实验9 UHF超高频RFID通信协议实验.docx

实验9 UHF超高频RFID通信协议实验-V1. 实验目的掌握UHF超高频通讯原理；掌握UHF超高频通讯协议；掌握读卡器操作流程；了解UHF超高频应用；2. 实验设备硬件：7号超高频节点，公母直连串口线，电脑等；软件：Keil；3. 实验原理超高频RIFD系统典型的超高频UHF（Ultra-High Frequency）RFID系统包括阅读器（Reader）和电子标签 （Tag，也称应答器Responder）。其结构示意图如下图所示。工作步骤如下：阅读器发射电 磁波到标签；标签从电磁波中提取工作所需要的能量；标签使用内部集成电路芯片存储的数 据调制并反向散射一部分电磁波到阅读器;阅读器接收反向散射电磁波信号并解调以获得标 签的数据信息。电子标签通过反向散射调制技术给读写器发送信息。反向散射技术是一种无源RFID电子标签将数据发回读写器时所采用的通信方式。根据 要发送的数据的不同，通过控制电子标签的天线阻抗，使得反射的载波幅度产生微小的变化， 这样反射的回波就携带了所需的传送数据。控制电子标签天线阻抗的方法有很多，都是基于 一种称为“阻抗开关”的方法，即通过数据变化来控制负载电阻的接通和断开，那么这些数 据就能够从标签传输到读写器。读写器天线图RFID系统结构示意图Tag电子标签存储结构超高频标签的工作频率在860MHz 960MHz之间。超高频标签芯片制造商主要有Alien、IMPINJ、TI、NXP、STM等，标签制造商通过设计天线并制作封装而生产出标签。标签的封 装是各种各样，下图是几种标签的外形。不同厂商的标签天线规格不同，同时天线的谐振频 率点也不完全相同，这样当使用固定频点的读写器读一类标签时的效果很好，而读另一类标 签的效果却会很差。图 几种标签外形从标签的角度来说，读写器对标签的操作其实是对标签存储器的操作。标签芯片中的存 储器EEPROM 一般分为4个区，分别为保留内存（Reserved区）、EPC存储器（EPC区）、TID存 储器（TID区）、用户存储器（USR区）。标签内部存储器具体结构如下图所示：MSB-L5已苻储修11存储体W存储您00=Fh 仲h 口九图标签内部存储结构保留内存区保存标签的2个密码，访问密码（Access Password）和灭活密码（Kill Password），每 个密码长度2个字共32位。APWD可以使C1G2标签进入保护模式对标签进行读写操作；KPWD可以使C1G2标签永 久性失能，不再响应外界指令。EPC区包括CRC-16，PC，EPC，其中CRC-16用于校验本块的数据完整性，PC定义标签的相应 的物理信息，默认0x3000。EPC（Electronic Product Code）是电子产品代码，用于标识唯一 货品单件。EPC代码是由标头、厂商识别代码、对象分类代码、序列号等组成的一组96-bit数字， 各部分长度如下表1所示：EPC编码结构标头厂商识别代码对象分类代码序列号EPC-968282436表1 EPC编码结构标头：识别EPC的长度、类型、结构、版本号厂商识别代码：识别公司或企业实体对象分类代码：类似于库存单位（SKU）序列号：加标签的对象类的特例例如，EPC 码 01 0000A89 00016F 000169DC0（十六进制表示）：01 （H）为标头；0000A89 （H）为厂商识别代码；00016F（H）为对象分类；000169DC0（H）为序列号。EPC编码简单，可以实现对物品的唯一标识。例如，28位厂商识别代码可编码亿家制 造商，每家制造商可以有224 （约1600万）种产品分类，每种产品可以有236个（687亿） 单品，形象的说可以为地球上的每一粒大米赋一个唯一的编码，因此，能够做到对全世界的 每件商品唯一识别。与产品条码相比，条码仅是对产品的分类的编码，而EPC码则是给所有的单品都赋予一 个全球唯一的编码。EPC码是存储在标签中的货品识别码，用于标识某一单件货品，而不是识别不同标签。 标签中的EPC码可以修改，但货品的EPC码是唯一的不发生改变。修改标签的中的EPC码 是将标签由标识某一单件货品改为标识另一单件货品。TID区存储标签识别号码。TID码是不同标签之间的识别码，用于识别不同标签。TID码由工 厂一次性写入，不可以变更，每张标签都有自己唯一的TID码。TID共96-bit，由标签类型、IC厂商代号、IC型号代号和64-bit工厂编程唯一 ID组成。例如TID数据如下：E2 003 412 066其中：E2：标签类型，E2表示标签符合EPC Class1 Gen2协议003： IC厂商代号，003是标签芯片厂商Alien的代码412:标签芯片型号代码，412表示的是芯片型号是Alien Higgs3066：工厂编程唯一 ID , 64-bit,用户存储器保存用户定义的数据。注意：所有存储体的逻辑寻址均从零（00h）开始，在一个逻辑存储体中的操作不应访问 另一存储体内的存储位置，物理内存映象图为提供商指定。访问存储器的命令需包含选择存 储体类型的MemBank参数和以EBV格式选择该存储体内特定存储位置的地址参数。更详细 内容请参考EPC相关标准。UHF读写器协议标准标准简介超高频读写系统使用ISO18000-6C或EPC class1Generation2标准。读写器工作频段是 840Mhz960Mhz。本实验平台UHF模块采用后者作为设计标准。EPC Class1 Generation2标 准中规定的空中接口的基本标准如下：读写器发送命令编码采用脉冲间隔编码PIE（Pulse-Interval Encode）。它采用脉冲时 间的长短来表示数据0或1。阅读器到标签的发射信号调制方式为DSB-ASK，SSB-ASK，或PR-ASK，调制深度最小为 80%；电子标签返回信号编码方式FM0，Miller-2，Miller-4，或Miller-8；电子标签返回信号调制方式ASK或者PSK（由标签芯片制造商决定）；标准中还规定了整个读写标签的时序，标签的状态转换图等。同时各国家根据其国情而规定了具体使用的频段和有效的发射功率，在我国频率使用的 相关规定有：工作频段 840845Mhz 和 920925Mhz载波频率容限20e-6信道带宽（99%的能量）250Khz邻道功率泄露比为40dB （第一邻道），60dB （第二邻道）发射功率2WE标签状态EPC Class1 Gen2标准中规定了使用的命令集，命令可以分为通用命令、可选命令、以及 定制命令，比如Select （选取），Query （查询），QueryRep （重复查询），Ack（EPC答复）， Req_RN （随机数请求），Read （读），Write （写）等。读写器可以发送不同的命令，标签 芯片根据接收到的不同命令转换其状态，标签有7种状态（如图），Ready，Arbitrate，Reply， Acknowledge， Open， Secured， Killedo UHF读写器通过发送不同命令，让标签在这7种状 态之间进行转换。标签在不同的状态，会对读写器发出的相同命令有不同的反应，时序表现 也不尽相同。例如在标签进入了 Open或Secured状态后，无论等多长时间，发送访问命令 都会在这个状态，而在其它状态，会出现超时并进入Arbitrate状态。舟您序制调上电和杀死r不匹白藩日鼻悻诺艰fl椭诺就施秋奇ffl-：qutryfi*;CHE XJIE nl 1J2.状点惺扩抵击i)iLtryJkjd；Ti21:蹦冷11G<?UEDwy扉Pf* 口猊w颂ciflD； Ksa_Kii wane) ft :迁旬口寺 < >g)QuersrAijuzt.侦ieERjcj :tB2IL6而l ； Rt.j_RFN®!» Farit：:做捋匚伶t >u； 旧卷：句括:巡回冲容也志应碧 在胴也硫；返回泮状供容湮咎CHD : EJuti y 的作：黔盘存闫戏.C E H布灯.花柄和有姓注向口鸯为：时-甜懿齐冏期 单1。中憎>口箱哩己 (invfinlw M X； SL1 铮；.己日5 R2I、3c. iJ, Tf to-j Loih,:参见1巷辑稣跖L1 有藻可画系死口号叩】:错喂世月Ki LI, 二无刘句丽Chu； 有触即成 应喜：PC, EPC, CBC-.L6 GHD S«q 蹈Jfcnfia 应答：无g«7?:柱"Qi i-ryKe(-. fiv tF yA-1 jm I；源醐佛技尴新益有匡陌:如*/：推=i.如兀酹(irvcr.-. Jr: tc M 5L)标宅 J沱皿5HN【行教MiCjX :g EF4 CftC-lbMKE君款句柄J:FC、g CB£-6Fiefl_Rff' Rm" VHh LtcIt,Ifdras?