RFID技術(shù)在機(jī)電一體化技能大賽中的應(yīng)用

邢燕鵬

[摘 ? ? ? ? ? 要] ?隨著RFID技術(shù)的快速發(fā)展，該項技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于加工制造業(yè)的生產(chǎn)自動化、安全認(rèn)證、商品防偽、圖書檔案管理、醫(yī)療衛(wèi)生、商業(yè)自動化和交通運輸控制管理等領(lǐng)域。全國機(jī)電一體化技能大賽，每年都要在現(xiàn)有設(shè)備的基礎(chǔ)上實現(xiàn)小批量智能化生產(chǎn)，RFID技術(shù)在機(jī)電一體化技能大賽中的應(yīng)用，給大賽增加新的創(chuàng)新應(yīng)用考點的同時，也讓選手掌握了FRID技術(shù)的應(yīng)用方法。結(jié)合機(jī)電一體化組裝與調(diào)試技能大賽活動的開展，闡述RFID技術(shù)在比賽中的應(yīng)用方法。

[關(guān) ? ?鍵 ? 詞] ?RFID技術(shù);機(jī)電一體化;無線射頻識別技術(shù)

[中圖分類號] ?TP391.4 ? ? ? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] ?A ? ? ? ? ? ?[文章編號] ?2096-0603（2019）14-0144-02

一、引言

自從全國職業(yè)院校技能大賽舉辦以來，機(jī)電一體化組裝與調(diào)試賽項作為正式比賽項目從2007年舉辦到現(xiàn)在已經(jīng)有10個年頭了。機(jī)電一體化組裝與調(diào)試賽項主要考核機(jī)電一體化設(shè)備機(jī)械部件的組裝、電路安裝（含通信網(wǎng)絡(luò)）、氣動系統(tǒng)安裝、PLC控制程序編寫、觸摸屏的使用和機(jī)電設(shè)備整體調(diào)試等機(jī)電一體化

技術(shù)的核心知識與操作技能。按照賽項要求，每次比賽都要有新的創(chuàng)新或者新的技能考核點，考核點在把握職業(yè)崗位的核心知識

與技能的基礎(chǔ)上，融入機(jī)電一體化的新知識、新技術(shù)、新工藝、新方法，這既有傳統(tǒng)的知識與技能，也有新東西。到目前為止，機(jī)電一體化組裝與調(diào)試賽項實現(xiàn)了以傳感器為信息檢測元件，PLC為信息處理單元，RFID電子標(biāo)簽為信息載體，觸摸屏為監(jiān)控器件，氣缸、直流電機(jī)、交流電機(jī)為執(zhí)行器件，組成一個綜合的自動化智能裝備。本文著重闡述最新的RFID技術(shù)在機(jī)電一體化組裝與調(diào)試大賽中的典型應(yīng)用。

二、RFID技術(shù)

RFID技術(shù)，又稱無線射頻識別技術(shù)，是在不需要識別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或光學(xué)接觸的自動目標(biāo)識別通信技術(shù)，可以通過無線電信號識別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)的數(shù)據(jù)。從理論上來講，RFID技術(shù)類似于條碼掃描技術(shù)，是使用專用的RFID讀寫器及專門的可附著于目標(biāo)物的RFID電子標(biāo)簽，利用頻率信號將信息由RFID標(biāo)簽傳送至RFID讀寫器;而條碼掃描技術(shù)是將已編碼的條形碼附著于目標(biāo)物，并使用專用的掃描讀寫器，利用光信號將信息由條形磁傳送到掃描讀寫器。

在此次提及的機(jī)電一體化組裝與調(diào)試技能比賽裝置中，RFID模塊采用的是CY14443N系列射頻讀寫模塊，該模塊是基于ISO14443標(biāo)準(zhǔn)的非接觸式讀卡機(jī)專用芯片，采用0.6微米CMOS EEPROM工藝，支持ISO14443 TYPEA協(xié)議，支持MIFARE標(biāo)準(zhǔn)的加密算法。芯片內(nèi)部高度集成了模擬調(diào)制解調(diào)電路，只需最少量的外圍電路就可以工作，支持UART接口（-C），I2C接口（-U），或者SPI接口（-P），數(shù)字電路具有TTL、CMOS兩種電壓工作模式。該模塊的工作原理是將帶有電子標(biāo)簽的黑色物料、白色物料和金屬物料放在RFID模塊感應(yīng)范圍內(nèi)，通過PC主機(jī)或PLC控制器對物料進(jìn)行信息讀取與寫入操作。該模塊具有UART串口通信、自動感應(yīng)帶有電子標(biāo)簽的物料、操作使用方便等特點。

