UHF RFID实验手册

1、UHF RFID读卡实验

1.1、EPC Gen2读、写标签号实验

实验目的

理解UHF RFID的工作原理，并掌握其与HF RFID工作原理的异同点。掌握EPC标签号的存储区域以及结构特点。

实验设备

UHF 读卡器一个、UHF 天线一个、USB连接线一条、9V电源适配器一个、电脑一台、UHF实验上位机软件

实验知识预备与原理

1.UHF-RFID工作原理

在UHF RFID阅读器及电子标签之间的通讯是采用电磁反向散射耦合方式完成。

电磁反向散射耦合方式类似雷达的工作原理，如下图所示。

阅读器就像手电筒，标签就像一个镜子，标签反射最大，就是逻辑“1”。标签反射最小，就是逻辑“0”。

阅读器开始工作之后，通过天线先向空间发送860～960 MHz频率范围的载波，激活标签，然后开始发送带调制的命令信息到标签（TAG），可以采用ASK调制，脉冲间隔编码（Pulse Interval Encoding），通讯速率26.7到128 KBIT/S。

在高频范围内的标签收到阅读器发出的高频载波信号，标签天线接收到特定的电磁波，天线就会产生感应电流，在经过整流电路时，激活电路上的微型开关，给标签供电。标签上的电子线路，将根据阅读器发出信息，通过ASK或者PSK 耦合方式进行调制，FM0等编码方式，向阅读器反馈相关信息。

UHF标签电路采用ASK和PSK的调制方式，将编码信息发送给阅读器，实现了阅读器和标签之间的双向通讯。

相互认证通过之后，阅读器会向电子标签发出读、写、锁定、kill、盘存等操作指令。

2.EPC编码

产品电子代码(EPC编码)是国际条码组织推出的新一代产品编码体系，原来的产品条码仅是对产品分类的编码，EPC码是对每个单品都赋予一个全球唯一编码，EPC编码96位(二进制)方式的编码体系，可以为2.68亿公司赋码，每个公司可以由1600万产品分类，每类产品有680亿的独立产品编码，形象的说可以为地球上的每一粒大米赋一个唯一的编码。EPC代码是由标头、厂商识别代码、对象分类代码、序列号等数据字段组成的一组数字。具体结构如表所示：

实验准备

1、 硬件连接：

1）为 UHF 读卡器安装连接 9V电源，关闭电源开关。

2）打开 UHF 读卡器电源开关， 确定右边 D1-D4 灯那一个亮起， 关闭电源开关。 把 UHF天线与 UHF读卡器亮灯那一个天线接口连接起来。

3）通过 USB 线把计算机与 UHF 读卡器连接起来。

读卡器连接示意图

2、USB 驱动安装

详见0.2节：FT232驱动安装。

安装成功在设备描述中有一个串口端口，安装完成后在设备管理器中查看COMxx端口，（例如COM8）如下图所示：

图：查看系统分配的串口号

上位机软件介绍

确保硬件连接正确，然后打开上位机软件RFIDread.exe（目录：\\\\RFID技术实验\\3-UHF RFID实验\\RFIDread）， COM口 完成自动选择连接，如下图。 功能选择 天线参数 选择协议命令 数据窗口

