實驗5、24G有源RFID低功耗

1、實驗五 2.4G有源RFID低功耗實驗一、 實驗目的1.1 了解有源RFID的相關(guān)標準1.2 了解有源RFID的應用領(lǐng)域1.3 熟悉有源標簽內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其工作狀態(tài)1.4 實習有源RFID識別系統(tǒng)的各組成部分結(jié)構(gòu)及工作原理1.5 分析2.4G固件程序，了解低功耗工作模式原理二、 實驗設備硬件：RFDI實驗箱套件，電腦等。軟件：Keil。三、 實驗原理 3.1 有源RFID系統(tǒng)圖5.1 有源系統(tǒng)組成 典型的有源 RFID 識別系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成如上圖所示，主要包括主機、閱讀器、有源標簽三大部分。其中主機就是普通電腦，是 RFID 識別系統(tǒng)與特定應用系統(tǒng)的聯(lián)結(jié)點，安裝應用軟件，通過閱讀器提供的訪問接口查詢閱

2、讀器上已識別的標簽 ID。本節(jié)僅對閱讀器和有源標簽的基本結(jié)構(gòu)及其工作原理進行說明。3.1.1 閱讀器：閱讀器在系統(tǒng)中的作用是探測監(jiān)聽附近區(qū)域的標簽，解析并存儲其ID，等待主機查詢?nèi)∮?。有源RFID系統(tǒng)中的閱讀器與無源系統(tǒng)的閱讀器在原理和結(jié)構(gòu)上沒有本質(zhì)區(qū)別。閱讀器的一般結(jié)構(gòu)示意圖5.2所示圖5.2 有源閱讀器結(jié)構(gòu)圖l 處理器：處理器主要是指閱讀器內(nèi)的核心單片機，通過其上固化存儲的程序完成對閱讀器各功能模塊的控制和相關(guān)數(shù)據(jù)處理功能。l 數(shù)據(jù)存儲器：數(shù)據(jù)存儲器用于暫存已收到的標簽ID。一般單片機芯片都集成了數(shù)據(jù)存儲器。l射頻發(fā)送模塊：閱讀器與有源標簽的通信接口，通過編碼調(diào)制的無線電波與標簽進行數(shù)據(jù)交

3、換。模塊的發(fā)送和接收工作流程如下圖5.3所示：模塊內(nèi)部一般有載波生成電路、調(diào)制解調(diào)電路、 載波收發(fā)電路。如果模塊采用硬件實現(xiàn)編解碼，還會包含符合特定編碼規(guī)則的編解碼模塊，否則將由嵌入式軟件驅(qū)動實現(xiàn)數(shù)據(jù)編解碼。在閱讀器的實際設計中，本模塊可以由散件搭建，也可以選用成品集成電路。圖5.3 射頻模塊工作流程圖l 通信接口： 本模塊完成與主機的信息交換。如果閱讀器與主機采用有線連接，則通信接口有很多標準設備可供選擇，如RS232，RS485，CAN，Ethernet等。如果閱讀器與主機間采用無線連接，則通信接口就是一個射頻收發(fā)模塊。l 天線：天線的主要作用是向外輻射電磁波。一般天線都具有特征頻率和方向

4、特性，只有根據(jù)實際情況選用合適的天線才能保證閱讀器的能力得到最大的發(fā)揮。3.1.2 有源標簽有源標簽的結(jié)構(gòu)組成如圖5.4所示，與閱讀器相比減少了通信接口部分，各部分的功能及工作原理基本一致。差別在于標簽與閱讀器功能不同而導致的器件選型差異。標簽存儲器容量一般比閱讀器存儲器小，僅存儲標簽ID及少量數(shù)據(jù)；一般有源標簽都以自帶電池為電源，所以必須選擇功耗盡量低的設計，如果標簽通過外部電源供電，則在設計上無需過多考慮功耗問題。目前簡單的有源標簽大多為主動式ID標簽，僅存儲一個只讀ID碼，并按一定周期間隙向外廣播ID；更高級的標簽能夠存儲更多信息，響應閱讀器的命令，甚至被設計為各種無線傳感器或檢測設備。