：争见世态做玉Kiiit有憩句丽砥尧口 =二)成】敦可唯CI1D：沁rv戚fF，0生存聪应当；躁误代四CN0Accwl：古技卵幽1看城廿位=1&】畿r玉败旬段1 叵答：机汀咛句施CID :全部应告：五cud : E!： Li r市对白届fira换卷孝杀珀=1令1 应咎二操作町司丽上皂蹄辑I , Icct ； W J取消嘛A 3点翻己奏拣1蒸A域tJ.i.(bs-二艺新厘悟号折1直语匹配的活，JU为卜峥或&_妇酉WTS天己思标犯“SrigicMum顷：i：借*15命赛前中匹fl理财司L&茹F 却Mrth中濒，曜3暗谖命噌.1一如、寸.白中猷主若周寿-共N噂斐通话-屋司遍入学潮伏丈-仲廿状志走虫答快会-图UHF标签状态转换图就绪状态(Ready)未被灭活的标签上电以后，开始所处的状态，准备响应命令。仲裁（Arbitrate）状态：进入盘存周期的标签处在Arbitrate状态，主要为等待响应Query 等命令应答（Reply）状态：响应Query后，进入Reply状态，进一步将响应ACK命令就可以发 回EPC号码确认（Acknowledge）状态：发回EPC号码后，进入Acknowledged状态,处于确认状态 的标签可以转换到除灭活之外的任何状态，视所收到的具体命令而定。公开（Open）: Access Password不为0才可以进入Open状态，在此进行读、写操作。保护（Secured）状态：已知Access Password才可能进入Secured状态，进行读、写、 锁定等操作。灭活（Killed）状态：进入到Killed状态的标签将保持状态不变，永远不会产生调制信 号以激活射频场，从而永久失效。被灭活的标签在所有环境中均应保持Killed状态，上电即 进入灭活状态。灭活操作不可逆转。要使标签进入某一状态一般需要适当次序的一组合法命 令，反过来各命令也只能当标签在适当的状态下才能有效，标签响应命令后也会转到其他状 态。要使标签进入某一状态一般需要适当的次序的一组合法命令，反过来各命令也只能当标 签在适当的状态下才能有效，标签响应命令后也会转到其他状态。UHF读写器特性简介本实验使用GM-MM922超高频模块特性1）通信接口： TTLEUart 接口2）串 口通信速率：9600、19200、38400、57600、115200 可配置3）空中接口协议：EPCglobal UHF Class1 Gen/ISO 18000-6C4）工作频率:902MHz-928MHz5）盘存标签峰值速度：30张/秒图UHF读写器常用指令超高频RFID模块GM-MM922指令分四类，分别是设备控制接口指令集、产品信息指令 集、系统设置指令集和EPC C1G2协议指令集。这里对部分指令讲解，详细通信协议介绍请 参考配套光盘附件芯片手册超高频'超高频RFID通讯协议ATIGM_UHF协议文档 _PR9200 容户。模块波特率设置：OndpktHead 固定12个字节1PLAYLOADHEADPTK_TI>YEREADERIDMACCMDData lengthCRCREAD：ER_ADDR2 MeioyteZDyte2 byte2 Oyte2 byte4 byte73 DOCWOD0030( XX02 DO4 00XX XXXX KXMACCfclDPTK_TP¥E指将描述指奉标示PLAYUDAD描述0x02读亚模块波特率READER BAURATE9600193003S4D0576001152OT料为16进制.低位在前传输如：9600 俩 L6 进制为：00 00 25如网输入目。E5 00 00倾I-例如设置波特率为38400发送：73 00 01 00 00 00 02 00 04 00 E0 2C 00 96 00 00命令解析：73 00是命令头；01 00表示写入模块波特率；00 00是读写器地址，全0表 示广播；02 00是波特率设置命令；04 00指PLAYLOAD数据长度（低位在前，高位在后）；E0 2C是PLAYLOAD数据的CRC校验码；00 96 00 00是波特率38400转十六进制数字（低 位在前）。CRC校验码计算：（以配置波特率为38400为例）1.打开安装好的AITGM922测试设置程序，选择收发监控功能，如下图所示：2.输入命令码，以及波特率的16进制值（低位在前），然后点击生成命令，即可生成 配置波特率的命令，如下图所示：|.|生成波特窣配置甜7,其中,EO 2C为CRC校驶云广匡"主或於埴写命争典当菱,三百*用啊、 _设吾地卜一g很惜生度，锅滋步：填写成特率的16进制值，氓位在前第3步.