Rfid讀寫系統(tǒng)及其標(biāo)簽返回信號的解碼和沖突處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及射頻識別技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種基于IS018000-3mod3協(xié)議，通過硬件電路設(shè)計和嵌入式編程，實現(xiàn)具體M0D3協(xié)議的RFID感應(yīng)識別和信息處理功能的RFID讀寫系統(tǒng)及其標(biāo)簽返回信號的解碼和沖突處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前的RFID領(lǐng)域高頻頻段(HF, High Frequency，載波頻率13.56MHz)執(zhí)行的空中接口協(xié)議為 IS018000-3 協(xié)議，其具體分為 IS018000-3Ml(modl), IS018000-3M2 (mod2)和IS018000-3M3(mod3)等子協(xié)議，各個子協(xié)議雖然都使用中心頻率為13.56MHz的載波，但是都使用獨立的信息編碼、信號調(diào)制和沖突處理機制，也各自具備自己的優(yōu)缺點。
[0003]其中modi為當(dāng)前廣泛應(yīng)用的IS015693協(xié)議，已被國內(nèi)外很多廠家實現(xiàn)和應(yīng)用。modi由于技術(shù)已經(jīng)成熟，使得其應(yīng)用成本較低，而且讀取性能穩(wěn)定，目前在人員通道、智能書架等領(lǐng)域已經(jīng)占有一席之地。但是在技術(shù)層面，modi協(xié)議除了從硬件上提高抗噪性能和信噪比之外，很難再有突破；而且由于其采用的編碼方式冗余性較大，導(dǎo)致modi協(xié)議的檢卡速度被限制在50枚/秒，這成為modi在大批量盤點應(yīng)用中的時間瓶頸，很大程度上影響用戶體驗。
[0004]基于mod2協(xié)議的技術(shù)也已經(jīng)成熟，并且在讀取速度方面都要優(yōu)于另外兩種子協(xié)議。但是目前mod2的專利技術(shù)掌握在國外廠家(Magellan)手中，我們只能通過購買專利使用權(quán)的方式進行開發(fā)，使得開發(fā)和應(yīng)用成本非常高昂。
[0005]mod3協(xié)議本身已經(jīng)相對完備，讀取速度mod2相當(dāng)(PJM模式)，并且已有NXP等RFID巨頭進行推動。但是目前只有國外少數(shù)幾個廠家(FEIG，TAGSYS, OEM)宣稱已經(jīng)開發(fā)出符合IS018000-3M3協(xié)議的讀寫器，但是基本上仍處于樣機或概念階段，并沒有開始批量供貨，而國內(nèi)目前還沒有廠商推出mod3讀寫器或樣機；應(yīng)用方面目前除了美國拉斯維加斯的賭場的籌碼盤點，也極少有mod3讀寫器的應(yīng)用案例。
[0006]Mod3協(xié)議支持多種標(biāo)簽編碼方式，不同編碼方式有各自的傳輸速度和抗噪性能，直接體現(xiàn)在標(biāo)簽讀取速度和讀取距離上。但是從總體上說mod3讀寫器的應(yīng)用場景為近場的大批量重疊標(biāo)簽的快速讀取。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點和不足，提出了一種速度快、效率高，基于IS018000-3mod3協(xié)議，通過硬件電路設(shè)計和嵌入式編程，實現(xiàn)具體M0D3協(xié)議的RFID感應(yīng)識別和信息處理功能的RFID讀寫系統(tǒng)及其標(biāo)簽返回信號的解碼和沖突處理方法。
[0008]本發(fā)明通過以下措施達(dá)到:
一種RFID讀寫系統(tǒng)，其特征在于設(shè)有
ARM微處理器，用于完成接機接口控制、參數(shù)的設(shè)置保存、與上位機的通信以及射頻命令的處理轉(zhuǎn)發(fā)； DSP微處理器，用于完成射頻識別功能并將數(shù)據(jù)上報給ARM微處理器；
射頻發(fā)射電路，與DSP微處理器相連接；
射頻接收電路，與DSP微處理器相連接；
射頻切換電路，與DSP微處理器相連接；
所述射頻發(fā)射電路包括依次串聯(lián)的載波生成及調(diào)制電路、發(fā)射運算放大電路、一級匹配電路、移相電路、二級匹配電路、射頻天線，其中載波生成及調(diào)制電路與DSP微處理器相連接；
所述射頻接收電路包括兩路射頻信號接收回路，分別與射頻發(fā)射電路中的一級匹配電路、二級匹配電路相連接，所述射頻信號接收回路設(shè)有依次串聯(lián)的接收運放電路、檢波電路、三級濾波電路、限幅電路，其中接收運放電路的控制端與DSP微處理器相連接，檢波電路的輸入端與射頻發(fā)射電路中的匹配電路相連接，限幅電路的輸出端經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路與DSP微處理器相連接。