5、有源標簽的最主要特點就在于標簽不依靠閱讀器發(fā)送的載波提供能量，而是具有獨立的能量供應系統(tǒng)。所以有源標簽與無源標簽相比，具有識別距離更遠，配套閱讀器發(fā)射功率更低的優(yōu)點，但也有標簽成本高，體積大，壽命短等缺點。圖5.4 有源標簽結(jié)構(gòu)圖3.2 有源RFID協(xié)議標準有源RFID協(xié)議目前尚無統(tǒng)一的事實標準，不同廠商的協(xié)議實現(xiàn)差異性較大，所以閱讀器和標簽一般都不能互換通用。工作在2.45GHz的有源RFID系統(tǒng)，其協(xié)議實現(xiàn)多參考 ISO 18000-4 標準中的內(nèi)容；工作在433MHz的有源RFID系統(tǒng)主要參考 ISO 18000-7 標準。本實驗平臺上的有源RFID工作在2.45GHz，所以本節(jié)僅對與其

6、相關(guān)的ISO 18000-4標準作簡單介紹。3.2.1 標簽存儲結(jié)構(gòu)ISO 18000-4標準（以下簡稱18000-4）規(guī)定標簽數(shù)據(jù)以字節(jié)為單元進行存儲，最大256個存儲單元，每個單元可實現(xiàn)寫鎖定。實際存儲結(jié)構(gòu)實現(xiàn)為四字節(jié)只讀ID，ID由生產(chǎn)商在出廠時設置。3.2.2 標簽狀態(tài)轉(zhuǎn)換18000-4規(guī)定的標簽在與閱讀器的交互過程中會隨命令不斷改變自身狀態(tài)，狀態(tài)轉(zhuǎn)換如下圖5.5所示：圖 5.5 有源標簽狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 3.2.3 編碼方式18000-4規(guī)定編碼方式分為上行鏈路（閱讀器->標簽）和下行鏈路兩種，上行為曼徹斯特編碼，下行為FM0編碼。 3.2.4 調(diào)制方式18000-4規(guī)定信號調(diào)制方式

7、為上行鏈路和下行鏈路兩種，上行為GMSK調(diào)制，下行為OOK調(diào)制。 3.2.5 信息幀結(jié)構(gòu)18000-4 規(guī)定的信息幀為比特流，結(jié)構(gòu)可分命令幀和響應幀兩種。其中命令幀的結(jié)構(gòu)為：起始符+定界符+命令碼+數(shù)據(jù)+CRC16；響應幀結(jié)構(gòu)為：起始符+數(shù)據(jù)+CRC16。所有信息幀的發(fā)送順序為高位優(yōu)先。3.3 標簽識別過程本實驗平臺所用 2.4G 有源 RFID 標簽為主動式只讀 ID 標簽，閱讀器模塊為被動接收模塊，系統(tǒng)實現(xiàn)為純標簽 ID 識別系統(tǒng)，不對標簽作數(shù)據(jù)讀寫操作，具有多標簽沖突處理機制。標簽識別機制：本實驗平臺所用標簽在獨立 3V 電源驅(qū)動下間歇性工作，周期性對外廣播 ID，周期約為 550ms。

8、標簽對外廣播 ID 的過程完全獨立于閱讀器的控制之外，閱讀器只是監(jiān)聽標簽廣播，檢測到信號后解調(diào)解碼獲得 ID 數(shù)據(jù)。標簽實際的工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換如圖5.6所示圖5.6 有源標簽實際工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖四、 實驗步驟手冊地址：光盤附件2.4G資料實驗相關(guān)的工程代碼文件地址：光盤源代碼2.4G有源2.4G有源RFID實驗-低功耗標簽代碼光盤源代碼2.4G有源2.4G標簽與讀卡器固件RFID_Tag，不支持二次開發(fā)。標簽配置指令請參考光盤附件2.4G資料標簽配置命令注意事項：首先需要將紐扣電池與標簽進行焊接。4.1 安裝標簽。標簽結(jié)構(gòu)如圖所示： 圖 5.7 標簽 圖5.8 紐扣電池標簽底部標有VCC與GND，請

9、將黑線焊接到GND上，紅線焊接到VCC上即可，標簽初始化為主動模式。圖 5.94.2 打開光盤源代碼上位機開發(fā)用RFID-UARTRVMDK工程目錄，編譯并燒寫到實驗箱，將實驗箱上的UART-STM串口與PC機相連，打開電源，打開串口助手(光盤應用程序串口助手)，并正確配置串口參數(shù)?？梢园l(fā)現(xiàn)此步與實驗2中的4.1節(jié)相同，它們用的是同一個STM固件程序。在串口助手上以十六進制發(fā)送02 04,選擇并使能2.4GHz RFID模塊。和低頻RFID模塊相同，2.4GHz RFID模塊一旦使能，將處于主動監(jiān)聽階段，無需上位機發(fā)送任何命令也可以查詢周邊的2.4G標簽，并將標簽數(shù)據(jù)返回給上位機。注意：當有多

