UHF RFID 標簽通用讀寫系統研究

武小鵬，楊興寬，李 立，楊聞松

（中國鐵道科學研究院集團有限公司金屬及化學研究所，北京 100081）

0 引 言

目前UHF RFID 標簽以其多目標、長距離、長壽命、抗污染等特點被廣泛應用于倉儲物流、身份識別、供應鏈管理、自動生產、圖書管理、全壽命信息追蹤等各個領域[1-3]。UHF RFID 標簽的用途廣泛、用戶需求多樣，但這也導致標簽讀寫設備需要進行二次開發(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，本文設計了標簽通用讀寫系統。

1 UHF RFID 系統的工作原理

一個UHF RFID 系統由讀寫設備、天線和標簽組成，讀寫設備通過數據接口與外界交換信息，通過編碼/解碼模塊實現信息的格式轉換，通過射頻模塊和天線與標簽通信[4-6]，如圖1 所示。

圖1 UHF RFID 系統工作原理

2 UHF RFID 標簽存儲信息

UHF RFID 標簽內存分為Reserved（保留）、EPC（電子產品代碼）、TID（標簽識別號）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)存儲標簽識別號碼，User 區(qū)存儲用戶定義的數據。產品信息主要存儲在EPC 區(qū)和User 區(qū)中。

UHF RFID 標簽的EPC 區(qū)通常用于存儲產品編碼，按EPC Global 標準體系可存儲EPC 碼[7-8]；按我國物聯網編碼體系可存儲Ecode 碼[9]，也可存儲由用戶自定義的產品編碼。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計學意義的職業(yè)、家族史、家庭人均月收入，相關性分析中有統計學意義的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 標簽讀寫系統的問題

行李標簽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 標簽EPC 區(qū)如下所示：

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

UHF RFID 標簽內EPC 區(qū)存儲數據見表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簽信息格式和內容，生成編碼/解碼規(guī)則表，并給該表賦值一個索引號。

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

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

定制編碼/解碼軟件增加了應用成本，限制了UHF RFID 標簽的應用；并且分散開發(fā)的編碼/解碼軟件，既有因重復開發(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作的應用場景。

4 UHF RFID 通用讀寫系統原理

現以機場行李射頻標簽為例，機場行李標簽包含起始地和到達地、航班號等信息。采用射頻標簽時，可實現自動化行李分揀，目前已有類似應用[10]。

（1）需要根據用戶要求開發(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 標簽通用讀寫系統EPC 區(qū)數據存儲格式

中國夢與社會主義核心價值觀的辯證統一性 … ………………………………………… 馬健永，費聿輝（4．37）

圖2 UHF RFID 標簽通用讀寫系統

5 UHF RFID 通用讀寫系統示例

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，設計了一種UHF RFID 標簽通用讀寫系統。首先，將用戶存入UHF RFID 標簽的產品信息需求總結為一個編碼/解碼規(guī)則，即用戶的產品信息如何以二進制的形式存儲在UHF RFID 標簽中；用戶有多個產品需求時，則總結為多個編碼/解碼規(guī)則。其次，給編碼/解碼規(guī)則設置索引號，并將索引號存儲在UHF RFID 標簽中。最后，讀寫器根據UHF RFID 標簽中的索引號獲取對應的編碼/解碼規(guī)則，實現產品信息和二進制數據之間的轉換。

預測作為一種技能，在閱讀課中起著重要的作用。本節(jié)課，教師通過引導學生根據一幅熊貓哭泣的圖片和課文前的一組數字進行預測，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生有效地完成對詞匯的學習，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。

通用讀寫設備系統原理如圖2 所示，讀寫設備根據標簽的編碼/解碼規(guī)則索引號調取對應的編碼/解碼規(guī)則實現標簽信息轉換。讀寫設備能夠識別的UHF RFID 標簽種類，取決于其能夠獲取的編碼/解碼規(guī)則的數量。這種模式程序結構相對較復雜，單次開發(fā)成本較高，但是無須重復開發(fā)，便于多門類標簽的規(guī)模化應用，應用規(guī)模越大，開發(fā)成本相對越低。

表2 機場行李標簽編碼/解碼規(guī)則示例

UHF RFID 系統中產品信息的讀寫操作以二進制格式實現，需要通過編碼/解碼模塊轉換為人工或機器能夠識別的數據格式，如字符、數字（十進制）等。常規(guī)做法是在既有讀寫器基礎上進行二次開發(fā)，實現編碼/解碼功能。這種技術路線有以下缺點：

圖3(a)為行走機構的速度與時間的關系，圖3(b)為行走機構的位置與時間的關系。由圖(3)可知，行走機構的最大速度為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，為負時表示的方向為負方向。由行走機構的速度曲線和加速度曲線可知，行走機構運動的位置準確性高，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，調用編碼/解碼規(guī)則將前34 bit 和之后的34 bit轉換為十進制，即可獲得行李標簽IATA 條碼值和航班日期編碼。

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

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

6 結 語

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