0 前言
射頻識別（即RadioFrequencyIdentification，以下簡稱RFID）技術是從九十年代興起的一項自動識別技術。它利用無線射頻方式進行非接觸雙向通信，以達到識別目的并交換數據。與磁卡、IC卡等接觸式識別技術不同，RFID系統的電子標簽和讀寫器之間無須物理接觸就可完成識別，因此它可實現多目標識別、運動目標識別，可在更廣泛的場合中應用。本文研制的射頻識別系統和相應的數據校驗算法是對射頻識別技術的一次成功嘗試。
1 射頻識別原理
典型的RFID系統由電子標簽（Tag），讀寫器（Read/WriteDevice）以及數據交換、管理系統等組成。電子標簽也稱射頻卡，它具有智能讀寫及加密通信的能力。讀寫器由無線收發模塊、天線、控制模塊及接口電路等組成。射頻識別是無源系統，即電子標簽內不含電池，電子標簽工作的能量是由讀寫器發出的射頻脈沖提供。電子標簽接收射頻脈沖，整流并給電容充電。電容電壓經過穩壓后作為工作電壓。數據解調部分從接收到的射頻脈沖中解調出數據并送到控制邏輯。控制邏輯接受指令完成存儲、發送數據或其它操作。EEPROM用來存儲電子標簽的ID號及其它用戶數據。
2 射頻識別系統設計
目前各大芯片廠商都開發了用于射頻識別的ASIC（數字模擬邏輯混合型專用電路），本文研制的射頻識別系統是基于德州儀器公司的TMS3705基站芯片，由基站芯片設計基站發射和接收電路，同時設計基站天線。基于TMS3705基站芯片搭建射頻基站，臺灣聯陽電子提供了基于TMS3705的射頻基站模塊RFM001.
圖1基站芯片及射頻基站模塊
射頻卡發射數據后由射頻基站天線接收，由基站處理后經基站的輸出腳把得到的數據流發給微處理器的輸入口。基站只完成信號的接收和整流工作，而信號的解調解碼的工作由微處理器來完成。微處理器要根據輸入信號在高電平、低電平的持續時間來模擬時序進行解碼操作。現在比較流行的編碼方法有Mancheester編碼，Biphase編碼。
本系統是基于TMS3705基站芯片的射頻識別系統，所采用的射頻卡是RFM001讀寫卡，要想正確的完成射頻識別系統的開發，必須了解所使用的射頻卡的讀寫特性。這些特性包括：EEPROM的存儲分配、卡的同步信號、發射頻率、卡控制邏輯、寫卡以及其他卡操作的命令格式等。
2.1 數據在RFM001射頻卡中的存儲格式
包含Startbyte共有14bytes數據
用戶數據區共有10個字節，建議采用對數據進行CRC校驗，故建議第2-9byte為用戶數據區，第10、11byte為CRC校驗碼。
以下給出基站讀取數據的時序（如圖2），由射頻卡發出的數據采用FSK調制。
圖31個字節的傳輸格式
每個Byte的格式如圖3，由10bits組成，第一個bit是STARTbit固定為HI，最后一個bit是Stopbit固定為LOW，第2-9bit實際發送的數據（最先收到的bit為LSB），由于是負邏輯數據需要反相處理（LOW=1、HI=0）。
2.2 RFM001射頻卡寫入格式
要將用戶數據寫入RFM001射頻卡，必須遵循下列格式。
用戶數據區的數據可由用戶完全決定，但建議采用2byte校驗碼的CRC校驗來校驗數據。所以對于10個byte的用戶數據，前面8個字節作為用戶數據，后面2個字節作為用戶數據的CRC校驗碼。
對于一位的寫入采用的是脈寬調制，根據占空比的不同來確定是寫入1還是寫入0，具體占空比見圖4.
圖4位寫入方式
2.3 射頻識別系統硬件設計
射頻識別系統主要硬件組成是由單片微處理器構成射頻信號的解碼模塊，其主要構成如下框圖，其中通過RS232串行通訊將數據交給PC機進行處理。
圖5射頻識別系統硬件框圖
2.4 射頻識別系統軟件設計
射頻識別系統的軟件設計，其核心部分是射頻卡發出的射頻信號的讀取和用戶數據的寫入射頻卡。
2.4.1 射頻信號的讀取
將TXCT置為Low，Delay50ms后，再將TXCT恢復成High.
此時約過3ms，SCIO開始輸出數據，第一個Byte即為STARTByte，總共輸出14Bytes數據。見圖6.
圖6射頻信號讀取控制
2.4.2 射頻信號的寫入
根據射頻信號的寫入格式，按照如下的寫入時序，即可將數據寫入射頻卡內。見圖7.
圖7射頻卡寫入控制
3 CRC數據校驗算法
CRC校驗是為了檢查信息字段是否傳送正確而設置的，它是信息字段的函數。建議采用CCITT推薦的16位的循環冗余校驗碼（CRC－CCITT），其生成多項式為：G（x）=X16＋X12＋X5＋1.CRC校驗碼由于其實現簡單，驗錯率高，因而在許多通訊場合廣泛采用。本文采用的CRC－CCITT，能檢測出所有的雙錯、奇數位錯、突發長度不大于16的突發錯以及99.997%的突發長度為17的突發錯和99.998%的突發長度大于或等于18的突發錯。CRC校驗碼的數學原理本文在此不作介紹。本文在這里說明怎樣實現CRC校驗。CRC校驗碼的運算可以用移位寄存器和半加器來實現。如附圖8所示。
圖8CRC校驗實現原理
發送端的校驗過程：
1）先設定CRC校驗碼（2個bytes）的初始值為00H，00H（000000000000000）。（圖8中0-15表示CRC的bit0-15）。
2）CRC校驗碼全部右移一位，由A處與要進行CRC校驗的數據的第1個Bit作XOR運算。
3）步驟2運算后A處的結果為1時，反相MSB（Bit15），檢查MSB是否為1，是為1時則反相Bit13和Bit10，不是則轉到步驟4.
A處的結果為0時，檢查MSB是否為1，是為1時則反相Bit3和Bit10，不是則轉到步驟4.
4）檢查A處是否已做64次，不是，重復步驟2到4.
5）重復2-4，做CRC運算，所得最后數值就是CRC校驗碼。
接收端校驗的過程，其實就是所有信息碼加上CRC校驗碼作為一個整體，再求一次CRC校驗的過程，如果最后結果是全零，則表示CRC校驗正確，否則表示錯誤。由于和發送端實現原理相同，這里就不再重復。
雖然上面是以一種硬件實現的方法為例說明，但按照其中描述的數據流向卻可以輕松的由軟件實現。由于所討論的射頻識別系統的傳輸速率不大，建議在這里不用專門硬件而用軟件方式實現CRC校驗，其計算量是很小的。限于篇幅，未列出源程序。
4 結論
本文研制的射頻識別系統已成功應用于投幣式洗衣機的替代產品，具有較好的實際使用效果。射頻卡中存有使用洗衣機的次數，射頻識別系統識別到合法卡后，洗衣機開始運轉，同時，射頻卡中的使用次數相應減少，從而替代了投幣。