点.击生成-_由以上的步骤可以得到，生成的命令中，E0 2C即为CRC校验码。需要生成其他波特率 配置命令时，更改指令参数，生成命令即可。数据包返回CmdpktHeadHsadPTK_TPVEREADEHIDMACCMCDatlengthCrcERROCaCE/PLAtLOAD2byta2 b/te2 byte2lW2 byte2ble4b¥te/4byte73 00OS 00/00 coKX XX02 0004 00功能描述Dstii描述PTK_TPYE数揖包类型Dj(O3指定为错IS翼型包MACCMO捐辱类型gcjg设落始址ERROCODE与入时的绪设代码美0无箱误l-Oscffff配苴格误诸嬖照皆误码）PLAYLOAD读岷时的返回数据KXXX散据例如发送上面的设置38400波特率命令后成功返回：73 00 03 00 01 00 02 00 04 00 00 00 00 00 00 00命令解析：73 00是命令头；03 00表示接收数据包；01 00是返回读写器地址；02 00 表示响应的是波特率设置命令；04 00指PLAYLOAD数据长度（低位在前，高位在后）；00 00 是PLAYLOAD数据的CRC校验码；00 00 00 00表示波特率设置成功。盘存命令：盘存指令标签返回格式指令:标签扇区读取:CmdpktHreid固定口个字箕PLAYLOADHEADPTK_TPYER EADE RIDCMDLengthCRCMATCH LEINPASSWORDBANKADDRCMT2 byte：2. byteN byte2 byte2 tte2 byteZbyet4 byte2 byte2 byte2byce700D100xm2200(kDOxwcMACCXDPTK_TPTE捎令卅述指令糊示PLAHJOAD描垃De22OzOl该眼EPC区MATHEN0关闭匹配读取模式1打开匹配读段憧式RftSSWORD桁签的酋叵密语.SK认是的Q3 00 00BANKFLESEKVED密再操作区MlEFC存罪区TID序列马区3z<HTSE用尸自定义区ADDR.1 EPC区的血如位为标签的只诙1 EPCE的koi位为PC区，标筌的控散为1 epc F号以眼心为起始地圮1每位地址对成的数据长度为16bit£NT读此的数据品皿单位flGhi为一个单堂）您议一女祓职不要提过的T字成功返回:1CrndplitHead C 0112 个字节】PLAfLOADHEADFTK_1FYERtADEHIDSIL：playl-KadbeingltiCACHeadllenigthREADDATA2 trirte1 bte2 Me2 bvte1 bvt&2 byteItrvieHadltngth73 00DGUO22 DUXX»(标签扇区写:CfTidpktl'-lc-Qd （固定个字书）PLMLOADHEADP1K_TP 桂READERIDCMDLengthCRCMATCHLENPASSWORDBANKEPCADDRCNTata2 bytfi-1 bytfr1 byE2 bytd他丫此2hrytflCnt73 0001 OOXXXI30 CODODOPTK.TPTE指令楷姓指分标示PLAYLOAD描雌0x30写入EPC区MATC H EHgjoa关闭匹配模式OiDL打开匹配模式IPA5SWOHD标签的访问菸码.就页是g DO DO MBANK.RESEEVED密仍挥IF区OdlEPCTf储区TE序列号区只谨，不嵋L3E用户自定义区ADDR! EK Z的口切口位为莉挥的皿，只试1 :EPC匡的Oril位为FC区.标篷即枝同任1 EF二卡号以玉破为迅始地址I证位也比对该的数爵长.度为1强耕CNT写入数裾的长j度单位UtbH为一个单由）Oaita有瓦的数摒'111为一个单位 建成一次写入不要植过函rr数据包返回HeadPTK_TPYEAddrMACCMDDstalengthCrcERROCODE2 byte2 byte2 byte2 byte2 byte2 byte4 byte为DO03 MDODDlandD4 DOCmdpktM&ad标示4fl舵捎述Data描述PTlK_TP¥E数据包类型hDa指定为错误类型宜MACCMD指令类型Dx30写卡布毋类型EftRDCODE0iMirr4.