UHF RFID标签通用读写系统研究.pdf

物联网技术 2023年/第9期 全面感知 Comprehensive Perception360 引 言目前 UHF RFID 标签以其多目标、长距离、长寿命、抗污染等特点被广泛应用于仓储物流、身份识别、供应链管理、自动生产、图书管理、全寿命信息追踪等各个领域1-3。UHF RFID 标签的用途广泛、用户需求多样，但这也导致标签读写设备需要进行二次开发，从而造成开发时间延长和成本上升。为了解决这一问题，本文设计了标签通用读写系统。1 UHF RFID 系统的工作原理一个 UHF RFID 系统由读写设备、天线和标签组成，读写设备通过数据接口与外界交换信息，通过编码/解码模块实现信息的格式转换，通过射频模块和天线与标签通信4-6，如图 1 所示。图 1 UHF RFID 系统工作原理2 UHF RFID 标签存储信息UHF RFID 标签内存分为 Reserved（保留）、EPC（电子产品代码）、TID（标签识别号）和 User（用户）共 4 个独立的存储区块。Reserved 区存储灭活口令和访问口令，EPC 区存储 EPC 号码等，TID 区存储标签识别号码，User 区存储用户定义的数据。产品信息主要存储在 EPC 区和 User 区中。UHF RFID 标签的 EPC 区通常用于存储产品编码，按EPC Global 标准体系可存储 EPC 码7-8；按我国物联网编码体系可存储 Ecode 码9，也可存储由用户自定义的产品编码。User 区存储信息则主要由用户自定义。3 UHF RFID 标签读写系统的问题UHF RFID 系统中产品信息的读写操作以二进制格式实现，需要通过编码/解码模块转换为人工或机器能够识别的数据格式，如字符、数字（十进制）等。常规做法是在既有读写器基础上进行二次开发，实现编码/解码功能。这种技术路线有以下缺点：（1）需要根据用户要求开发不同的编码/解码软件，使用门槛高、开发周期长、开发成本高；（2）不同的产品需要相应的专用编码/解码软件，不适合大规模多类别的产品标识管理和应用；（3）当面对大规模多种类应用时，自动化设备无法自动选择应采取的编码/解码软件，需要人工辅助甄别，不利于自动化建设。定制编码/解码软件增加了应用成本，限制了 UHF RFID 标签的应用；并且分散开发的编码/解码软件，既有因重复开发造成的资源浪费问题，又有软件间的兼容性问题，不适合多门类多厂家协作的应用场景。4 UHF RFID 通用读写系统原理为了降低 UHF RFID 使用门槛，解决多次开发解码/编码软件的问题，设计了一种 UHF RFID 标签通用读写系统。首先，将用户存入 UHF RFID 标签的产品信息需求总结为一个编码/解码规则，即用户的产品信息如何以二进制的形式存储在 UHF RFID 标签中；用户有多个产品需求时，则总结为多个编码/解码规则。其次，给编码/解码规则设置索引号，并将索引号存储在 UHF RFID 标签中。最后，读写器根据 UHF RFID 标签中的索引号获取对应的编码/解码规则，UHF RFID 标签通用读写系统研究武小鹏，杨兴宽，李 立，杨闻松（中国铁道科学研究院集团有限公司金属及化学研究所，北京 100081）摘 要：首先介绍了 UHF RFID 标签的应用特点和工作原理；然后针对由于用途广泛、用户需求多样导致标签读写设备需要进行二次开发，从而造成的开发时间延长和成本上升问题，设计了标签通用读写系统；最后，通过建立编码/解码规则库，并将编码/解码规则索引号写入标签的方式，实现了用户自由定制标签数据内容和格式，以及多种标签的混用。关键词：UHF RFID；射频；标签；通用读写；编码；解码中图分类号：TN92 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2023）09-0036-02DOI：10.16667/j.issn.2095-1302.2023.09.010收稿日期：2022-08-13 修回日期：2022-09-12基金项目：中国铁道科学研究院集团有限公司科研项目（2020YJ 071）2023年/第9期 物联网技术全面感知 Comprehensive Perception37实现产品信息和二进制数据之间的转换。