CN101093549A

CN101093549A - 射频识别系统的读写器的数据读取及标签的数据发送方法

Info

Publication number: CN101093549A
Application number: CN 200710119626
Authority: CN
Inventors: 郝宝鹏
Original assignee: BEIJING HENGTAI TECHNOLOGIES Co Ltd
Current assignee: BEIJING HENGTAI TECHNOLOGIES Co Ltd
Priority date: 2007-07-27
Filing date: 2007-07-27
Publication date: 2007-12-26
Anticipated expiration: 2027-07-27
Also published as: CN101093549B

Abstract

本发明公开了一种射频识别系统的读写器的数据读取方法及标签的数据发送方法，所述读取方法包括：发出报数命令；在FixTm1时间段内，检测是否有载波信号，如果有，则接收标签发送的响应数据包，并判断是否为在编号顺序中最后一个标签，如果不是，则在FixTm2时间段内，检测是否有载波信号。所述发送方法为标签检测是否有载波信号。如果检测到载波信号，就接收数据并判断是否为读写器发送的报数命令数据包，如果是，标签就进入报数的处理过程。本发明提高了RFID系统的工作效率，并且实现简单，可靠性高。

Description

射频识别系统的读写器的数据读取及标签的数据发送方法

技术领域

本发明涉及一种射频识别系统的读写器的数据读取及标签的数据发送方法，尤其是一种基于分组报数法的防碰撞原理的数据读取及数据发送方法。

背景技术

射频识别(radio frequency identification，简称RFID)技术是一项利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。

RFID系统一般由电子标签和读写器两个部分组成，读写器具有同时读取多个电子标签的功能。在多标签对一个读写器的RFID系统中，标签经常会同时向读写器传输数据，这就要求RFID系统建立一种仲裁机制来避免数据发生碰撞。考虑到电子标签本身尺寸、能耗的限制，防碰撞机制在保障功能的同时还要求尽量简单易行，这正是RFID系统设计的挑战之一。

现有技术采用的防冲突算法就是轮询法，即读写器按一定的顺序向RFID系统内的每一个标签发送查询命令，标签收到读写器的查询命令后向读写器发送应答信号。轮询法容易实现、可靠性高，但缺点是系统工作效率低。

发明内容

本发明的目的是提供一种射频识别系统的读写器的数据读取及标签的数据发送方法，在防止数据读取冲突的基础上，进一步提高RFID系统的工作效率。

为实现上述目的，本发明提供了一种射频识别系统的读写器的数据读取方法，包括如下步骤：

步骤A1、读写器发出报数命令；

步骤A2、读写器在FixTm1时间段内，检测是否有载波信号，如果有，则执行步骤A3，否则，执行步骤A1；

所述FixTm1按照如下公式计算：

FixTm1＝T3+(N-2)×T2+(N-1)×T1+T1；

其中，T1为预先设定的用于延时检测载波信号的时间单元，T2为标签从待机模式切换到接收模式或发送模式的所需的时间单元，T3为标签读取及处理数据的时间单元，N标签总数；

步骤A3、接收标签发送的响应数据包；

步骤A4、判断接收到的响应数据包对应的标签是否为在编号顺序中最后一个标签，如果是，则执行步骤A1，否则，执行步骤A5；

步骤A5、读写器在FixTm2时间段内，检测是否有载波信号，如果有，则执行步骤A3，否则，执行步骤A1；

所述FixTm2按照如下公式计算：

FixTm2＝FixTm1-RRecTsn×(T1+T2)，其中RRecTsn为接收到的响应包对应的标签的编号。

本发明还提供了一种射频识别系统的标签的数据发送方法，包括如下步骤：

步骤B1、标签检测是否有载波信号；

步骤B2、当检测到载波信号时，所述标签接收数据包，并判断该数据包是否为读写器发出的报数命令数据包，如果是，则执行步骤B3，否则，执行步骤B1；

步骤B3、判断是否为编号顺序中第一个标签，如果是，则所述标签发送响应数据包，否则，执行步骤B4；

步骤B4、所述标签在FixTm3时间段内，检测是否有载波信号，如果有，则执行步骤B5，否则，发送响应数据包；

所述FixTm3按照如下公式计算：

FixTm3＝(TSelfTsn-2)×T2+(TSelfIsn-1)×T1

其中，T1为预先设定的用于延时检测载波信号的时间单元，T2为标签从待机模式切换到接收模式或发送模式的所需的时间单元，TSelfTsn为所述标签的编号；

步骤B5、所述标签接收其他标签发送的响应数据包，从该响应数据包中提取出发送该数据包的标签的编号TRecTsn，并计算TselfTsn与TRecTsn的差值是否为1，如果是，则发送响应数据包，否则，执行步骤B6；