功能选择

EPC—EPC命令实验窗口 Find tags---询卡窗口

LOG窗口 GUI控制

天线参数设置 Frequence ? Main – 主频率 ? Aux -- 辅频率

Rx atten -- 接收灵敏度 Link -- 连接速率 Coding -- 编码方式

Antenna

ANT1~4 分别对应读卡器4个天线通道

RF POWER

Auto power off – 功率发送自动关闭 Enable 手动设置功耗使能

实验过程

1、 按实验准备内容提示完成驱动安装、硬件连接，打开上位机软件。 2、读取标签EPC号

(1) 运用盘点命令读取标签EPC号

把标签放在天线射频范围内，选择开始盘点（begin round）命令，点击执行（execute），读出标签EPC号；

(2) 运用读写数据块命令读标签EPC号： a) 先选取一张盘点到的EPC标签， b) 在命令窗口中选择读取（Read）命令，

c) 软件窗口内输入EPC号存储区，Bank Numeber 01、Block 1~7 。点执行（Execute）命令，查看读出的数据；

3、修改标签EPC号

a) 先选取一张盘点到的EPC标签；

b) 在软件窗口内输入要修改的EPC号地址和数据，写入标签EPC号并记录相应数据；

c) 重新盘点标签，查看修改后的EPC号并对比；

4、对天线参数进行设置。 天线主辅频率切换 接收灵敏度 连接速率 编码方式 多通道天线切换 射频POWER 设置

1.2、EPC Gen2读、写标签用户数据块实验

实验目的

学会操作UHF RFID读卡器读写标签和标签用户块数据。

实验设备

UHF 读卡器一个、UHF 天线一个、USB连接线一条、9V电源适配器一个、电脑一台、UHF实验上位机软件

实验知识预备与原理

EPC标签存储结构

在逻辑上来说，一个电子标签分为四个存贮体，每个存储体可以由一个或一个以上的存储器字组成。其存贮逻辑图为：

1、保留内存

保留内存为电子标签存贮密码（口令）的部份。包括灭活口令和访问口令。 灭活口令和访问口令都为4个字节。

其中： 灭活口令的地址为00H—10H（以字为单位，字长16位）； 访问口令的地址为20H—30H。 2、EPC存储器

EPC存储器用于存贮电子标签的EPC号、PC（协议-控制字）以及这部份的CRC-16校验码。

其中：

CRC-16：存贮地址为00，共2个字节16位，CRC-16为本存贮体中存

贮内容的CRC校验码。

PC：电子标签的协议-控制字，存贮地址为10，共2个字节16位。

PC表明本电子标签的控制信息，包括如下内容： PC为2个字节，16位，其每位的定义为： 00—04位：电子标签的EPC号的数据长度.

=00000B：EPC为0个字，0位

=00001B：EPC为1个字，16位 =00010B：EPC为2个字，32位

…

=11111B：EPC为31个字，496位

05—07位：RFU=000B 08—0F位：=00000000B

EPC号：若干个字,由PC的值来指定。

EPC为识别标签对象的电子产品码。EPC存储在以20H存储地址开始的EPC存储器内，MSB优先。

用于存贮本电子标签的EPC号，该EPC号的长度在以上PC 值中来指定，每类电子标签(不同厂商或不同型号)的EPC号 长度可能会不同。

用户通过读该存贮器内容命令读取EPC号。 3、TID存储器

该存贮体是指电子标签的产品类识别号，每个生产厂商的TID号都会不同。用户可以在该存贮区中存贮其自身的产品分类数据及产品供应商的信息。一般来说，TID存贮区的长度为4个字，8个字节。但有些电子标签的生产厂商提供的TID区会为2个字或5个字。

用户在使用时，需根据自己的需要选用相关厂商的产品。 4、用户存储器

该存贮区用于存贮用户自定义的数据。用户可以对该存贮区进行该、写操作。 该存贮器的长度由各个电子标签的生产厂商确定。每个生产厂商提供的电子标签，其用户存贮区的长度会不同。存贮长度大的电子标签会贵一些。用户应根据自身应用的需要，来选择相关长度的电子标签，以减低标签的成本。

EPC标签

EPC电子标签是由一个比大米粒1/5还小的电子芯片和一个软天线组成，可以像纸一样薄。EPC电子标签可以在1~6米的距离让阅读器探测到，一般可以读写信息。

1、德州仪器UHF EPC G2标签特点 – 非接触界面完全兼容UHF EPC G2标准； – 长距离操作解决方案（可达4-10m）； – 允许标签可以跨国家或地区使用； – 超快速数据率达到40-640kbits/s；

– 反冲突操作模式在欧洲达600张/秒，在美国可达1600张/秒； – 128bits的片上存储空间：96bit的EPC代码，32bit的标签标识符，并且还具备32bit空间作为存取密钥和32bit自毁命令； – 兼容UHF频段的ISO/IEC 18000-6 Type C标准。

2、飞利浦UCODE EPC G2标签特点

– 无线电界面接口完全兼容UHF EPC G2标准；

– 超长距离操作性能（在美国达到7m，在欧洲达到6.6m）； – 适合UHF RFID应用，允许一张标签可以在全世界通用； – 超快速数据率，上传达到40-160kbits/s，下载达到40-640kbits/s； – 超高速（如防冲突机制）标签操作可达600张/秒，在美国和欧洲可达1600张/秒；

– 512bits的片上存储空间：96bits的EPC代码，32bit的标签标识符，128bit

的用户可编程存储空间，并且还具备32bit空间作为存取密钥（口令）和32bit自毁命令；

– 同样的硬件结构一样可以运行UCODE HSL和UCODE EPC1.19。

EPC标签操作命令集

在对电子标签的操作中，有三组命令集，用于完成相关的操作。这三种命令分 别是：选择、盘存及访问，这三组命令集分别由一个或多个命令组成。

? 选择（SELECT） 由一条命令组成。

读写器对电子标签的读写操作前，需应用相关的命令，选择符合用户定义的标签。使符合用户定 义的标签进入相应的状态，而其他不符合用户定义的标签仍处于非活动状态，这样可有效地先将 所有的标签按各自的应用分成几个不同的类。以利于进一步的标签操作命令。