三、RFID技術(shù)在大賽中的應(yīng)用

（一）RFID數(shù)據(jù)讀寫通信協(xié)議和命令格式

RFID模塊采用半雙工通訊模式，波特率為19200bps，數(shù)據(jù)起始位為1位，數(shù)據(jù)位為8位，數(shù)據(jù)停止位為1位。命令的格式為：前導(dǎo)頭+通訊長度+地址碼+命令字+數(shù)據(jù)域+校驗碼。其中，前導(dǎo)頭為0xAA 0xBB兩個字節(jié)（0x表示該值為一個16進(jìn)制數(shù)）;通訊長度是指去掉前導(dǎo)頭之外的通訊幀所有字節(jié)數(shù)（含通訊長度字節(jié)本身）;地址碼為0x000x01兩個字節(jié)。地址碼低位在前，高位在后。假如地址碼的低位是00，高位是01，表示的是十六進(jìn)制數(shù)值100，那也就是十進(jìn)制數(shù)值256，也就是這個命令是發(fā)給地址是256的模塊的，其他地址的模塊不會響應(yīng)這個命令，這對多個模塊協(xié)同工作是非常有用的，每個CY14443N的模塊出廠都有不同的地址編碼。RFID讀寫控制器模塊的命令字有兩個，一個是讀數(shù)據(jù)，一個是寫數(shù)據(jù)。具體說明見表1所示。

其次是數(shù)據(jù)域、校驗碼和返回值。數(shù)據(jù)域是需要發(fā)送的數(shù)據(jù)。校驗碼是去掉前導(dǎo)頭和校驗碼字節(jié)之外，所有通信幀所含字節(jié)的異或值。返回值是當(dāng)CPU發(fā)送命令幀之后，需要等待讀取返回值，其返回值正確的格式是：前導(dǎo)頭+通訊長度+地址碼+上次所發(fā)送的命令字+數(shù)據(jù)域+校驗碼。錯誤的格式是：前導(dǎo)頭+通訊長度+地址碼+上次所發(fā)送的命令字的取反+校驗碼。

（二）西門子S7-200PLC自由口通信協(xié)議

西門子S7-200PLC的通信協(xié)議有PPI協(xié)議、MPI協(xié)議、Profibus-DP協(xié)議、TCP/IP協(xié)議以及自由口通信協(xié)議。在自由口通信模式下，由用戶自定義與其他通信設(shè)備之間通信協(xié)議，通過使用接收中斷、發(fā)送中斷、字符中斷、發(fā)送指令XMT和接收指令RCV，實現(xiàn)S7-200PLC通信口與其他設(shè)備的通信。

1.設(shè)置自由口通信協(xié)議

S7-200PLC正常的字符數(shù)據(jù)格式是一個起始位，8個數(shù)據(jù)位，一個停止位，即10位數(shù)據(jù)，或者再加上1個奇/偶校驗位，組成11位數(shù)據(jù)。波特率一般為9600bps或者19200bps。在自由口通信模式下，可以使用特殊繼電器SMB30或SMB130設(shè)置通信端口PORT0或端口PORT1的通信參數(shù)。

2.自由口通信時的中斷事件

在S7-200PLC的中斷事件中，與自由口通信有關(guān)的中斷事件有6個，中斷事件8、9和23適用于通信端口PORT0，中斷事件25、26和24適用于通信端口PORT1。

3.自由口通信指令

在自由口通信模式下，可以用自由口通信指令發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，其通信指令有兩條，分別是數(shù)據(jù)發(fā)送指令XMT和數(shù)據(jù)接收指令RCV。

（三）用PLC實現(xiàn)RFID模塊的數(shù)據(jù)讀寫

本文以西門子S7-200 CPU226為例說明使用PLC對RFID模塊的數(shù)據(jù)讀寫操作。

1.西門子PLC與RFID模塊硬件連接

西門子PLC與RFID模塊硬件連接的示意圖（見圖1所示）。其中，觸摸屏與西門子PLC的通信方式采用的是PPI編程口通信，通過編程線連接至西門子PLC的PORT1端口;西門子PLC與RFID模塊的通信方式采用的是RS-485自由口通信，并連接至西門子PLC的PORT0端口。

2.西門子PLC與RFID模塊軟件編程

步驟1：定義自由口通信端口為PORT0，波特率為19200bps。同時定義好發(fā)送和接收數(shù)據(jù)中斷。程序見圖2所示。

步驟2：PLC與RFID模塊的數(shù)據(jù)通信。通信算法主要包括讀數(shù)據(jù)和寫數(shù)據(jù)兩部分，讀數(shù)據(jù)和寫數(shù)據(jù)部分程序分別見圖3和圖4所示。

步驟3：使用發(fā)送指令XMT和接收指令RCV完成自由口數(shù)據(jù)通信。

四、小結(jié)

結(jié)合機(jī)電一體化組裝與調(diào)試技能大賽要求和歷年大賽任務(wù)，分析討論了RFID技術(shù)在技能大賽中的典型應(yīng)用，通過RFID模塊識別帶電子標(biāo)簽物料，并使用西門子PLC實現(xiàn)了對RFID模塊的數(shù)據(jù)讀寫操作，進(jìn)一步研究探索RFID技術(shù)在機(jī)電一體化技能大賽中的應(yīng)用方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]王法玉.RFID及WIFI技術(shù)在實驗設(shè)備管理中的應(yīng)用[J].實驗技術(shù)與管理，2014（5）.

[2]鐘平.基于RFID技術(shù)的信息管理系統(tǒng)在汽車總裝生產(chǎn)線中的應(yīng)用[J].價值工程，2014（5）.

[3]康東.射頻識別核心技術(shù)與典型應(yīng)用開發(fā)案例[M].北京：人民郵電出版社，2007.

[4]史宜巧.PLC應(yīng)用技術(shù)（西門子）[M].北京：高等教育出版社，2016.

編輯 馮永霞