10、組同學一同做該實驗室，因為讀卡器的讀卡范圍很廣，會接收到別組學生的標簽號，建議學生一組一組有順序的完成這一步驟。4.3 打開光盤源代碼2.4G有源2.4G有源RFID實驗-低功耗 工程，編譯并燒寫入實驗箱。上電后，進入例程主界面。也可以進行相同的測試。界面核心代碼：void Window(void) uint8_t i = 0; unsigned char edit_cur; GUI_CURSOR_Show(); /* 建立窗體，包含了資源列表，資源數(shù)目， 并指定回調(diào)函數(shù) */ hWin = GUI_CreateDialogBox(aDialogCreate, GUI_COUNTOF(aDia

11、logCreate), _cbCallback, 0, 0, 0); /* 設置窗體字體 */ FRAMEWIN_SetFont(hWin, &GUI_FontComic18B_1); FRAMEWIN_SetBarColor(hWin, 0, GUI_LIGHTCYAN); FRAMEWIN_SetClientColor(hWin, GUI_BLACK); /FRAMEWIN_SetDefaulteBorSize(0); /*BUTTON 部件句柄及設置控件參數(shù)*/ hButton_bussys0 = WM_GetDialogItem(hWin, GUI_ID_BUTTON0); h

12、Button_bussys1 = WM_GetDialogItem(hWin, GUI_ID_BUTTON1); hButton_bussys2 = WM_GetDialogItem(hWin, GUI_ID_BUTTON2); BUTTON_SetFont(hButton_bussys0, &GUI_FontComic18B_1); BUTTON_SetFont(hButton_bussys1, &GUI_FontComic18B_1); BUTTON_SetFont(hButton_bussys2, &GUI_FontComic18B_1); BUTTON_SetT

13、extColor(hButton_bussys0, 0, GUI_BLUE); BUTTON_SetTextColor(hButton_bussys1, 0, GUI_BLUE); BUTTON_SetTextColor(hButton_bussys2, 0, GUI_BLUE); BUTTON_SetBkColor(hButton_bussys0,0,GUI_LIGHTCYAN); BUTTON_SetBkColor(hButton_bussys1,0,GUI_LIGHTCYAN); BUTTON_SetBkColor(hButton_bussys2,0,GUI_LIGHTCYAN); BU

14、TTON_SetBkColor(hButton_bussys0,1,GUI_GRAY); BUTTON_SetBkColor(hButton_bussys1,1,GUI_GRAY); BUTTON_SetBkColor(hButton_bussys2,1,GUI_GRAY); /* 獲得edit 部件的句柄及設置控件參數(shù)*/ edit0 = WM_GetDialogItem(hWin, GUI_ID_EDIT0); edit1 = WM_GetDialogItem(hWin, GUI_ID_EDIT1); /* 設置EDIT部件采用10進制范圍50-20000*/ EDIT_SetDecMod

15、e(edit1,0,0,2000,0,0);EDIT_SetMaxLen(edit0, 40);while(1)flag = 0;if (1 = rec_f2) rec_f2 = 0;atoh(RxBuffer2, hex, 8);EDIT_SetText(edit0, hex);EDIT_SetValue(edit1, i+);Beep();WM_Exec();4.5 點擊start按鈕，讀寫器開始接受標簽信息。按鍵響應函數(shù)：static void _cbCallback(WM_MESSAGE * pMsg) int NCode, Id; switch (pMsg->MsgId) ca

16、se WM_NOTIFY_PARENT: /通知父窗口有事件在窗口部件上發(fā)生 Id = WM_GetId(pMsg->hWinSrc); /獲得對話框窗口里發(fā)生事件的部件的ID NCode = pMsg->Data.v; /通知代碼 switch (NCode) case WM_NOTIFICATION_RELEASED: /窗體部件動作被釋放 if (Id = GUI_ID_BUTTON1) /停止按鈕動作 GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_3 ); else if (Id = GUI_ID_BUTTON0) /開始按鈕動作 GPIO_ResetBits(GPIOD, GPIO_Pin_3 ); USART2_OUT(start, 2); /BeepInit(); else if (Id = GUI_ID_BUTTON2) /低功耗按鈕動作 USART2_OUT(lowpower, 2); /發(fā)送低功耗指令 break; default: break; default: