基于RFID技术的信息采集与发送模块设计

张鹏远

模块通过RFID读卡器读取货物上电子标签中的内容，将其送入MSP430f149中，DS1302为模块提供时间信息，MSP430f149对读卡器读取的信息进行处理后通过GPRS模块将信息发送至物流中心的服务器。

1 通过RFID技术获取物品信息

1.1射频技术的介绍

RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。

1.2 电子标签的选取

电子标签主要由天线模块、存储模块、控制模块以及射频收发模块组成。标签内部存储单元包含了需要被识别物体的数据信息，以电磁波的方式与读写器进行数据通信，并实现数据信息的交互功能。RFID系统中的电子标签可以根据不同的应用情况分为多种类型，本文中选用的是无源、高频、被动、可读写型标签。这种标签内部并没有任何电源，其完全是通过读写器天线发出的电磁波所提供的能量进行工作，这也决定了它体积小、适应性强、耐久性强等优势。它基于RFID的ISO14443标准。工作频率为13.56MHz，内部芯片存储的数据量较小，用于低成本、近距离的环境下。标签内部具有EEPROM存储区，用户或者厂商可以随意对其进行软件擦写操作，以方便实际需要，使用很灵活。

1.3 读卡器的选取

MF RC522 利用了先进的调制和解调概念，完全集成了在13.56MHz 下所有类型的被动非接触式通信方式和协议。支持ISO14443A的多层应用。其内部发送器部分可驱动读写器天线与 ISO 14443A/MIFARE?卡和应答机的通信，无需其它的电路。接收器部分提供一个坚固而有效的解调和解码电路，用于处理 ISO14443A 兼容的应答器信号。数字部分处理 ISO14443A 帧和错误检测（奇偶&CRC）。此外，它还支持快速 CRYPTO1 加密算法，用于验证 MIFARE 系列产品。MFRC522支持 MIFARE?更高速的非接触式通信，双向数据传输速率高达 424kbit/s。

为RC522的外围电路图，缓冲的输出驱动与天线的连接使用最少的元器件。OSCIN和OSCOUT分别为振荡器的反向放大器的输入和输出，其外接晶振为27.12MHz;TX1和TX2是发送器，负责将调制完成的13.56MHz的载波信号进行发送;RF是接收器输入，负责RF信号的接收;VMID提供芯片内部参考电压;SDA为串行数据传输线，与IO口D7、D6、D5组成SPI方式与数据处理器通信。

1.4 读卡器的具体工作流程

RFID读写器与MSP430通过SPI方式进行数据传输，整个操作流程为寻卡、防冲撞、选卡、密码验证、读/写卡。

从寻卡到最终能够对IC卡进行读写操作的这个过程，读写器需要进行相当严密的验证程序。当有卡片进入读写器电磁场覆盖范围时，读写器按照规定的协议与其通讯，通过设置参数PICC_REQALL查寻感应区内所有符合14443A标准的卡;当读写器电磁磁场范围内不只有一张卡片进入时，读写器将会启动防冲突算法进而从中选择最为合适的一张进行操作，并将选定卡片的序列号从卡中读出，供选卡和验证密码阶段使用;选卡功能将符合该序列号的卡片选中，由于该序列号是全世界范围内唯一的32为号码，因此选中的卡也将是唯一的;在进行密码验证时，一般将密码验证设置为验证密码A，不需同时验证密码A和密码B，参数1表示验证的是块1的密码，我们也可以将参数修改成其它数值，进而对其它块进行密码验证后进行读写操作，DefaultKey为密码位，本设计中通过两张IC卡进行实验，将卡1的密码设置为EE FF FF FF FF FF，將卡2的密码设置为EF FF FF FF FF FF。密码验证成功后就可对相应的块进行读、写操作了。在RFID读写器每进行一次读写卡操作后都会读卡器每次执行完成一次读、写卡操作之后，让其进入休眠模式，等待下一次刷卡操作。

需要注意的是，同一扇区不同块的密码是一致的，所以读卡器只需验证一次密码便可对同一扇区的各个块进行读、写操作;当读卡器要对另一扇区的块进行读、写操作时，则需要重新进行密码验证。

2 通过MSP430F149对获取的物品信息进行处理

电子标签中存放的是代表货物信息的唯一编码，读卡器读出这一信息后需要将其送入数据处理器MSP430f149中进行进一步处理才能发送出去。因为本设计的目的是为了能够及时了解货物的位置信息，所以在读卡获取货物信息后需要将货物当时的所在位置以及读卡时间一同发送至物流中心的服务器，以便货主能后上网查询自己物品的位置信息。

3通过GPRS实现信息发送

GPRS模块是模块与Internet连接的枢纽，数据处理器MSP430f149将通过RFID读卡器获取的信息进行处理后，将处理好的数据通过串口通信的方式送入GPRS模块，GPRS模块再将数据传送至物流中心的Internet服务器。

3.1 GPRS数据传输特点

本设计选用的是EM310模块，它是华为推出的一款4频段的GPRS模块，其发射功率最大可以达到2W，可以更好地与附近基站进行通信;标准的SIM卡接口和华为AT指令集，内嵌TCP/IP协议，确保单片机和模块之间以最简单的程序就可以实现联网功能，加之可达85.6Kbit/s的传输速率，保证了现场数据和Internet之间通信的高效可靠。该模块采用的是直插式安装，安装简单便捷，并且易于维护。

3.2 GPRS通信协议模型

移动台（MS）和SGSN之间的GPRS通信协议模型如图6。Um接口是GSM的空中接口。Um接口上的通信协议有5层，自下而上依次为物理层、MAC（Mdium AccessControl）层、LLC（Logical LinkControl）层、SNDC（SubnetworkDependant Convergence）层和网络层。Um接口的物理层为射频接口部分，而物理链路层则负责提供空中接口的各种逻辑信道。MAC为媒质接入控制层，MAC的主要作用是定义和分配空中接口的GPRS逻辑信道，使得这些信道能被不同的移动台共享。LLC层为逻辑链路控制层。它是一种基于高速数据链路规程HDLC的无线链路协议。LLC层负责在高层SNDC层的SNDC数据单元上形成LLC地址、帧字段，从而生成完整的LLC帧。SNDC被称为子网依赖结合层，它的主要作用是完成传送数据的分组、打包，确定TCP/IP地址和加密方式。在SNDC层，移动台和SGSN之间传送的数据被分割为一个或多个SNDC数据包单元，SNDC数据包单元生成后被放置到LLC帧内。网络层的协议目前主要是Phase l阶段提供的TCP/IP和X25协议，这些协议对于传统的GSM网络传输设备（如BSS和NSS等设备）是透明的。

数据传输的具体过程是当移动台产生一个PDU（分组数据单元），这个PDU经过SNDC层处理为SNDC数据单元。然后经过LLC层处理为LLC帧，通过空中接口送到GSM网络中移动台所处的SGSN，SGSN把数据送到GGSN。GGSN对收到的消息进行解装处理，转换为可在公用数据网中传送的格式（如PSPDN的PDU），最终送给公用数据网的用户。为了提高传输效率并保证数据传输的安全，可以对空中接口上的数据做压缩和加密处理。

（作者单位：河北科技学院）