如何進(jìn)行面向紡織MES系統(tǒng)的RFID嵌入式數(shù)據(jù)采集終端設(shè)計？

4 嵌入式數(shù)據(jù)采集終端軟件設(shè)計

生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中終端應(yīng)用軟件需按任務(wù)進(jìn)行規(guī)劃和設(shè)計，最關(guān)鍵的幾個任務(wù)為：系統(tǒng)初始化以及主程序、RFID讀寫器信息處理任務(wù)、TCP/IP通信任務(wù)、人機(jī)界面管理、狀態(tài)檢測和控制。大部分程序功能模塊都是采用中斷方式完成的，這樣可以使程序迅速響應(yīng)其他外部事件，及時準(zhǔn)確的對外設(shè)進(jìn)行控制。軟件系統(tǒng)主程序流程如圖7所示。

圖7 數(shù)據(jù)采集終端系統(tǒng)軟件主程序流程

4.1 射頻識別單元軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計

在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，采用RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)底層生產(chǎn)數(shù)據(jù)的識別與控制。作為軟件系統(tǒng)的核心，將詳細(xì)說明射頻識別單元射頻標(biāo)簽與讀寫器之間數(shù)據(jù)通信的軟件設(shè)計。

射頻識別數(shù)據(jù)采集部分主要包括射頻識別芯片初始化、標(biāo)簽查詢、防沖突檢測、標(biāo)簽卡選擇、認(rèn)證操作、數(shù)據(jù)塊讀寫等。讀寫終端與標(biāo)簽卡的通信整體流程如圖8所示。

圖8 讀寫終端與標(biāo)簽卡通信流程

4.2 MF RC522對標(biāo)簽的尋卡程序設(shè)計流程

當(dāng)MF RC522初始化結(jié)束后，第1步工作就是尋找感應(yīng)區(qū)內(nèi)是否有滿足ISO/IEC 14443A標(biāo)準(zhǔn)的射頻卡。尋卡程序的流程如圖9所示。

圖9 MF RC522對標(biāo)簽的尋卡程序流程

流程中尋卡命令有2個：0x52表示尋找感應(yīng)區(qū)內(nèi)所有符合14443A的標(biāo)準(zhǔn)卡，0x26表示尋找未進(jìn)入休眠狀態(tài)的卡。返回值2個字節(jié)的卡片類型數(shù)據(jù)，0x4400表示Mifare UhraLight卡，0x0400表示Mifare One(S50)卡，0x0200表示Mifare One(S70)卡，0x0800表示Mifare Pro(X)卡，0x4403表示Mifare DESFire卡。

4.3 射頻標(biāo)簽防碰撞程序設(shè)計流程

當(dāng)MF RC522的感應(yīng)區(qū)內(nèi)同時有多個射頻卡時，需要進(jìn)行防碰撞處理。ISO/IEC 1443A的防碰撞指令格式以及防碰撞程序流程如圖10所示。

圖10 MF RC522對標(biāo)簽的防碰撞程序流程

圖10中，防碰撞指令0x93表示射頻卡的UID只有4個字節(jié)，NVM表示UID中有效的比特數(shù)，如當(dāng)NVM為0x20時表示UID的有效比特數(shù)為32 bit。BCC只有當(dāng)NVM為0x70時(即UID的4個字節(jié)都正確)才存在，表示此時整個UID都被識別，最終結(jié)果是要取得卡片的UID，防碰撞流程結(jié)束。

4.4 讀射頻標(biāo)簽程序設(shè)計流程

在對卡片的塊區(qū)進(jìn)行操作前，為提高安全性，必須對卡片進(jìn)行密鑰驗(yàn)證。當(dāng)密鑰選擇為0TImes;60時表示驗(yàn)證密鑰A;當(dāng)密鑰選擇為0TImes;61時表示驗(yàn)證密鑰B。當(dāng)密鑰驗(yàn)證碼寫入FIFO并發(fā)送出去后如果無錯誤返回值，可對射頻標(biāo)簽進(jìn)行讀寫操作。

射頻標(biāo)簽讀操作指令先要計算讀操作指令的CRC校驗(yàn)碼(2個字節(jié))，最后把這2個字節(jié)的指令和2個字節(jié)的CRC校驗(yàn)碼發(fā)送到FIFO。當(dāng)返回值無CRC錯誤并得到18個字節(jié)的數(shù)據(jù)時，說明讀操作成功。在這18個字節(jié)中只有16個字節(jié)是有效的，剩下的2個字節(jié)為填充字節(jié)。讀操作流程如圖11所示。

圖11 讀標(biāo)簽操作流程

4.5 寫射頻標(biāo)簽程序設(shè)計流程

寫操作指令包含2次握手過程。第1次先往FIFO內(nèi)送入寫操作指令，等待卡片的應(yīng)答信號，如果接收到4個比特的應(yīng)答信號1010，則可以發(fā)送數(shù)據(jù);否則說明塊區(qū)未準(zhǔn)備好，必須等待塊區(qū)準(zhǔn)備好后再寫數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)寫入以后同樣等待卡片的應(yīng)答信號，如果接收到4個比特的應(yīng)答信號1010，則說明寫入成功;否則說明寫入失敗。寫操作的流程如圖12所示。

圖12 寫標(biāo)簽操作流程

5 系統(tǒng)測試

為便于測試RFID數(shù)據(jù)采集終端數(shù)據(jù)讀寫的可靠性，設(shè)計開發(fā)了簡單的PC端上位機(jī)演示程序。該軟件基于Visual Basic程序設(shè)計語言開發(fā)，系統(tǒng)測試直觀、方便。軟件的主要功能是測試RFID讀寫器與射頻標(biāo)簽之間數(shù)據(jù)通信的正確性和可靠性，如圖13所示。

圖13 射頻標(biāo)簽讀寫測試

6 結(jié)束語

本文面向紡織企業(yè)信息化改造，設(shè)計了基于RFID技術(shù)的生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)總體框架結(jié)構(gòu)，并針對企業(yè)現(xiàn)有生產(chǎn)線數(shù)據(jù)采集終端的一些不足，構(gòu)建了基于RFID 技術(shù)、嵌入式技術(shù)與Internet技術(shù)3者相結(jié)合的數(shù)據(jù)采集終端系統(tǒng)。經(jīng)測試，該系統(tǒng)可以有效地解決目前生產(chǎn)領(lǐng)域數(shù)據(jù)采集處理的問題，在控制系統(tǒng)成本的同時，獲得更高的安全性、可靠性和便捷性，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)管理以及企業(yè)信息控制的無縫集成。