PLC及PC與RFID識(shí)別讀寫器串行通訊的實(shí)現(xiàn)

RFID的全稱是Radio Frequency Identification，即射頻識(shí)別,它利用無線電射頻實(shí)現(xiàn)可編程控制器（PLC）或微機(jī)（PC）與標(biāo)識(shí)間的數(shù)據(jù)傳輸, 從而實(shí)現(xiàn)非接觸式目標(biāo)識(shí)別與跟蹤。

一個(gè)典型的RFID射頻識(shí)別系統(tǒng)包括四部分：標(biāo)識(shí)、天線、控制器和主機(jī)（PLC或PC），系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見圖1。

圖1 RFID射頻識(shí)別系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

標(biāo)識(shí)一般固定在跟蹤識(shí)別對(duì)象上，如托盤、貨架、小車、集裝箱，在標(biāo)識(shí)中可以存儲(chǔ)一定字節(jié)的數(shù)據(jù)，用于記錄識(shí)別對(duì)象的重要信息。當(dāng)標(biāo)識(shí)隨識(shí)別對(duì)象移動(dòng)時(shí)，標(biāo)識(shí)就成為一個(gè)移動(dòng)的數(shù)據(jù)載體。以RFID在計(jì)算機(jī)組裝線上的應(yīng)用為例，標(biāo)識(shí)中可以記錄機(jī)箱的類型（立式還是臥式）、所需配件及型號(hào)（主板、硬盤、CD-ROM等）、需要完成的工序等。又如在郵包的自動(dòng)分揀和跟蹤應(yīng)用中，可以在標(biāo)識(shí)中存儲(chǔ)郵包的始發(fā)地、目的地、路由等信息。

天線的作用是通過無線電磁波從標(biāo)識(shí)中讀數(shù)據(jù)或?qū)憯?shù)據(jù)到標(biāo)識(shí)中。天線形狀大小各異，大的可以做成貨倉出口的門或通道，小的可以小到1mm。

控制器用于控制天線與PLC或PC間的數(shù)據(jù)通信，有的控制器還帶有數(shù)字量輸入輸出，可以直接用于控制?？刂破髋c天線合稱讀寫器。

PLC或PC根據(jù)讀寫器捕捉到的標(biāo)識(shí)中的數(shù)據(jù)完成相應(yīng)的過程控制，或進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、顯示和存儲(chǔ)。

本文即以具有代表性的美國EMS（Escort Memory Systems）公司的13.56MHz無源RFID射頻識(shí)別讀寫器LRP830為例，介紹了PLC及PC與RFID讀寫器進(jìn)行串行通訊，從而獲取標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)，用于控制或數(shù)據(jù)處理的具體實(shí)現(xiàn)方法。

2RFID射頻識(shí)別讀寫器的命令集及串行通訊協(xié)議

以LRP830讀寫器為例，LRP830是EMS 13.56MHz無源系列射頻讀寫器中的一種，它的標(biāo)識(shí)和天線可以在水下或高溫腐蝕環(huán)境中正常工作，可以一次讀寫99個(gè)標(biāo)識(shí)，最大讀寫距離63.5cm。它帶有兩個(gè)串口，一個(gè)DeviceNet接口，4個(gè)DI隔離輸入，4個(gè)DI隔離輸出，保護(hù)等級(jí)IP66，NEMA4封裝，非常適合于在工業(yè)自動(dòng)化中應(yīng)用。

LRP830讀寫器上的串口是合在一起的，通過專用電纜可以分接出COM1和COM2兩個(gè)串口，兩個(gè)串口作用不同，COM1用作通訊口，從PLC或PC接收命令并返回響應(yīng)數(shù)據(jù), 可以配置為RS232、RS422或DeviceNet接口。COM2用于配置系統(tǒng)參數(shù)（如讀寫模式、波特率等）或下載系統(tǒng)升級(jí)程序。

LRP830可以與所有EMS的FastTrackTM系列無源標(biāo)識(shí)結(jié)合使用，每個(gè)標(biāo)識(shí)中可以存儲(chǔ)48個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，另外還有8個(gè)字節(jié)用于存儲(chǔ)只讀的唯一的序列號(hào)（出廠前由廠方設(shè)定）。

LRP830提供了單標(biāo)識(shí)讀寫命令集（見表1），多標(biāo)識(shí)讀寫命令與此類似。

表1 單標(biāo)識(shí)命令集

每種命令可以有三種通訊協(xié)議：ABxS 、ABxF 、ABx ASCII。表2 是ABxS通訊協(xié)議持續(xù)讀單標(biāo)識(shí)命令的一個(gè)例子，其它命令與此類似。

表2 ABxS協(xié)議持續(xù)讀單標(biāo)識(shí)命令舉例

3RFID讀寫器與PLC串行通訊

以EMS RFID讀寫器LRP830 與GE Fanuc VersaMax PLC的串行通訊為例。VersaMax PLC的RS232串口與LRP830的COM1接線對(duì)應(yīng)關(guān)系見表3。

