射頻識別(RFID)其由于識別距離遠(yuǎn)等特點被廣泛運用于物流管理、交通運輸管理、工廠生產(chǎn)控制等領(lǐng)域。本文將介紹一種基于軟件無線電的RFID閱讀器設(shè)計，解決了需要購買不同的閱讀器才可以對不同類型的RFID標(biāo)簽進(jìn)行讀寫等問題。
針對目前RFID系統(tǒng)工作頻率多樣，各類標(biāo)準(zhǔn)眾多且差距較大，不適合多種標(biāo)簽同時應(yīng)用的情況，提出了基于軟件無線電及Lab VIEW設(shè)計RFID閱讀器的思想。通過加載不同的軟件代碼，仿真閱讀器可以實現(xiàn)對不同頻段，符合不同標(biāo)準(zhǔn)的RFID標(biāo)簽進(jìn)行讀寫。通過與標(biāo)準(zhǔn)閱讀器的讀取結(jié)果進(jìn)行比對，仿真閱讀器實現(xiàn)了對RFID標(biāo)簽攜帶信息的讀取，節(jié)約了需要配置各種不同類型閱讀器的成本。
射頻識別(Radio Frequency Identification,RFID)是利用射頻信號的空間耦合及反向散射特性對目標(biāo)對象進(jìn)行自動識別以及數(shù)據(jù)交換的技術(shù)。因此識別過程不需要人工干預(yù)，具有高精度、長壽命、易操作等特點。
超高頻射頻識別(UHF RFID)由于識別距離遠(yuǎn)的特點，已經(jīng)被越來越多地應(yīng)用于物流管理、交通運輸管理、工廠生產(chǎn)控制等領(lǐng)域。目前RFID標(biāo)準(zhǔn)繁雜，沒有一個較為通用的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，所以對于標(biāo)簽種類眾多的應(yīng)用場合及RFID技術(shù)研究開發(fā)院所，開發(fā)一個能夠支持多種RFID標(biāo)簽標(biāo)準(zhǔn)的閱讀器就顯得很有必要。利用軟件無線電的特性，將不同的RFID標(biāo)準(zhǔn)用軟件代碼來實現(xiàn)。通過加載不同軟件代碼的方法實現(xiàn)對符合不同標(biāo)準(zhǔn)的RFID標(biāo)簽進(jìn)行讀寫操作。可以方便地解決需要購買不同的閱讀器才可以對不同類型的RFID標(biāo)簽進(jìn)行讀寫的問題。
軟件無線電是20世紀(jì)90年代以后逐漸興起的一種全新的設(shè)計思想，其核心是在通用的模塊化。可編程的硬件平臺上通過加載不同的通信軟件，以實現(xiàn)不同通信方式間的轉(zhuǎn)換。這種設(shè)計思想使通信中的無線電臺可以適應(yīng)不同的通信方式，軟件無線電良好的兼容性和可編程性使得通信系統(tǒng)的開發(fā)主要成為數(shù)字信號處理軟件的研究?；谶@一思想，可以試圖將RFID的各種標(biāo)準(zhǔn)以軟件代碼的形式實現(xiàn)，從而實現(xiàn)通過加載不同軟件來完成符合各種不同標(biāo)準(zhǔn)的RFID閱讀器的功能。
本文使用NI公司開發(fā)的Lab VIEW軟件來編寫軟件無線電的代碼，Lab VIEW是目前上應(yīng)用zui廣的數(shù)據(jù)采集和控制開發(fā)環(huán)境之一，其在通信仿真領(lǐng)域有著重要的作用。它使用圖形化的編程語言(又稱“G”語言)編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。Lab VIEW也是通用的編程系統(tǒng)，有一個完成任何編程任務(wù)的龐大函數(shù)庫，包括數(shù)據(jù)采集、GPIB、串口控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示及數(shù)據(jù)存儲等?？梢栽鰪娧芯亢烷_發(fā)人員構(gòu)建自己科學(xué)和工程系統(tǒng)的能力，并提供實現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。
1、基于軟件無線電的RFID閱讀器模型
