UHF RFID 標(biāo)簽通用讀寫系統(tǒng)研究

武小鵬，楊興寬，李 立，楊聞松

（中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司金屬及化學(xué)研究所，北京 100081）

0 引 言

目前UHF RFID 標(biāo)簽以其多目標(biāo)、長距離、長壽命、抗污染等特點被廣泛應(yīng)用于倉儲物流、身份識別、供應(yīng)鏈管理、自動生產(chǎn)、圖書管理、全壽命信息追蹤等各個領(lǐng)域[1-3]。UHF RFID 標(biāo)簽的用途廣泛、用戶需求多樣，但這也導(dǎo)致標(biāo)簽讀寫設(shè)備需要進(jìn)行二次開發(fā)，從而造成開發(fā)時間延長和成本上升。為了解決這一問題，本文設(shè)計了標(biāo)簽通用讀寫系統(tǒng)。

1 UHF RFID 系統(tǒng)的工作原理

一個UHF RFID 系統(tǒng)由讀寫設(shè)備、天線和標(biāo)簽組成，讀寫設(shè)備通過數(shù)據(jù)接口與外界交換信息，通過編碼/解碼模塊實現(xiàn)信息的格式轉(zhuǎn)換，通過射頻模塊和天線與標(biāo)簽通信[4-6]，如圖1 所示。

圖1 UHF RFID 系統(tǒng)工作原理

2 UHF RFID 標(biāo)簽存儲信息

UHF RFID 標(biāo)簽內(nèi)存分為Reserved（保留）、EPC（電子產(chǎn)品代碼）、TID（標(biāo)簽識別號）和User（用戶）共4 個獨立的存儲區(qū)塊。Reserved 區(qū)存儲滅活口令和訪問口令，EPC 區(qū)存儲EPC 號碼等，TID 區(qū)存儲標(biāo)簽識別號碼，User 區(qū)存儲用戶定義的數(shù)據(jù)。產(chǎn)品信息主要存儲在EPC 區(qū)和User 區(qū)中。

UHF RFID 標(biāo)簽的EPC 區(qū)通常用于存儲產(chǎn)品編碼，按EPC Global 標(biāo)準(zhǔn)體系可存儲EPC 碼[7-8]；按我國物聯(lián)網(wǎng)編碼體系可存儲Ecode 碼[9]，也可存儲由用戶自定義的產(chǎn)品編碼。User 區(qū)存儲信息則主要由用戶自定義。

2.5 本組患者心理彈性多元逐步回歸分析 以心理彈性得分為因變量，以單因素分析中有統(tǒng)計學(xué)意義的職業(yè)、家族史、家庭人均月收入，相關(guān)性分析中有統(tǒng)計學(xué)意義的BPRS得分、一般自我效能感、主觀支持、客觀支持、支持利用度為自變量，行多元逐步回歸分析，結(jié)果顯示家庭人均月收入、BPRS得分、一般自我效能感、支持利用度是影響心理彈性得分的主要影響因素，可解釋總變異的33.4%，見表3。

3 UHF RFID 標(biāo)簽讀寫系統(tǒng)的問題

行李標(biāo)簽IATA 條碼值為1015961121，航班日期編碼為1015961122，以EPC 區(qū)96 位為例，寫入UHF RFID 標(biāo)簽EPC 區(qū)如下所示：

根據(jù)參考文獻(xiàn)[9]的描述，行李標(biāo)簽存儲包括：行李標(biāo)簽十進(jìn)制10 位的IATA 條碼值，例如1015961121；十進(jìn)制10 位的航班日期，例如1015961122。由此可生成機(jī)場行李標(biāo)簽編碼規(guī)則并定義索引號為00000001H，見表2 所列。

UHF RFID 標(biāo)簽內(nèi)EPC 區(qū)存儲數(shù)據(jù)見表1 所列，EPC 尾部的32 bit 用于存放編碼/解碼規(guī)則索引號，用戶自由定義自己的標(biāo)簽信息格式和內(nèi)容，生成編碼/解碼規(guī)則表，并給該表賦值一個索引號。

（2）不同的產(chǎn)品需要相應(yīng)的專用編碼/解碼軟件，不適合大規(guī)模多類別的產(chǎn)品標(biāo)識管理和應(yīng)用；

（3）當(dāng)面對大規(guī)模多種類應(yīng)用時，自動化設(shè)備無法自動選擇應(yīng)采取的編碼/解碼軟件，需要人工輔助甄別，不利于自動化建設(shè)。

定制編碼/解碼軟件增加了應(yīng)用成本，限制了UHF RFID 標(biāo)簽的應(yīng)用；并且分散開發(fā)的編碼/解碼軟件，既有因重復(fù)開發(fā)造成的資源浪費問題，又有軟件間的兼容性問題，不適合多門類多廠家協(xié)作的應(yīng)用場景。

4 UHF RFID 通用讀寫系統(tǒng)原理

現(xiàn)以機(jī)場行李射頻標(biāo)簽為例，機(jī)場行李標(biāo)簽包含起始地和到達(dá)地、航班號等信息。采用射頻標(biāo)簽時，可實現(xiàn)自動化行李分揀，目前已有類似應(yīng)用[10]。

（1）需要根據(jù)用戶要求開發(fā)不同的編碼/解碼軟件，使用門檻高、開發(fā)周期長、開發(fā)成本高；

表1 UHF RFID 標(biāo)簽通用讀寫系統(tǒng)EPC 區(qū)數(shù)據(jù)存儲格式

中國夢與社會主義核心價值觀的辯證統(tǒng)一性 … ………………………………………… 馬健永，費聿輝（4．37）

圖2 UHF RFID 標(biāo)簽通用讀寫系統(tǒng)

