             RETI

      ;===============================

      ;=

      ;=    EXTERNAL_INTERRUPT 0

      ;=

      ;===============================

EXTERNAL_INTERRUPT0:

             SNZ       F_RFID_RX_OK

             SET       TMR0C.4             ;Enable TIMER0 START COUNTING 100uS

             RETI

;=============================================================

;=

;=          MAIN PROGRAM

;=

;=============================================================

START:

       ;--- POWER ON RESET ---

             MOV       A,11111111B ;I/O port initial

             MOV       PA,A

             MOV       A,11111111B

             MOV       PB,A

             MOV       A,11111111B

             MOV       PC,A

             ;--- TIMER 0 ---

             MOV       A,159            ;Initial TIMR0 100uS TIMEOUT FOR RFID Receiver

             MOV       TMR0,A

             MOV       A,10100000B

             MOV       TMR0C,A

 

             ;--- TIMER 1 ---

             MOV       A,56            ;TIMR1 FOR MAIN LOOP

             MOV       TMR1,A

             MOV       A,10110000B

             MOV       TMR1C,A

    ;--- INT 0,1 ---

             MOV       A,00001001B

             MOV       INTC0,A       ;Enable Mcu interrupt founction

             MOV       A,00000101B

             MOV       INTC1,A

;--------------------------------------------------

      ;---- CLEAR WORK RAM ----

             CALL     CLEAR_RAM        ;CLEAR MCU RAM

     ;==========================

             ;=  MAIN

             ;==========================

MAIN:

      ;------- MAIN LOOP 20MS ---------

             SNZ       F_20MSTIMEOUT

             JMP       MAIN

             CLR       F_20MSTIMEOUT ;MAIN LOOP 20MS FOR CYCLE

      ;*********************************

      ;----- Make some function --------

      ;ex:

      ;       CALL    KEY_SCAN

      ;      CALL     SHOW_LCD

      ;      CALL     BEEP_SOUND

      ;      CALL     SHOW_LED

             JMP MAIN

;===============================================

圖4系統(tǒng)程序語言

 

結(jié)語

    整體看來，RFID無線射頻身份識別系統(tǒng)在未來的發(fā)展在很多的產(chǎn)業(yè)都是相當(dāng)被看好的，雖然目前該技術(shù)有一些潛在問題，但科技的發(fā)達(dá)日新月異，相信要克服RFID的種種隱憂，所需要的也只是時間上的問題而已。舉例說隱私權(quán)問題，現(xiàn)正研發(fā)自毀型卷標(biāo)或消磁型卷標(biāo)來解決這問題；配合奈米技術(shù)所研發(fā)適用于特殊物品的超小型標(biāo)簽；還有WhereNet新版物流管理軟件可支持物流業(yè)者使用RFID系統(tǒng)。因此我們可以預(yù)見RFID將會促使相當(dāng)多產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生一場大的變革。然而RFID對印刷產(chǎn)業(yè)有多大的影響呢？是否會為印刷產(chǎn)業(yè)帶來重大的商機(jī)嗎？從上述文章的內(nèi)容，相信在可預(yù)見的未來，不論是各式產(chǎn)品包裝盒、食物外包裝或是圖書雜志里，只要是目前有條形碼標(biāo)簽的印刷品上，將來就會有RFID的身影，甚至沒有條形碼標(biāo)簽的也可能會有RFID。所以不論是印制包裝外盒的業(yè)者（厚紙）或是印制書籍雜志的業(yè)者（薄紙）都應(yīng)會產(chǎn)生影響，尤其是對目前專門印制條形碼卷標(biāo)或是條形碼報表的業(yè)者所產(chǎn)生的影響更大。目前使用的RFID的天線部份，都是使用銅片制作，黏貼在一般自黏標(biāo)簽上，再轉(zhuǎn)貼到所需的位置上。希望將來RFID的天線部份以印刷方式印上，就如同目前印制條形碼一般。