張鵬遠

模塊通過RFID讀卡器讀取貨物上電子標簽中的內容，將其送入MSP430f149中，DS1302為模塊提供時間信息，MSP430f149對讀卡器讀取的信息進行處理后通過GPRS模塊將信息發(fā)送至物流中心的服務器。

1 通過RFID技術獲取物品信息

1.1射頻技術的介紹

RFID射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據，識別工作無須人工干預，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽，操作快捷方便。

1.2 電子標簽的選取

電子標簽主要由天線模塊、存儲模塊、控制模塊以及射頻收發(fā)模塊組成。標簽內部存儲單元包含了需要被識別物體的數據信息，以電磁波的方式與讀寫器進行數據通信，并實現(xiàn)數據信息的交互功能。RFID系統(tǒng)中的電子標簽可以根據不同的應用情況分為多種類型，本文中選用的是無源、高頻、被動、可讀寫型標簽。這種標簽內部并沒有任何電源，其完全是通過讀寫器天線發(fā)出的電磁波所提供的能量進行工作，這也決定了它體積小、適應性強、耐久性強等優(yōu)勢。它基于RFID的ISO14443標準。工作頻率為13.56MHz，內部芯片存儲的數據量較小，用于低成本、近距離的環(huán)境下。標簽內部具有EEPROM存儲區(qū)，用戶或者廠商可以隨意對其進行軟件擦寫操作，以方便實際需要，使用很靈活。

1.3 讀卡器的選取

MF RC522 利用了先進的調制和解調概念，完全集成了在13.56MHz 下所有類型的被動非接觸式通信方式和協(xié)議。支持ISO14443A的多層應用。其內部發(fā)送器部分可驅動讀寫器天線與 ISO 14443A/MIFARE?卡和應答機的通信，無需其它的電路。接收器部分提供一個堅固而有效的解調和解碼電路，用于處理 ISO14443A 兼容的應答器信號。數字部分處理 ISO14443A 幀和錯誤檢測（奇偶&CRC）。此外，它還支持快速 CRYPTO1 加密算法，用于驗證 MIFARE 系列產品。MFRC522支持 MIFARE?更高速的非接觸式通信，雙向數據傳輸速率高達 424kbit/s。

為RC522的外圍電路圖，緩沖的輸出驅動與天線的連接使用最少的元器件。OSCIN和OSCOUT分別為振蕩器的反向放大器的輸入和輸出，其外接晶振為27.12MHz;TX1和TX2是發(fā)送器，負責將調制完成的13.56MHz的載波信號進行發(fā)送;RF是接收器輸入，負責RF信號的接收;VMID提供芯片內部參考電壓;SDA為串行數據傳輸線，與IO口D7、D6、D5組成SPI方式與數據處理器通信。

1.4 讀卡器的具體工作流程

RFID讀寫器與MSP430通過SPI方式進行數據傳輸，整個操作流程為尋卡、防沖撞、選卡、密碼驗證、讀/寫卡。

從尋卡到最終能夠對IC卡進行讀寫操作的這個過程，讀寫器需要進行相當嚴密的驗證程序。當有卡片進入讀寫器電磁場覆蓋范圍時，讀寫器按照規(guī)定的協(xié)議與其通訊，通過設置參數PICC_REQALL查尋感應區(qū)內所有符合14443A標準的卡;當讀寫器電磁磁場范圍內不只有一張卡片進入時，讀寫器將會啟動防沖突算法進而從中選擇最為合適的一張進行操作，并將選定卡片的序列號從卡中讀出，供選卡和驗證密碼階段使用;選卡功能將符合該序列號的卡片選中，由于該序列號是全世界范圍內唯一的32為號碼，因此選中的卡也將是唯一的;在進行密碼驗證時，一般將密碼驗證設置為驗證密碼A，不需同時驗證密碼A和密碼B，參數1表示驗證的是塊1的密碼，我們也可以將參數修改成其它數值，進而對其它塊進行密碼驗證后進行讀寫操作，DefaultKey為密碼位，本設計中通過兩張IC卡進行實驗，將卡1的密碼設置為EE FF FF FF FF FF，將卡2的密碼設置為EF FF FF FF FF FF。密碼驗證成功后就可對相應的塊進行讀、寫操作了。在RFID讀寫器每進行一次讀寫卡操作后都會讀卡器每次執(zhí)行完成一次讀、寫卡操作之后，讓其進入休眠模式，等待下一次刷卡操作。

