深圳大学-智能网络与计算-实验一：RFID原理与读写操作

实验目的与要求

1. 掌握超高频RFID标签的寻卡操作。
2. 掌握超高频RFID标签的读写操作。
3. 掌握超高频RFID标签多张卡读取时的防冲突机制。

方法，步骤

1. 软硬件的连接与设置
2. 超高频RFID寻卡操作
3. 超高频RFID防冲突机制
4. 超高频RFID读写卡操作

实验过程及内容

一．软硬件的连接与设置

(1) 从实验箱中取出超高频 RFID 读写器模块

(2) 跳线帽如下

(3) 用跳线帽将读写器模块的跳线跳至 USB 端

(4) 900MHz 超高频RFID读写器与 PC 端连线
使用 USB 线将超高频读写器模块与电脑连接后，模块上的 Power 指示灯会常亮，如图所示。说明超高频读写器模块功能正常；随后，将超高频 RFID 标签置于读写器上方一定距离，即可开始实验。

二．超高频RFID寻卡操作

(1) 打开 PC 端的 RFIDDemo 软件

(2) 在左侧边栏选择“超高频900M”模块，软件将自动设置串口号、波特率。打开串口，界面如下:

(3) 寻卡。将 900M 的超高频 RFID 标签放在射频识别模块上方。单击底部的“单次寻卡”，卡号信息就被读取出来，在“寻卡操作”区和 “数据读写”区的卡号框内显示。

三．超高频RFID防冲突机制

(1) 原理：如果在读写器附近同时出现几张卡，可以看到不同的卡号相继被读出。当需要获取其中某一张卡片的信息时，在右侧的卡号下拉框中选中要操作的卡号即可对卡片进行读写操作
(2) 将多张卡一起放在检测区域旁边，观察RFIDDemo软件读出来的结果，结果如下:

(3) 通过上述操作，我们可以发现：

1. 超高频RFID读写器是可以同时读取多张900M电子标签的，具有防冲突机制。
2. 寻卡操作读出的卡号是 EPC 存储器存储的电子产品代码（EPC 编码），共 12 字节，即 96bit-EPC。
   例如：上面读出的 900M 标签 EPC 编码为 E2 00 00 1D 71 13 01 34 24 00 66 13。
   E2（H）为标头；固定为 8bit，用于识别 EPC 的长度、类型、结构、版本号 ;
   00001D7（H）为厂商识别代码；固定为 28bit，识别公司或企业实体 ;
   113013（H）为对象分类代码，固定为 24bit；
   424006613（H）为序列号,固定为 36bit。

四．超高频RFID读写卡操作

1.各内存区数据读取操作
“卡号”下方是“内存区域”，有四个下拉选项，分别是 RFU、EPC、TID、USER。

其中，EPC、TID 区 是不可写入的。选择 EPC、TID 区时，最下方的写入按钮是无效的。如图所示


“内存区域”下方是“起始读取地址”，默认从 0 开始；读取以1个字（16bit）为单位长度，例如读取长度为4，则代表读4个字（64bit）的数据
(1) 选择内存区域为 RFU，单击“读取”按钮进行 RFU 数据读取，且 RFU 保留区数据读取要求“起 始读取地址”+“读取长度”不得大于4，否则会出现“重新输入起始读取地址和读取长度”的提示。因此，RFU区一次性能读取的最大存储空间为4个字。如图所示:


(2) 选择内存区域为 EPC。这里可以查看卡片的 EPC 号码。首先选择起始读取地址为0，读取长度为4，单击读取按钮，查看读取信息。

对上述数据进行分析：根据超高频 RFID 标签存储结构，我们可知，EPC存储区的第 1~2 字节为 CRC-16 校验，第3~4个字节是 PC 数据，第5~16字节为 EPC 编码号。因此，本张超高频 RFID 标签的 CRC-16校验是 AB 17，PC 为 34 00。可是EPC编码是12字节（96bit）的数据，这里只显示了E2 00 00 1D，共 4 个字节的数据，这是怎么回事呢？这是因为读取长度和读取地址造成的。
保持最大读取长度4不变，更改“起始读取地址”为4，继续读取EPC编码。

将上述两段数据进行拼接，即可得到完整的 EPC 存储区数据。是否可以继续读取呢？进行尝试，当起始读取地址填入5，读取长度为4时，就会出现如下错误提示(如下图所示)。这是因为起始读取地址+读取长度的值不得大于8造成的，现起始读取地址为5，读取长度为4，5+4>8，故出现错误提示。因此，EPC区一次性能读取的最大存储空间为8个字。

(3) 读TID区。TID码是不同标签之间的识别码，具有唯一性。



由上测试，我们可以发现，当起始读取地址填入8，读取长度为2时，出现了错误提示。这是因为 读取TID区数据时，要求“起始读取地址”+“读取长度”之和不得大于9，否则会出现“重新输入起始读取地址和读取长度”的提示。因此，TID区一次性能读取的最大存储空间为 9个字。
(4) 选择 UESR 内存区，单击读取。

当起始读取地址填入16，读取长度为5时，出现了错误提示。这是因为读取TID区数据时，要求“起始读取地址”+“读取长度”之和不得大于20，否则会出现“重新输入起始读取地址和读取长度”的提示。如下图所示，由此可知USER区一次性能读取的最大存储空间为20个字节。

2. 各内存区数据写入操作
根据实验手册指示，在USER区进行写入数据操作
(1) 在内存区域，选择“USER”

(2) 在最下方的写入栏，指定“起始写入地址”，“写入长度”为系统计算，单击“写入”按钮，写入信息。

出现写入成功提示

再单击读取，读取信息栏会显示写入后的数据

第二次写入信息。

出现写入成功提示

第二次读取到的内容

3. 其他设置
在RFIDDemo软件的左侧，还可以获取射频模块的一些数据并对其进行设置，如地区的设置、功率的设置以及 RF 频道的设置。

实验结论

1.工作原理：
RFID系统由读写器和标签组成。读写器通过发送射频信号与标签通信，标签接收射频信号并回复包含其识别信息的数据。RFID标签通常包括一个芯片和一个天线。当标签处于读写器的射频场内时，射频能量激活标签芯片，使其能够回复数据。
2.寻卡操作：
寻卡操作是读写器向周围环境发送射频信号，使得附近的RFID标签被激活并回复。读写器接收并解码标签回复的数据，识别特定标签的存在和位置。
3. 读写操作：
读写操作是指读写器向标签发送指令，要求标签回复其存储的数据。标签收到指令后，将存储的数据回复给读写器，读写器解码并显示或存储这些数据。
4. 防冲突机制：
在多张卡同时读取时，可能出现多个标签同时响应的问题，即冲突。RFID系统采用不同的防冲突机制来处理这种情况，如时间分割多址或碰撞检测算法，以确保每个标签都能被正确读取而不受干扰。

心得体会

在本次实验中，我接触并了解了RFID技术，我对其在物联网和智能化领域中的广泛应用有了更深刻的认识。RFID技术不仅可以用于物品追踪和管理，还可以在各行各业中提高工作效率、简化流程，并为数据采集和分析提供更多可能性。
例如在交通领域，RFID技术可用于电子收费、智能停车场管理、车辆识别等，提升交通运输效率，改善交通拥堵问题。
总的来说，RFID技术不仅在物联网领域有着广泛应用，还在各行各业中发挥着重要作用，为实现智能化、自动化和数字化提供了强有力的支持和基础。