步骤B6、所述标签在FixTm4时间段内，检测是否有载波信号，如果有，则执行步骤B5，否则，发送响应数据包；

所述FixTm4按照如下公式计算：

FixTm4＝(TSelfTsn-TRecTsn-1)×(T2+T1)。

由上述技术方案可知，本发明提高了RFID系统的工作效率，并且实现简单，可靠性高。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的读写器的工作流程图；

图2为本发明的标签的工作流程图1；

图3为本发明的标签的工作流程图2

图4为本发明实施例的系统工作时序图1；

图5为本发明实施例的系统工作时序图2；

图6为本发明实施例的系统工作时序图3。；

具体实施方式

RFID系统由读写器和标签组成，其中读写器的工作流程如图1所示，包括如下步骤：

步骤A1、读写器发出报数命令；

所述FixTm1按照如下公式计算：

FixTm1＝T3+(N-2)×T2+(N-1)×T1+T1；

其中，T1为预先设定的用于延时检测载波信号的时间单元，可以根据实际情况在9us-11us之间取值，T2为标签从待机模式切换到接收模式或发送模式的所需的时间单元，T3为标签读取及处理数据的时间单元，可以根据实际情况在50us-100us间取值，N标签总数；

步骤A3、接收标签发送的响应数据包；

所述FixTm2按照如下公式计算：

其中，标签的工作流程如图2所示，包括如下步骤：

步骤B1、标签检测是否有载波信号；

所述FixTm3按照如下公式计算：

FixTm3＝(TSelfTsn-2)×T2+(TSelfTsn-1)×T1

所述FixTm4按照如下公式计算：

FixTm4＝(TSelfTsn-TRecTsn-1)×(T2+T1)；

其中，T3为标签读取及处理数据的时间单元，T4为标签发送响应数据包的时间单元，T5为读写器发送报数命令数据包的时间单元，N为标签总数。

另外，为了降低功耗，标签可以工作于定时唤醒模式，标签休眠一段时间后被唤醒进入运行模式，此时，工作流程如图2所示，上述步骤B1可以具体为：

步骤B11、所述标签在预先设定的FixTm5时间段内检测是否有载波信号，如果有，则执行步骤B2，否则，执行步骤B12；

步骤B12、进入休眠模式，经过休眠时间段后，从休眠模式中唤醒，执行步骤B11。

在上述流程中，在标签执行完发送响应数据包的操作后，可以执行步骤B12。

其中，所述FixTm5时间段可以通过如下公式计算：

FixTm5＝T3+T2+(N-2)×T2+(N-2)×T1+T2+T4+T5；

下面通过一个具体实施例来进一步说明本发明的方法，分组报数防冲突算法限制的系统容量最大为65536*65535个标签(由标签标识符的数据结构决定)。下面以60000个标签的系统容量为例。为了减少标签返回数据时的相互干扰，把60000个标签分成6组即每组分为10000个标签，相应的RFID读写器也被分成6组，各组的工作频率互不相同(同一组内读写器与标签的工作频率必须相同)。这样各组同时工作，每组即为一个独立的RFID系统，互不干扰，提高了系统的性能。

在一组内，将10000个标签从1开始按顺序编号，即每个标签都有一个编号。这样就标签设置了一个返回数据的周期序列。

读写器一直处理发送接收的循环工作模式，即向标签发送“报数”命令数据包，并等待接收标签的返回数据。由于处于读写器作用范围之内的标签数量不定，所以读写器发送“报数”命令数据包的间隔定时不定。当读写器作用范围之内没有标签时，读写器发送“报数”命令数据包的间隔时间最短(用TS表示)；当全部标签都在读写器作用范围之内时，读写器发送“报数”命令数据包的间隔时间最长(用TL表示)。读写器发送“报数”命令数据包的时间用T5表示。