需要注意的是，同一扇區(qū)不同塊的密碼是一致的，所以讀卡器只需驗證一次密碼便可對同一扇區(qū)的各個塊進行讀、寫操作;當讀卡器要對另一扇區(qū)的塊進行讀、寫操作時，則需要重新進行密碼驗證。

2 通過MSP430F149對獲取的物品信息進行處理

電子標簽中存放的是代表貨物信息的唯一編碼，讀卡器讀出這一信息后需要將其送入數據處理器MSP430f149中進行進一步處理才能發(fā)送出去。因為本設計的目的是為了能夠及時了解貨物的位置信息，所以在讀卡獲取貨物信息后需要將貨物當時的所在位置以及讀卡時間一同發(fā)送至物流中心的服務器，以便貨主能后上網查詢自己物品的位置信息。

3通過GPRS實現(xiàn)信息發(fā)送

GPRS模塊是模塊與Internet連接的樞紐，數據處理器MSP430f149將通過RFID讀卡器獲取的信息進行處理后，將處理好的數據通過串口通信的方式送入GPRS模塊，GPRS模塊再將數據傳送至物流中心的Internet服務器。

3.1 GPRS數據傳輸特點

本設計選用的是EM310模塊，它是華為推出的一款4頻段的GPRS模塊，其發(fā)射功率最大可以達到2W，可以更好地與附近基站進行通信;標準的SIM卡接口和華為AT指令集，內嵌TCP/IP協(xié)議，確保單片機和模塊之間以最簡單的程序就可以實現(xiàn)聯(lián)網功能，加之可達85.6Kbit/s的傳輸速率，保證了現(xiàn)場數據和Internet之間通信的高效可靠。該模塊采用的是直插式安裝，安裝簡單便捷，并且易于維護。

3.2 GPRS通信協(xié)議模型

移動臺（MS）和SGSN之間的GPRS通信協(xié)議模型如圖6。Um接口是GSM的空中接口。Um接口上的通信協(xié)議有5層，自下而上依次為物理層、MAC（Mdium AccessControl）層、LLC（Logical LinkControl）層、SNDC（SubnetworkDependant Convergence）層和網絡層。Um接口的物理層為射頻接口部分，而物理鏈路層則負責提供空中接口的各種邏輯信道。MAC為媒質接入控制層，MAC的主要作用是定義和分配空中接口的GPRS邏輯信道，使得這些信道能被不同的移動臺共享。LLC層為邏輯鏈路控制層。它是一種基于高速數據鏈路規(guī)程HDLC的無線鏈路協(xié)議。LLC層負責在高層SNDC層的SNDC數據單元上形成LLC地址、幀字段，從而生成完整的LLC幀。SNDC被稱為子網依賴結合層，它的主要作用是完成傳送數據的分組、打包，確定TCP/IP地址和加密方式。在SNDC層，移動臺和SGSN之間傳送的數據被分割為一個或多個SNDC數據包單元，SNDC數據包單元生成后被放置到LLC幀內。網絡層的協(xié)議目前主要是Phase l階段提供的TCP/IP和X25協(xié)議，這些協(xié)議對于傳統(tǒng)的GSM網絡傳輸設備（如BSS和NSS等設備）是透明的。

數據傳輸的具體過程是當移動臺產生一個PDU（分組數據單元），這個PDU經過SNDC層處理為SNDC數據單元。然后經過LLC層處理為LLC幀，通過空中接口送到GSM網絡中移動臺所處的SGSN，SGSN把數據送到GGSN。GGSN對收到的消息進行解裝處理，轉換為可在公用數據網中傳送的格式（如PSPDN的PDU），最終送給公用數據網的用戶。為了提高傳輸效率并保證數據傳輸的安全，可以對空中接口上的數據做壓縮和加密處理。

（作者單位：河北科技學院）