如何进行面向纺织MES系统的RFID嵌入式数据采集终端设计？

4 嵌入式数据采集终端软件设计

生产数据采集系统中终端应用软件需按任务进行规划和设计，最关键的几个任务为：系统初始化以及主程序、RFID读写器信息处理任务、TCP/IP通信任务、人机界面管理、状态检测和控制。大部分程序功能模块都是采用中断方式完成的，这样可以使程序迅速响应其他外部事件，及时准确的对外设进行控制。软件系统主程序流程如图7所示。

图7 数据采集终端系统软件主程序流程

4.1 射频识别单元软件结构设计

在数据采集系统中，采用RFID技术实现底层生产数据的识别与控制。作为软件系统的核心，将详细说明射频识别单元射频标签与读写器之间数据通信的软件设计。

射频识别数据采集部分主要包括射频识别芯片初始化、标签查询、防冲突检测、标签卡选择、认证操作、数据块读写等。读写终端与标签卡的通信整体流程如图8所示。

图8 读写终端与标签卡通信流程

4.2 MF RC522对标签的寻卡程序设计流程

当MF RC522初始化结束后，第1步工作就是寻找感应区内是否有满足ISO/IEC 14443A标准的射频卡。寻卡程序的流程如图9所示。

图9 MF RC522对标签的寻卡程序流程

流程中寻卡命令有2个：0x52表示寻找感应区内所有符合14443A的标准卡，0x26表示寻找未进入休眠状态的卡。返回值2个字节的卡片类型数据，0x4400表示Mifare UhraLight卡，0x0400表示Mifare One(S50)卡，0x0200表示Mifare One(S70)卡，0x0800表示Mifare Pro(X)卡，0x4403表示Mifare DESFire卡。

4.3 射频标签防碰撞程序设计流程

当MF RC522的感应区内同时有多个射频卡时，需要进行防碰撞处理。ISO/IEC 1443A的防碰撞指令格式以及防碰撞程序流程如图10所示。

图10 MF RC522对标签的防碰撞程序流程

图10中，防碰撞指令0x93表示射频卡的UID只有4个字节，NVM表示UID中有效的比特数，如当NVM为0x20时表示UID的有效比特数为32 bit。BCC只有当NVM为0x70时(即UID的4个字节都正确)才存在，表示此时整个UID都被识别，最终结果是要取得卡片的UID，防碰撞流程结束。

4.4 读射频标签程序设计流程

在对卡片的块区进行操作前，为提高安全性，必须对卡片进行密钥验证。当密钥选择为0TImes;60时表示验证密钥A;当密钥选择为0TImes;61时表示验证密钥B。当密钥验证码写入FIFO并发送出去后如果无错误返回值，可对射频标签进行读写操作。

射频标签读操作指令先要计算读操作指令的CRC校验码(2个字节)，最后把这2个字节的指令和2个字节的CRC校验码发送到FIFO。当返回值无CRC错误并得到18个字节的数据时，说明读操作成功。在这18个字节中只有16个字节是有效的，剩下的2个字节为填充字节。读操作流程如图11所示。

图11 读标签操作流程

4.5 写射频标签程序设计流程

写操作指令包含2次握手过程。第1次先往FIFO内送入写操作指令，等待卡片的应答信号，如果接收到4个比特的应答信号1010，则可以发送数据;否则说明块区未准备好，必须等待块区准备好后再写数据。

数据写入以后同样等待卡片的应答信号，如果接收到4个比特的应答信号1010，则说明写入成功;否则说明写入失败。写操作的流程如图12所示。

图12 写标签操作流程

5 系统测试

为便于测试RFID数据采集终端数据读写的可靠性，设计开发了简单的PC端上位机演示程序。该软件基于Visual Basic程序设计语言开发，系统测试直观、方便。软件的主要功能是测试RFID读写器与射频标签之间数据通信的正确性和可靠性，如图13所示。

图13 射频标签读写测试

6 结束语

本文面向纺织企业信息化改造，设计了基于RFID技术的生产制造执行系统总体框架结构，并针对企业现有生产线数据采集终端的一些不足，构建了基于RFID 技术、嵌入式技术与Internet技术3者相结合的数据采集终端系统。经测试，该系统可以有效地解决目前生产领域数据采集处理的问题，在控制系统成本的同时，获得更高的安全性、可靠性和便捷性，实现数据采集、生产管理以及企业信息控制的无缝集成。