实验步骤本实验标签芯片采用Alien HIGGS 3,该芯片符合EPCglobal Class 1 Gen2规范以及 ISO/IEC18000-6C标准，即该标签的存储结构和状态符合和中的描述。芯片的详情见其手册，手册地址:配套光盘'附件'芯片手册'超高频RFID标签芯片手册。这里对部分指令进行实验。设置超高频模块波特率：波特率设为38400在串口调试助手上选择波特率115200（超高频模块出厂默认波特率），十六进制发送 指令 “73 00 01 00 00 00 02 00 04 00 E0 2C 00 96 00 00”，如果有十六进制字样 “73 00 03 00 01 00 02 00 04 00 00 00 00 00 00 00”返回，证明波特率设置正常，如图所示：牌值 却戮！她，1力美暗口申声口滞试小AU手1.3胥空搂收因出默认波特率以十六进制发送接收设置成功返回数据包ti存数据|虔存呼Ic7cohiiata /发送命令斐秒迷搽均载件I辰成择交件hi J ctatiit rntr? n. . . j rncrri kt .图波特率设置注意，波特率设置完成后，需重启才生效。盘存操作在串口调试助手上发送盘存指令“73 00 01 00 00 00 20 00 02 00 01 90 01 00 ”，首先返 回命令成功数据 “73 00 03 00 01 00 20 00 04 00 00 00 00 00 00 00”。将超高频标签置于读写器天线上方，将返回盘存指令标签，数据中包含EPC码“E2 00 41 27 88 14 01 04 04 80 E1 9C”，如图所示:图盘存标签停止盘存读写器处于盘存状态后，读写器将一直进行盘存，如要停止需要发送停止盘存指令“73 00 01 00 00 00 20 00 02 00 00 00 00 00”，成功返回 “73 00 03 00 01 00 20 00 04 00 00 00 00 00 00 00 73 00 00 00 01 00 20 00 04 00 00 00 00 00 00 00 ”，如图所示：图停止盘存标签扇区读取操作扇区读取命令0x22可读取标签4个分区数据。读取EPC码，EPC码长度是96bit共6个word,从图3可以看到EPC码从0x02地址开始。在串口调试助手上发送数据 “73 00 01 00 00 00 22 00 0C 00 03 C9 00 00 00 00 00 00 01 00 02 00 06 00”，则返回的数据最后6word是EPC码，如图所示：图读EPC码读TID码，TID码长度96bit共6个word，从图3可以看到TID码从0x00地址开始。在 串口调试助手上发送数据 “73 00 01 00 00 00 22 00 0C 00 02 42 00 00 00 00 00 00 02 00 00 00 0600”，则返回的数据最后6个word是TID码，如图所示：图读TID码标签扇区写操作扇区写命令是0x30,标签的TID码区只读不可写，其他扇区可读可写，这里以EPC码 为例对标签进行写操作。比如，以无匹配模式将上述读取的EPC码“ E2 00 41 27 88 14 01 04 04 80 E1 9C”改成“ E2 00 41 27 88 14 01 04 04 80 E1 6E”。在串口调试助手上十六进制发送数据“73 00 01 00 00 00 30 00 18 00 25 F0 00 00 00 00 00 00 01 00 02 00 06 00 E2 00 41 27 88 14 01 04 04 80 E1 6E”，返 回的数据最后4个字节全是0表示执行成功，如图所示：图写EPC码在串口调试助手上发送扇区读指令“73 00 01 00 00 00 22 00 0C 00 03 C9 00 00 00 00 00 00 01 00 02 00 06 00 ”，读取EPC码。返回的EPC码可以看到变成新修改的EPC码，表明EPC码 写入成功，如图所示：图读EPC码将波特率配置成出厂值115200十六进制发送指令“73 00 01 00 00 00 02 00 04 00 A0 6C 00 C2 01 00”，如果有十六进制 字样“73 00 03 00 01 00 02 00 04 00 00 00 00 00 00 00”返回，证明波特率设置正常，如图所 示：图配置波特率为115200