UHF RFID 标签内 EPC 区存储数据见表 1 所列，EPC 尾部的 32 bit 用于存放编码/解码规则索引号，用户自由定义自己的标签信息格式和内容，生成编码/解码规则表，并给该表赋值一个索引号。表 1 UHF RFID 标签通用读写系统 EPC 区数据存储格式用户定义区编码/解码规则索引号项目位置格式位置格式字段 11 X bit字符尾部 32 bit十六进制字段 2X+1 XX bit十进制数值通用读写设备系统原理如图 2 所示，读写设备根据标签的编码/解码规则索引号调取对应的编码/解码规则实现标签信息转换。读写设备能够识别的 UHF RFID 标签种类，取决于其能够获取的编码/解码规则的数量。这种模式程序结构相对较复杂，单次开发成本较高，但是无须重复开发，便于多门类标签的规模化应用，应用规模越大，开发成本相对越低。图 2 UHF RFID 标签通用读写系统5 UHF RFID 通用读写系统示例现以机场行李射频标签为例，机场行李标签包含起始地和到达地、航班号等信息。采用射频标签时，可实现自动化行李分拣，目前已有类似应用10。根据参考文献 9 的描述，行李标签存储包括：行李标签十进制 10 位的 IATA 条码值，例如 1015961121；十进制10 位的航班日期，例如 1015961122。由此可生成机场行李标签编码规则并定义索引号为 00000001H，见表 2 所列。表 2 机场行李标签编码/解码规则示例用户定义区编码/解码规则索引号项目位置格式位置格式取值字段 11 34 bit十进制 数值尾部 32 比特十六进制00000001H字段 235 68 bit十进制 数值行李标签 IATA 条码值为 1015961121，航班日期编码为 1015961122，以 EPC 区 96 位为例，写入 UHF RFID 标签EPC 区如下所示：0000111100100011100101011000100001/0000111100100011100101011000100010/00000000000000000000000000000001通 用 读 写 器 读 签 时 首 先 取 后 32 bit 获 取 索 引 编 号00000001H，调用编码/解码规则将前 34 bit 和之后的 34 bit转换为十进制，即可获得行李标签 IATA 条码值和航班日期编码。如上所述，UHF RFID 通用读写系统开发完成后，用户即可自由定义标签信息的内容和格式，无须定制开发，具有快速响应用户需求的特点。6 结 语本文针对常规 UHF RFID 标签读写器软件需要根据用户需求二次开发以及衍生的兼容性问题，设计了通用读写系统；通过建立编码/解码规则库，并将编码/解码规则索引号写入标签的方式，实现了用户自由定制标签数据内容和格式，以及多种标签的混用。目前已经完成 UHF RFID 标签通用读写系统的开发，包括基于 Windows 和安卓平台的标签通用读写设备软硬件和编码/解码规则生成器，取得了良好的 效果。参考文献1张徐之，李康，王芳，等.RFID 系统的标签天线设计与应用综述J.电子元件与材料，2022，41（1）：1-8.2 刘洋，邵文东，曹玉峰.我国铁路货车 RFID 应用技术研究与探讨 J.铁道车辆，2022，59（5）：38-41.3 郑艳红.RFID 车身追踪系统在汽车总装车间的应用 J.电气传动自动化，2022，44（1）：55-58.4 张建文，肖静.一种高频 RFID 读写器的设计 J.电子技术与软件工程，2020，9（6）：99-101.5 徐建鹏，郑伟坪，吕明.基于 ARM 的固定式 RFID 读写器的硬件设计 J.工业控制计算机，2021，34（2）：35-37.6 冀松，卢秀丽.浅析物联网 RFID 技术 J.电子制作，2021，28（6）：74-75.7 王嘉，邵冬梅.基于物联网与 RFID 技术的供应链应用 J.中国自动识别技术，2022，17（2）：55-60.8 田润，张秋霞.物联网标识编码标准 EPC 产生与发展 J.条码与信息系统，2021，28（2）：26-34.9 张秋霞，田润.物联网标识体系与 Ecode 编码标准比较研究 J.中国自动识别技术，2021，16（1）：57-66.10 曾学，王新颖.RFID 标签在机场行李系统中的应用 J.科技创新与生产力，2017，38（5）：90-91.作者简介：武小鹏（1977），男，河南平顶山人，硕士研究生，副研究员，研究方向为故障预测与健康管理。