5 UHF RFID 通用讀寫系統(tǒng)示例

為了降低UHF RFID 使用門檻，解決多次開發(fā)解碼/編碼軟件的問題，設(shè)計了一種UHF RFID 標(biāo)簽通用讀寫系統(tǒng)。首先，將用戶存入UHF RFID 標(biāo)簽的產(chǎn)品信息需求總結(jié)為一個編碼/解碼規(guī)則，即用戶的產(chǎn)品信息如何以二進(jìn)制的形式存儲在UHF RFID 標(biāo)簽中；用戶有多個產(chǎn)品需求時，則總結(jié)為多個編碼/解碼規(guī)則。其次，給編碼/解碼規(guī)則設(shè)置索引號，并將索引號存儲在UHF RFID 標(biāo)簽中。最后，讀寫器根據(jù)UHF RFID 標(biāo)簽中的索引號獲取對應(yīng)的編碼/解碼規(guī)則，實現(xiàn)產(chǎn)品信息和二進(jìn)制數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換。

預(yù)測作為一種技能，在閱讀課中起著重要的作用。本節(jié)課，教師通過引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)一幅熊貓哭泣的圖片和課文前的一組數(shù)字進(jìn)行預(yù)測，引出重、難點單詞famous、popular、bamboo、endangered、protect等，這些詞匯都是本課的生詞，這樣的鋪墊能夠使學(xué)生有效地完成對詞匯的學(xué)習(xí)，為語篇閱讀掃清障礙，幫助他們積累英語寫作素材；同時，順勢提出熊貓瀕臨滅絕的話題：“We should try our best to protect pandas.”為語篇閱讀和后續(xù)寫作做了很好的鋪墊。

通用讀寫設(shè)備系統(tǒng)原理如圖2 所示，讀寫設(shè)備根據(jù)標(biāo)簽的編碼/解碼規(guī)則索引號調(diào)取對應(yīng)的編碼/解碼規(guī)則實現(xiàn)標(biāo)簽信息轉(zhuǎn)換。讀寫設(shè)備能夠識別的UHF RFID 標(biāo)簽種類，取決于其能夠獲取的編碼/解碼規(guī)則的數(shù)量。這種模式程序結(jié)構(gòu)相對較復(fù)雜，單次開發(fā)成本較高，但是無須重復(fù)開發(fā)，便于多門類標(biāo)簽的規(guī)模化應(yīng)用，應(yīng)用規(guī)模越大，開發(fā)成本相對越低。

表2 機(jī)場行李標(biāo)簽編碼/解碼規(guī)則示例

UHF RFID 系統(tǒng)中產(chǎn)品信息的讀寫操作以二進(jìn)制格式實現(xiàn)，需要通過編碼/解碼模塊轉(zhuǎn)換為人工或機(jī)器能夠識別的數(shù)據(jù)格式，如字符、數(shù)字（十進(jìn)制）等。常規(guī)做法是在既有讀寫器基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)，實現(xiàn)編碼/解碼功能。這種技術(shù)路線有以下缺點：

圖3(a)為行走機(jī)構(gòu)的速度與時間的關(guān)系，圖3(b)為行走機(jī)構(gòu)的位置與時間的關(guān)系。由圖(3)可知，行走機(jī)構(gòu)的最大速度為600 mm/s，加速度為400 mm/s2，最大行程為1 200 mm， 其中0 s和8 s所處的位置為取料位，4 s時所處的位置為打磨工作位。速度為正時表示的方向為正方向，為負(fù)時表示的方向為負(fù)方向。由行走機(jī)構(gòu)的速度曲線和加速度曲線可知，行走機(jī)構(gòu)運動的位置準(zhǔn)確性高，啟動和制動過程平穩(wěn)。

通用讀寫器讀簽時首先取后32 bit 獲取索引編號00000001H，調(diào)用編碼/解碼規(guī)則將前34 bit 和之后的34 bit轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制，即可獲得行李標(biāo)簽IATA 條碼值和航班日期編碼。

方案組合數(shù)N=n1n2n3n4n5=48個，對方案中不相容的功能單元解進(jìn)行刪選剔除，得到原理方案如下：

如上所述，UHF RFID 通用讀寫系統(tǒng)開發(fā)完成后，用戶即可自由定義標(biāo)簽信息的內(nèi)容和格式，無須定制開發(fā)，具有快速響應(yīng)用戶需求的特點。

6 結(jié) 語

本文針對常規(guī)UHF RFID 標(biāo)簽讀寫器軟件需要根據(jù)用戶需求二次開發(fā)以及衍生的兼容性問題，設(shè)計了通用讀寫系統(tǒng)；通過建立編碼/解碼規(guī)則庫，并將編碼/解碼規(guī)則索引號寫入標(biāo)簽的方式，實現(xiàn)了用戶自由定制標(biāo)簽數(shù)據(jù)內(nèi)容和格式，以及多種標(biāo)簽的混用。目前已經(jīng)完成UHF RFID 標(biāo)簽通用讀寫系統(tǒng)的開發(fā)，包括基于Windows 和安卓平臺的標(biāo)簽通用讀寫設(shè)備軟硬件和編碼/解碼規(guī)則生成器，取得了良好的效果。