为了降低功耗，标签工作于定时唤醒模式。标签休眠一段时间后(用TW表示)被唤醒进入运行模式，并检测是否有载波信号(检测时间长度为TL+T5)。如果没有检测到载波信号标签再次进入休眠模式。如果检测到载波信号，就接收数据包，并判断是否为读写器发送的“报数”命令数据包，如果是“报数”命令数据包，标签就进入报数的处理过程(标签根据自已的编号，在相应的返回周期将自己编号发送给读写器)；如果不是“报数”命令数据包，标签又处于在TL+T5时间内检测载波信号的状态。标签发送响应包的时间为T4。

本实施例中读写器和标签硬件参数如下：

CPU采用AT91SAM7A3，工作频率为48MHz，指令周期为21ns。

无线通讯模块采用nRF2401，无线频率范围2.4GHz-2.483GHz，无线速率为250Kbps(4us/bit)。

nRF2401模块中，各模式转换时间如下：

待机模式(STBY)到发射模式(TX)转换时间为210us

待机模式(STBY)-->接收模式(RX)转换时间为210us

TX到RX转换时间为210us

RX到TX转换时间为210us

系统其他相关参数：

读写器发送的命令包内容：标签使用的nRF2401硬件地址码(4Bytes)、命令码(1Byte)、CRC8(循环冗余校验码，简称CRC)(1Byte)。

读写器发送命令时间T5：6(byte)*8(bit)*4(us)＝192us。

标签发送的响应包内容：读写器使用的nRF2401硬件地址码(4Bytes)、标签标识符(4Bytes)、CRC8(1Byte)。

标签发送响应包时间ta：9(byte)*8(bit)*4(us)＝288us。

标签标识符(32bits)定义如下：

D31-D16	D15-D0
D31-D16	D15-D0	标签所在的组号	标签在组内的编号

标签标识符域的取值范围：

标签所在的组号：0-65535

标签在组内的编号：1-65535，(0保留不用)。

相关标号说明：

TSelfTsn为标签自己的编号；

TRecTsn为标签收到的其它标签的编号；

RRecTsn读写器收到的标签的编号。

系统容量为60000个标签。把60000个标签分成6组，每组有10000个标签，标签编号为1-10000，各组独立工作。

工作时序时间设定：

1.设定CPU从nRF2401模块中取出数据包，并处理数据包所用的时

间T3为100us。

2.设定延时载波信号检测有效时间T1为10us。

本实施例的读写器的工作流程如下，在读写器初始化后，包括：

步骤101、读写器发出报数命令数据包；

步骤102、在预先设定的FixTm1的时间段内检测是否存在载波信号，如果存在，则执行步骤103，否则，执行步骤101；

步骤103、接收标签发送的响应数据包；

步骤104、判断RRecTsn是否等于1000，是则，执行步骤101，否则，执行步骤105；

步骤105、在指定的FixTm2时间段检测是否有载波信号，如果有则，执行步骤103，否则，执行步骤101；其中，FixTm2＝FixTm1-RRecTsn×(T1+T2)＝FixTm1-RRecTsn×(210+10)us)。

本实施例的标签的工作流程如下，在标签初始化后，包括：

步骤201、在指定的时间段FixTm5(本实施例中FixTm5＝TL+T5)内检测是否有载波信号，如有则执行步骤202，否则，进入休眠模式；

步骤202、接收数据包，并判断该数据包是否为读写器发出的报数命令数据包，如果是，则执行步骤203，否则，进入休眠模式；

步骤203、判断TSelfTsn是否为1，如果是，则发送响应数据包，否则，执行步骤204；

步骤204、在FixTm3时间段内，检测是否有载波信号，如果有，则执行步骤205，否则，进入休眠模式；其中，FixTm3＝(TSelfTsn-2)×T2+(TSelfTsn-1)×T1＝(TSelfTsn-2)×210us+(TSelfTsn-1)×10us；

步骤205、接收其他标签发送的响应数据包，判断TSeflTsn-TRecTsn是否等于1，如果是，则发送响应数据包，否则，执行步骤206；

步骤206、在FixTm4时间段内，检测是否有载波信号，如果有，则执行步骤205，否则，发送响应数据包；其中，FixTm4＝(TselfTsn-TRecTsn-1)×(T2+T1)＝(TSelfTsn-TRecTsn-1)×(210+10)us。

