西門子PLC與RFID讀寫器的串行通信

馮韶霞

(山西機電職業技術學院 數控工程系，山西 長治 046000)

0 引言

射頻識別(Radio Frequency Identification，RFID)技術是一種利用射頻通信技術實現的非接觸式自動識別技術。與傳統的條形碼、磁卡等接觸式識別技術相比，RFID可實現非可視、多目標識別，其突出優點是防磁、壽命長、容量大、信息可加密、內容可更改。如今RFID 技術已經廣泛應用于人們的日常生活和生產制造中。PLC作為一類可靠性高的控制器，可以與RFID進行通信，從而實現各種控制功能。

1 RFID系統的組成

一個完整的RFID系統是由標簽、讀寫器、主機(上位機、工控機、服務器、PLC)組成的，如圖1所示。其中，標簽存儲數據及信息，通常放置在被識別的物體上；讀寫器包括讀或者讀/寫裝置，一般帶有附加的接口，如USB、RS232、RS485等，方便將所獲得的數據傳輸給主機系統；主機通常使用PLC控制器與讀寫器通信，根據控制要求，控制讀寫器對標簽內的信息進行讀或寫操作，并實現數據交換。

圖1 射頻識別系統的基本組成

RFID系統根據工作頻率的不同可分為低頻、高頻、超高頻系統。低頻系統主要包括125 kHz和134 kHz兩種，用于短距離傳輸，如門禁卡、校園卡。高頻系統主要是13.56 MHz，是目前被廣泛使用的頻段，用于生產管理、運輸、圖書。超高頻系統主要包括915 MHz、2.4 GHz、5.8 GHz等，可應用于需要較長讀寫距離的場合，如高速公路收費等系統中。

2 RFID讀寫器的命令集及串行通信協議

本文以思谷SG-HR-I2讀寫器為例，該讀寫器是一款一體式的高頻RFID讀寫設備，其工作頻率為13.56 MHz，符合ISO-15693標準，支持RS-485/RS-232通信(本文以RS485通信為例)，能夠操作遵守ISO-15693協議的電子標簽。讀寫器與主機之間的控制指令均為一次性執行，讀寫器接收到控制指令后，無論執行結果如何，均會返回消息以確認指令的執行情況。

2.1 RFID高頻讀寫器的命令集

思谷高頻讀寫器通過訪問不同的命令碼，從而實現不同的指令，并返回相應的數據，其命令碼如表1所示。

表1 高頻讀寫器命令碼

表1中，UID 數據區為RFID標簽的出廠ID存放區，數據為只讀，UID長度為 8 byte，地址范圍 0x800E～0x8 011。

2.2 讀寫器與主機之間數據傳輸格式

主機與讀寫器之間通信遵循的協議如表2所示。

表2 主機與讀寫器通信協議

協議的字段說明如下：

(1) 幀頭(Header)：長度為1 byte，取固定值0xFF。

(2) 包長度(Len)：長度為1 byte，包含Len、Cmd、Data字段。

(3) 命令碼(Cmd)：長度為1 byte，參照表1。

(4) 用戶數據(Data)：長度為Nbyte。

(5) CRC校驗：長度為2 byte，含Header、Len、Cmd、Data字段的CRC校驗。其中Data格式如表3所示。

對Data段的說明如下：

(1) CtrlFlg：為2 byte，其中Bit0表示ReaderID，Bit1～Bit14默認取0，Bit15置位，表示此幀為響應幀，Bit15復位，表示此幀為請求幀。

(2) CtrlFlg 參數包括：

Status:為1 byte, 表示命令執行狀態， 當CtrlFlg 的Bit15置位，此字段出現，此幀為響應幀，如果請求指令發送成功，則該字段取值為0x00, 請求指令發送失敗，該字段取值為非0x00； Bit15復位，此字段不出現，此幀為請求幀。

ReaderID：為1 byte，Bit0:ReaderID 置位，此字段出現，此時只有讀寫器 ID 與 ReaderID 一致， 讀寫器才響應； Bit0：ReaderID 復位，此字段不出現，讀寫器ID與ReaderID默認值為0x00。

