RFID閱讀器的驅動程序撰寫

文章出處：http://hz-huyue.com 作者：T博士研發團隊    人氣： 發表時間：2011年10月27日

 

   

本文將介紹如何以MCU簡單的設計一個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」是為目前相當受到重用的感應式電子芯片或是近接卡、感應卡、非接觸卡...等等，非接觸式自動識別技術的一種。是一種內建有無線電技術的芯片，芯片中還可紀錄一系列信息，如產品別、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只需在一定范圍內感應，并可一次讀取大量訊息。射頻識別系統(RFID)最早在1948年即被提出，利用無線電波傳送識別數據，達到身分識別的目的。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）技術之一種，可無線讀取卷標信息。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較先進且其穩定度與應用效果較佳。

于本文將介紹如何以MCU簡單的設計一個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、需要對準標的、一次只能讀一個、且容易破損；而RFID是可擦寫的、使用時不需對準標的、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成的下列特性：<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

 

(一) 數據的讀寫（Read Write）機能：只要通過RFID Reader即可不需接觸，直接讀取訊息至數據庫內，且可一次處理多個標簽，并可以將物流處理的狀態寫入標簽，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。此外，RFID TAG更可往小型化與多樣型態發展，以應用在不同產品。

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

(四) 可重復使用：由于RFID為電子數據，可以反復被覆寫，因此可以回收標簽重復使用。如被動式RFID，不需要電池就可以使用，沒有維護保養的需要。

(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包覆的話，也可以進行穿透性通訊。不過如果是鐵質金屬的話，就無法進行通訊。

(六) 數據的記憶容量大：數據容量會隨著記憶規格的發展而擴大，未來物品所需攜帶的資料量愈來愈大，對卷標所能擴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準不一，造成使用上的混亂與困擾，國際上大多遵守國際電信聯合會（ITU）的規范。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。此頻段在絕大多數的國家屬于開放，不涉及法規開放和執照申請的問題，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，代表性應用為會員卡、識別證、飛機機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卡發展快速。

RFID系統的基本架構

RFID的基本組成組件及其主要的功能為：
•讀取器：負責讀/寫電子卷標上的數據。
• 電子卷標/卡(Transponder; Tag)：分為被動與主動兩種結構如圖1所示，如表1所示主要負責除存被識別物的相關資料，如品號，品名，規格等等，可以藉由讀取器來偵測，另外于表2所示則為頻率與Tag的關系及被使用的特性。
•計算機：負責系統平臺的操作，將RFID的讀取器與計算機系統整合就可以偵測到物品的移動狀況和信息。

圖1 Tag的基本結構

表1 Tag的等級分類表

　

表2 Tag與頻率的關系

 

RFID的應用領域

RFID之應用相當廣泛，最常見的應用為：
* 門禁管制：人員出入門禁監控、管制及上下班人事管理
* 回收資產：棧板、貨柜、臺車、籠車等可回收容器管理
* 貨物管理：航空運輸的行李識別，存貨、物流運輸管理
* 物料處理：工廠的物料清點、物料控制系統
* 廢物處理：垃圾回收處理、廢棄物管控系統
* 醫療應用：醫院的病歷系統、危險或管制之生化物品管理
* 交通運輸：高速公路的收費系統
* 防盜應用：超市的防盜、圖書館或書店的防盜管理
* 動物監控：畜牧動物管理、寵物識別、野生動物生態的追蹤
* 自動控制：汽車、家電、電子業之組裝生產
* 聯合票證：聯合多種用途的智能型儲值卡、紅利積點卡

以下對幾個應用作深入的介紹說明：

一般消費品
實務應用：從倉儲到商品架的有效管理長久以來，消費品制造商一直苦于如何將適切的產品，在適當的時間運交給適當的零售商。而藉由 RFID 解決方案，制造商可以有效追蹤貨品，管理庫存水準，并維持適當的庫存量以滿足零售商的需求。導入 RFID 解決方案后，工廠內的貨品棧板無需人工檢視可直接運出，取貨疏失的情形減少，退貨管理的效率提升，又免了實際的存貨盤點作業，廠商可以降低人事成本。

零售業
實務應用：協助提升獲利能力，在零售業，競爭慘烈、資本成本高，消費者的反復無常也是眾所周知，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，零售業者必須全心全力尋找創新的方式才能提升利潤。

制藥業
實務應用：在嚴格管制的環境中提高生產效率，制藥業者除了在發展及配銷藥品等方面。

物流業
實務應用：發揮貨運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流程。將商品從消費性產品業者運交到零售商的流程，是供應鏈中絕不可缺少的一環。

運輸業
實務應用：密切監控運輸中的資產，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的貨運車輛上最新存貨數字。實際出貨期間，RFID
可以根據貨車所在的最新地點追蹤商品，并監督這些貨運車輛所載送的商品明細
實務應用：密切監控運輸中的資產，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的貨運車輛上最新存貨數字。實際出貨期間，RFID 可以根據貨車所在的最新地點追蹤商品，并監督這些貨運車輛所載送的商品明細。

接收器的制作及程序

于圖2所示為RFID接收器的結構圖，是由Holtek MCU HT49R50A-1所控制，由于RFID的技術目前尚處于商業保密期，故于短時間內可能無法公開時感抱歉，有關系統的程序模塊，主要有三大部分所成如圖3所示，分別為主程序是為負責：鍵的掃描，LCD顯示，聲響，LED指示，以及RFID中的Tag數據的核對。外部中斷子程序為負責計數的管理；最后主中斷子程序的控制主要負責計數移位，數據接收等工作。相關的處和語言的詳列及說明如圖4。

圖2 RFID 接收器的實際電路圖

 

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，其中應特別注意的是所使用的外部Clock Sounce需要精準，以達到接收數據的穩定性及正確性。于圖3所示為程序的設計流程，所設計的程序如圖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系統程序語言

 

結語

    整體看來，RFID無線射頻身份識別系統在未來的發展在很多的產業都是相當被看好的，雖然目前該技術有一些潛在問題，但科技的發達日新月異，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。舉例說隱私權問題，現正研發自毀型卷標或消磁型卷標來解決這問題；配合奈米技術所研發適用于特殊物品的超小型標簽；還有WhereNet新版物流管理軟件可支持物流業者使用RFID系統。因此我們可以預見RFID將會促使相當多產業產生一場大的變革。然而RFID對印刷產業有多大的影響呢？是否會為印刷產業帶來重大的商機嗎？從上述文章的內容，相信在可預見的未來，不論是各式產品包裝盒、食物外包裝或是圖書雜志里，只要是目前有條形碼標簽的印刷品上，將來就會有RFID的身影，甚至沒有條形碼標簽的也可能會有RFID。所以不論是印制包裝外盒的業者（厚紙）或是印制書籍雜志的業者（薄紙）都應會產生影響，尤其是對目前專門印制條形碼卷標或是條形碼報表的業者所產生的影響更大。目前使用的RFID的天線部份，都是使用銅片制作，黏貼在一般自黏標簽上，再轉貼到所需的位置上。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。