? 盘存（INVENTORY） 由多条命令组成。

盘存是将所有符合选择条件的标签循环扫描一遍，标签将分别返回其EPC号。用户利用该操作可 以首先将所有符合条件的标签的EPC号读出来。并将标

签分配到各自的应用块中。

盘存操作中有许多参数，并且是一个扫描的循环，在一个盘存扫描中，会组合应用到几条不同的 盘存命令，故一个盘存又被称为一个盘存周期。

因为读写器与标签之间对于盘存命令的数据交换的时间响应有严格的要求，故读写器会将一个盘 存周期操作设计成一个盘存循环算法，提供给用户使用。而不需要用户去自己设计盘存算法及盘 存步骤。

一般读写器会为各种不同的盘存需要设计几个优化的盘存算法命令，供用户使用。

? 操作（ACCESS）

用户应用该组命令完成对电子标签的各项读取或写入操作。

该命令集包括电子标签的密码校验、读标签、写标签、锁定标签及灭活标签等。

实验过程

1、按3.5 节实验准备内容提示完成驱动安装、硬件连接，打开上位机软件。 2、读标签用户数据块

a) 先选取一张盘点到的EPC标签， b) 在命令窗口中选择读取（Read）命令，

c) 软件窗口内输入要读取的用户区地址和数量，点执行（Execute）命令，查看读出的数据；

3、写标签用户数据块

a) 先选取一张盘点到的EPC标签， b) 在命令窗口中选择写入（write）命令，

c) 软件窗口内输入要写入的用户区地址和数量，点执行（Execute）命令，查看读出的数据并与修改之前做对比；

1.3、UHF标签综合应用实验

实验目的

通过综合应用实验使学生了解UHF的优点以及工程应用，并了解UHF应用开发的流程。

实验设备

UHF读卡器一个、UHF 天线一个、USB连接线一条、9V电源适配器一个、电脑一台、UHF综合应用实验上位机软件

实验过程

1）为 UHF 读卡器安装连接 9V电源，关闭电源开关。

2） 打开 UHF 读卡器电源开关， 确定右边 D1-D4 灯那一个亮起， 关闭电源开关。 把 UHF天线与 UHF读卡器亮灯那一个天线接口连接起来。

3）通过 USB 线把计算机与 UHF 读卡器连接起来。

4）打开读卡器电源开关。

5）此时打开配置上位机软件 RFID 演示软件。

路径：\\RFID技术实验\\3-UHF RFID实验\\UHF RFID物联演示系统

6)根据不同应用场景，点击图标进入不同实验界面。

门禁

超市

物流

7）选择“系统设置”进行配置，在此可配置计算机与网关主板通信方式，端口设置。

8）点击“开始寻卡”，然后根据不同应用场景在“卡片注册”或“实时演示”中开始

实验界面，如下图所示。

门禁 超市 物流

此时点击“开始读取”等待标签读取。

9)把 UHF 标签靠近 UHF 天线，网关主板液晶屏显示对应的标签地址。 RFID 演示软件上显示如下图所示。

门禁

超市

物流

此时，点击确认即可为每个标签注册一个物品。

10)根据不同标签在“实时演示”界面中进行实验，如下图所示。

如果是门禁，此时把标签靠近 UHF 读卡器，由于该标签上一步注册为 2 号门，因此，此时在 RFID 演示软件上可以看到，2 号门自动打开了，如上图所示。一段时间过后，2 号门自动关闭，如下图所示。

如果是超市，此时把标签靠近 UHF 读卡器（注意打开 RFID 演示软件右上角的“开始读取”） ，由于该标签上一步注册为红酒，因此，此时在 RFID 演示软件上可以看到，成功扫描一瓶红酒。再把该标签靠近 HF读卡器一次，即显示成功扫描了 2 瓶红酒，如下图所示，这成功演示了一个超市商品管理系统，点击“确认购买”即完成产品出库销售。

11)完成门禁开关，超市商品管理，物流管理中物品进出库的实时演示后，我们可以通过历史查询来了解以前的操作，如下图所示。

门禁

超市

物流

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/c2tx.html