(3) 命令參數：Mbyte，根據各個功能來定義。

主機到讀寫器的指令為請求幀，讀寫器到主機的指令為響應幀，在響應幀指令中CtrlFlg除最高位置位，其他與請求幀保持一致，ReaderID同樣與請求幀一致。

表3 Data格式

2.3 讀寫器與主機之間讀寫命令

2.3.1 主機讀取UID值

命令編碼：0x01。

功能說明：讀取天線場范圍內標簽的UID，不支持多標簽讀取。

(1) 首先主機向讀寫器發送讀取請求指令，格式如下：

FF 05 01 0001 00 78D8

其中： FF表示幀頭；05表示包長度；01表示命令碼；0001表示CtrlFlg；00表示ReaderID；78D8表示CRC校驗碼。

(2) 命令執行完成，讀寫器響應數據的格式為：

FF 0E 01 8001 00(成功) 00 (797FBB39500104E0) 7D79

或

FF 06 01 8001 80(失敗) 00 6930

其中：FF/FF表示幀頭；0E/06表示包長度；01/01表示命令碼；8001/8001表示CtrlFlg；00(成功)/ 80(失敗)表示Status；00/00表示ReaderID；797FBB39500104E0表示UID值；7D79/6930表示CRC校驗碼。

2.3.2 主機按字節讀取數據

命令編碼：0x11。

功能：按照字節讀取標簽內存，需要配置字節的起始地址和字節數量。

(1) 首先主機向讀寫器發送讀取請求指令，讀地址 01 長度為 8 的請求數據，格式如下：

FF 08 11 0001 00 0001 06 3572

其中：0001為2 byte，表示讀取寄存器的起始地址；06為1 byte,表示讀取的字節數量。

(2) 命令執行完成，讀寫器返回的指令格式為：

FF 0C 11 8001 00(成功) 00 (AA AA AA AA AA AA) 9AB5

或

FF 06 11 8001 80(失敗) 00 AAF1

其中：AAAAAAAAAAAA表示請求的數據。

2.3.3 主機按字節寫入數據

命令編碼：0x12。

功能：按字節的形式寫標簽內存。

(1) 首先主機向讀寫器發送寫數據指令，從 0 地址開始寫 5 個字節數據,格式如下：

FF 0D 12 0001 00 0000 05 (0001020304)66ED

其中：0000表示寫入寄存器的起始地址；05表示寫入的字節數量；0001020304表示需寫入的數據。

(2) 命令執行完成，讀寫器返回的指令格式為：

FF 06 12 8001 00(成功) 00 6AD4

或

FF 06 12 8001 80(失敗) 00 AAB5

3 RFID讀寫器與PLC串行通信

本文使用西門子S7-1200型號為1215C的PLC作為主機與思谷SG-HR-I2讀寫器進行RS-485通信，通信板使用CM 1241。博途軟件包中包含串行通信指令：Port_Config、Send_P2P、Receive_P2P。

在博途的硬件目錄下選擇 1215C 型號的 CPU 和 CM 1241 通信板進行硬件組態。雙擊 CM 1241 通信板查看其硬件標識符為271。配置Port_Config、Send_P2P、Receive_P2P的參數，新建全局數據塊DB102和DB104，DB102用于直接與讀寫器傳輸數據，DB104用于給DB102賦值。Port_Config指令模塊如圖2所示。

圖2 Port_Config指令模塊

從DB102.DBB22～DB102.DBB42共21個字節，表示需要發送給RFID讀寫器的數據，如圖3所示。

圖3 發送數據模塊

從DB102.DBB0～DB102.DBB20共21個字節，表示RFID讀寫器響應的數據需要存儲的數據塊地址，如圖4所示。

從DB104.DBB0～DB102.DBB20共21個字節，表示PLC發送給讀卡器讀取標簽UID值的指令，如圖5所示。其中DB104.DBB0～DB102.DBB7對應發送指令為：

FF 05 01 0001 00 78D8

從DB104.DBB22～DB102.DBB42共21個字節，表示PLC發送給讀卡器需要讀取標簽寄存器值的指令，如圖6所示。其中DB104.DBB22～DB102.DBB32對應發送指令為：

FF 08 11 0001 00 0000 0A 64F2

圖4 接收數據模塊

圖5 PLC發送給讀卡器讀取標簽UID值的指令

從DB104.DBB44～DB102.DBB64共21個字節，表示PLC需要寫入到讀卡器中值的指令，如圖7所示。其中DB104.DBB44～DB102.DBB53對應發送指令為：

FF 12 12 0001 00 00000A

(00010203040506070809) 66ED

4 結束語

本文介紹通過RS-485串口，在PLC與RFID之間實現通信的方法，重點介紹了對RFID讀卡器中數據的讀寫功能，這種通信方式簡單，靈敏度高，抗干擾能力強，廣泛應用于工業領域中。

圖6 PLC發送給讀卡器需要讀取標簽寄存器值的指令

圖7 PLC需要寫入到讀卡器中值的指令