RFID標(biāo)簽要反射回自身所攜帶的信息，需要首先獲得激勵信號，然后經(jīng)過電壓調(diào)節(jié)器將閱讀器傳送過來的射頻信號轉(zhuǎn)換為直流穩(wěn)壓電源。所以需要軟件無線電(仿真閱讀器)首先發(fā)射激勵波，在一些較為安全的RFID應(yīng)用協(xié)議中，還包括了安全認(rèn)證以及對標(biāo)簽進(jìn)行操作的過程，這就需要在激勵波中增加一些操作指令代碼，來從標(biāo)簽中獲取相應(yīng)的信息。標(biāo)簽的反射信號攜帶了自身的信息，在反射信號的接收過程中，信道的衰落。多徑效應(yīng)，加上接收器本身也會引進(jìn)噪聲。因此，在信息解析之前需要濾掉這些影響。仿真閱讀器采用與激勵波頻率相同的載波進(jìn)行相干解調(diào)。整個RFID仿真閱讀器的框架如圖1所示。
軟件無線電閱讀器系統(tǒng)框架
2、標(biāo)簽信息的解析
本文對符合AARS-918標(biāo)準(zhǔn)的RFID標(biāo)簽進(jìn)行了讀取。該標(biāo)準(zhǔn)對RFID系統(tǒng)的工作頻率、發(fā)送/接收帶寬、調(diào)制方式、發(fā)射機功率以及編碼方案等做了詳細(xì)的規(guī)定。
其編碼方案如圖2所示，從圖2中可以看出，每1位用戶數(shù)據(jù)位用8個子位來代替，即用戶數(shù)據(jù)“1”用“10101100”來代替，用戶數(shù)據(jù)“0”用“11001010”來代替。數(shù)據(jù)幀標(biāo)識頭為“1010101010101100”。在對標(biāo)簽反射信號進(jìn)行濾波。解調(diào)等信號處理之后，還原出基帶原始信號。接下來對標(biāo)簽攜帶信息進(jìn)行還原。AARS-918標(biāo)準(zhǔn)中采用*6bASCII編碼，編碼的對應(yīng)關(guān)系如表1所示。
3、閱讀器性能測試
根據(jù)RFID系統(tǒng)的工作原理及AARS-918標(biāo)準(zhǔn)中對工作的頻率的規(guī)定，首先使用Lab VIEW軟件編寫發(fā)射激勵波的程序，設(shè)置載波頻率為915MHz,采樣率為800kHz，發(fā)射增益為30dB。程序前面板與系統(tǒng)框圖如圖3、圖4所示。
標(biāo)簽激勵信號發(fā)射程序
激勵信號的程序框圖
當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入閱讀器的識別區(qū)域后，就會將自身所攜帶的信息通過電磁反射回傳給閱讀器，仿真閱讀器根據(jù)AARS-918標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，將反射回來的ASK信號進(jìn)行解調(diào)，并根據(jù)AARS-918標(biāo)準(zhǔn)的編碼規(guī)則對其所攜帶的信息進(jìn)行解碼，閱讀器的信號處理及解碼程序如圖5、圖6所示。
標(biāo)簽反射信號的采集
標(biāo)簽信息的解析
從圖6中可以看出，經(jīng)過解析，標(biāo)簽所攜帶的信息為“$1(B,S1$”,用標(biāo)準(zhǔn)商用閱讀器讀到的數(shù)據(jù)如圖7所示。從圖7中可以看出，商用閱讀器讀出的數(shù)據(jù)與仿真閱讀器讀出的數(shù)據(jù)*一致。仿真閱讀器成功讀取到了標(biāo)簽自身所攜帶的信息，實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)閱讀器的功能。
標(biāo)準(zhǔn)閱讀器讀取結(jié)果
4、結(jié)語
本文通過對軟件無線電和RFID系統(tǒng)的學(xué)習(xí)研究，采用Lab VIEW圖形化編程語言設(shè)計了一個基于軟件無線電的RFID仿真閱讀器。通過與標(biāo)準(zhǔn)閱讀器的讀取結(jié)果進(jìn)行比對，這一設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)閱讀器的讀取功能。從而實現(xiàn)了通過加載不同軟件來讀寫符合不同標(biāo)準(zhǔn)的RFID標(biāo)簽的功能，適合于多種不同標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)簽同時應(yīng)用的場合。
本文所針對的AARS-918標(biāo)準(zhǔn)因其不具有復(fù)雜的協(xié)議認(rèn)證過程，可以較為簡單地實現(xiàn)。在以后的工作中，將對其他協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研究，將其加入到代碼庫中，以方便地實現(xiàn)用加載代碼的方式來完成對RFID標(biāo)簽的讀寫操作。