[0009]本發(fā)明還設(shè)有分別與ARM微處理器相連接的FLASH模塊、人機界面模塊、狀態(tài)檢測單元、DSP指令處理模塊，其中DSP指令處理單元經(jīng)DSP通信單元獲得DSP微處理器上傳的數(shù)據(jù)。
[0010]本發(fā)明所述ARM微處理器可以與上位機相連接，并通過網(wǎng)路通信模塊或串口通信模塊完成外設(shè)配置。
[0011]本發(fā)明還設(shè)有與DSP微處理器相連接的FLASH單元、人機界面模塊、ARM指令處理模塊、ARM通信模塊，其中ARM通信模塊經(jīng)ARM指令處理模塊與DSP微處理器相連接。
[0012]本發(fā)明還提出了一種上述RFID讀寫系統(tǒng)的標(biāo)簽返回信號的解碼和沖突處理方法，其特征在于包括以下步驟:
步驟1:啟動AD轉(zhuǎn)換器、uPP接口及其DMA功能，獲取標(biāo)簽返回信號，并存儲至DMA緩存；
步驟2:判斷DMA緩存是否存在溢出，如果存在，重復(fù)步驟1，否則進入步驟3 ;
步驟3:判斷緩存中是否有足夠的數(shù)據(jù)，若存在足夠數(shù)據(jù)，進入步驟4，否則等待直至獲得足夠的數(shù)據(jù)；
步驟4:調(diào)用有效信號捕獲函數(shù)對緩存中的數(shù)據(jù)進行處理，如果獲取到有效信號，則調(diào)用解碼函數(shù)進入步驟5，否則進入步驟2，在DMA緩存溢出或超時前形成獲取有效信號的循環(huán)；
步驟5:判斷緩存中是否有足夠的數(shù)據(jù)，若無則等待直至數(shù)據(jù)量滿足要求，若有足夠數(shù)據(jù)，則通過設(shè)置無效數(shù)據(jù)寬度，濾除噪聲引起的尖刺，獲取有效極大值；
步驟6:在數(shù)據(jù)傳輸、存儲的同時(由uPP接口和DMA完成)計算所有相鄰極大值的寬度；
步驟7:判斷步驟6所獲得的寬度是否小于下閾值，若小于下閾值則當(dāng)作高電平，計數(shù)變量加I，否則當(dāng)作低電平；
步驟8:當(dāng)步驟7中結(jié)果為低電平時，判斷編碼違例標(biāo)志位是否為1，若為I則進入編碼違例判決流程，否則進入非違例解碼流程后回到步驟5。
[0013]本發(fā)明當(dāng)步驟7中結(jié)果為高電平時，判斷計數(shù)是否大于5，若大于5，則編碼違例標(biāo)志置I并獲取該位置，然后回到步驟5 ;若計數(shù)小于等于5，則直接回到步驟5。
[0014]本發(fā)明步驟8所述編碼違例判決流程包括以下步驟:
判斷幀頭標(biāo)志位是否為0，若為0，進行幀頭判斷，否則進行幀尾判斷；其中幀頭判斷是指判斷此處是否為幀頭，若是，則幀頭標(biāo)志位置1，進入下一個有效極值點的獲取，否則認(rèn)定為幀頭出錯，結(jié)束解碼，返回錯誤碼；幀尾判斷是指判斷此處是否為幀尾，若是，則幀尾標(biāo)志位置1，結(jié)束解碼，返回解碼結(jié)果，否則認(rèn)定為幀尾出錯，結(jié)束解碼，返回錯誤碼。
[0015]本發(fā)明步驟8所述非違例解碼流程包括以下步驟:
非違例解碼流程開始后，極性標(biāo)志位在幀頭確認(rèn)后復(fù)位為0，之后隨解碼更新，判斷低電平寬度是否大于上閾值，若是，則判斷高電平計數(shù)是否大于3，當(dāng)高電平計數(shù)大于3時，該段解碼為“ 1，0”，否則該段解碼為“0”，解碼完畢后極值標(biāo)志位置為1，進入下一個有效極值點的獲??；若低電平寬度不大于上閾值，則判斷極值標(biāo)志位是否為1，若是，則該段解碼為I，并將極值標(biāo)志位置為“ I ”，否則該段解碼為0，并將極值標(biāo)志位置為0，解碼完畢后進入下一個有效極值點的獲取。
[0016]本發(fā)明還包括沖突處理方法，所述讀寫系統(tǒng)在發(fā)送盤點命令Query(Q),其中包含的Q值決定本輪檢測的最大時隙數(shù)t=2~Q-l，每個標(biāo)簽在0~t之間隨機選取一個值作為自己的時隙數(shù)，時隙數(shù)為O的標(biāo)簽本輪應(yīng)答，否則不應(yīng)答，同時應(yīng)答的標(biāo)簽視為沖突；時隙數(shù)不為O的標(biāo)簽每次在收到NEXTSL0T(不改變Q值)命令后，將自己的時隙數(shù)減1，當(dāng)減為O時進行應(yīng)答，同時應(yīng)答的標(biāo)簽視為沖突，也就是說，在不改變Q值及最大時隙數(shù)和標(biāo)簽處于相同的接收條件下，沖突的標(biāo)簽會始終沖突，因此需要在沖突處理機制中加入改變Q值的命令，使標(biāo)簽重新選取自己的時隙隨機數(shù)，直到?jīng)]有沖突為止；
沖突處理的本質(zhì)是在沖突出現(xiàn)后，能夠有效識別，并采取相應(yīng)的措施，在下一輪盤點中降低沖突出現(xiàn)的概率，直到結(jié)果中不再出現(xiàn)沖突為止。在這類選擇隨機數(shù)進行應(yīng)答的機制中，增大隨機數(shù)的選取范圍是降低沖突概率的最直接有效的方法，而以步長對Q值進行增減的方式也可以達(dá)到很高的效率。
[0017]本發(fā)明所述沖突處理方法對該方式做了改動:對沖突和空檢的步長設(shè)