在上述流程中，标签休眠一预定时间段后，执行唤醒操作，然后执行步骤201，并且在发送响应数据包后，进入休眠模式。

下面通过几种不同的情况，并结合时序图来说明本实施例的标签和读写器的工作流程：

1、1号、2号、3号标签在读写器作用范围之内的时序图如图4所示：1号、2号、3号标签进行初始化后，转入接收模式，标签1、2和3同时接收到了报数命令数据包，并转入待机模式进行数据处理(由接收模式或发送模式转为待机模式的时间很短，可以忽略不计)，并且都执行了100us的提取数据包并进行处理判断的操作，然后1号标签从待机模式转为发送模式(耗时210us)然后发送数据响应包，而2号、3号标签从待机模式转为接收模式，2号标签和3号标签收到1号标签发送的数据响应包后，去处数据包进行判断，2号标签发现其编号与1号标签的编号差值为1，则转入发送模式，发送数据响应包，而此时，3号标签继续等待，待2号标签发送完数据包后，3号标签接收发送完数据包，提取包中的数据进行判断，发现3号标签的编号与2号标签的编号差1，则转入发送模式，发送响应数据包。

2、只有2号和3号标签在读写器作用范围之内的时序图如图5所示：

2号标签在收到读写器发出的报数命令数据包后，执行了提取数据及判断操作(100us)和从待机状态转入接收状态(210us)后，再延时检测10us，结果未检测到载波信号，则转入发送模式，发出响应数据包；

3号标签在收到读写器发出的报数命令数据包后，执行了提取数据及判断操作(100us)和从待机状态转入接收状态(210us)后，除了延时检测10us外，还要延时等待2号标签进行延时检测及模式转换的时间(210us+10us)。

3、只有2号和4号标签在读写器作用范围之内的时序图如图6所示：

其中，4号标签还要延时等待3号标签可能进行延时检测、模式转换或延时等待的时间。

系统中相关时间的计算：

1、一组内10000个标签都在读写器作用范围之内时，读写器查询一圈的时间为：(100+210+288)us*10000+192us约为5.98秒，也即FixTm5的时间。

2、一组内只有第10000标签都在读写器作用范围之内时，读写器查询一圈的时间为：

100us+210us+(10000-2)*210us+(10000-2)*10us+210us+288us+192约为2.2秒。

3、读写器的指定检测载波信号时间段FixTm1，是假定一组内只有最后一个标签(即编号为10000的标签)处于读写器的作用范围内时，读写器所要等待的时间，可以设定为与一组内只有第10000标签都在读写器作用范围之内时，读写器查询一圈的时间相同即：

100us+(10000-2)*210us+(10000-1)*10us+10us＝2199680us，约为2.2秒。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims

1、一种射频识别系统的读写器的数据读取方法，其特征在于，包括：

步骤A1、读写器发出报数命令；

所述FixTm1按照如下公式计算：

FixTm1＝T3+(N-2)×T2+(N-1)×T1+T1；

步骤A3、接收标签发送的响应数据包；

所述FixTm2按照如下公式计算：

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述T1为9us-11us和/或，所述T2为210us，和/或，所述T3为50us-100us。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述射频识别系统中，将所有标签及读写器进行分组，各组采用不同的工作频率，各组的标签以不同的工作频率分别与其对应读写器之间进行数据收发操作。

4、一种射频识别系统的标签的数据发送方法，其特征在于，包括：

步骤B1、标签检测是否有载波信号；

所述FixTm3按照如下公式计算：

FixTm3＝(TSelfTsn-2)×T2+(TSelfTsn-1)×T1

所述FixTm4按照如下公式计算：

FixTm4＝(TSelfTsn-TRecTsn-1)×(T2+T1)。

5、根据权要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤B1具体为：

6、根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在发送响应数据包后，执行步骤B12。

7、根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述FixTm5时间段通过如下公式计算：

FixTm5＝T3+T2+(N-2)×T2+(N-2)×T1+T2+T4+T5；

8、根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述T1为9us-10us，和/或，所述T2为210us。

9、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述T3为50us-100us，和/或，所述T4为288us，和/或，所述T5为192us。

10、根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述射频识别系统中，将所有标签及读写器进行分组，各组采用不同的工作频率，各组的标签以不同的工作频率分别与其对应读写器之间进行数据收发操作。