表3 VersaMax與LRP830讀寫器的串口接線對(duì)應(yīng)關(guān)系

通過PLC控制RFID讀寫器讀寫標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)的實(shí)現(xiàn)流程如圖2所示。

圖2 PLC讀寫RFID標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)的程序結(jié)構(gòu)框圖

以下是具體實(shí)現(xiàn)時(shí)要注意的技術(shù)細(xì)節(jié)：

1） LRP830與VersaMax PLC的串口相連時(shí)，信號(hào)線要錯(cuò)線，即VersaMax RS232口的TXD/RXD要接LRP830 的COM1的RXD/TXD，LRP830與PC連接時(shí)則是直通的。

2） PLC使用串行I/O通訊協(xié)議與RFID讀寫器通訊。串口初始化、設(shè)置緩沖區(qū)、清除緩沖區(qū)、寫串口、讀串口狀態(tài)等操作都是先通過一組BLKMOV WORD指令給COMMREQ的數(shù)據(jù)塊賦值，然后執(zhí)行COMMREQ指令完成的。例如，以下語句（見圖3）通過RFID讀寫器寫10個(gè)FF（46H）到標(biāo)識(shí)中，從第一個(gè)字節(jié)寫起。

圖3 PLC與RFID讀寫器串行通訊例程

3） 要注意PLC寫標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)只需要執(zhí)行寫串口命令就可以了，而PLC讀標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)的過程則包含兩步：一是PLC執(zhí)行寫串口命令, 即寫讀標(biāo)識(shí)命令到RFID讀寫器;二是PLC執(zhí)行讀串口命令，捕捉RFID讀寫器返回的數(shù)據(jù)。這是由于RFID讀寫器在接到讀標(biāo)識(shí)命令后,會(huì)返回讀命令的響應(yīng)信息到串口緩沖區(qū),其中包含了讀到的標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)。

4） 使用ABxS協(xié)議時(shí)，要注意命令字的MSB和LSB的順序問題。RFID讀寫器與PLC通訊時(shí)，要將讀寫器指令的MSB和LSB顛倒一下，即LSB在前，MSB在后。例如圖3中，第二個(gè)BLKMOV WORD指令的第三個(gè)輸入IN3應(yīng)為16#4AA，而非16#AA04。

5） 利用讀寫器指示燈的變化輔助PLC程序調(diào)試。LRP830讀寫器的面板上有兩排LED指示燈，其中，當(dāng)“ANT”亮?xí)r，表示天線在執(zhí)行讀寫操作;“COM1”亮?xí)r，表示串口1執(zhí)行了寫命令，“RF”亮?xí)r，表示有標(biāo)識(shí)被讀寫且仍在讀寫范圍內(nèi)。

4RFID讀寫器與PC串行通訊

仍以EMS RFID讀寫器LRP830為例。與PC機(jī)相連時(shí)，LRP830的COM1/COM2與PC機(jī)的9針串口COM1/COM2的連接對(duì)應(yīng)關(guān)系見表4。

表4 LRP830的串口與PC串口連接對(duì)應(yīng)關(guān)系

在PC機(jī)上開發(fā)串口通訊程序，可以使用現(xiàn)有的通訊控件（如VB的Mscomm），也可以使用高級(jí)編程語言結(jié)合Windows API實(shí)現(xiàn)。本文用Delphi 6在Windows2000環(huán)境中，應(yīng)用多線程技術(shù)實(shí)現(xiàn)了PC與RFID讀寫器間的串行通信。使用Delphi的優(yōu)點(diǎn)是，Delphi對(duì)許多Windows底層API函數(shù)作了封裝，簡化了程序代碼。使用多線程的優(yōu)點(diǎn)是，程序編寫比較靈活，而且串口監(jiān)聽線程不影響主線程其它任務(wù)的執(zhí)行。程序結(jié)構(gòu)框圖見圖4。

RFID

在具體實(shí)現(xiàn)上述思路時(shí)，要注意以下技術(shù)細(xì)節(jié)：

1） 根據(jù)RFID讀寫器通訊協(xié)議的特點(diǎn)，讀寫器每執(zhí)行一個(gè)主機(jī)發(fā)來的指令，無論是讀標(biāo)識(shí)還是寫標(biāo)識(shí)，都會(huì)返回一定字節(jié)的響應(yīng)數(shù)據(jù)，用以確認(rèn)命令已執(zhí)行或返回標(biāo)識(shí)中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。因此，主機(jī)讀或?qū)憳?biāo)識(shí)數(shù)據(jù)都需要先寫（串口命令）后讀（返回的串口數(shù)據(jù)）。

2） 為了使程序體現(xiàn)模塊化的設(shè)計(jì)思想，易于調(diào)試和維護(hù)，可以把各種RFID命令預(yù)先存入命令數(shù)組中，而把主機(jī)對(duì)RFID串口的命令和捕捉RFID讀寫器命令響應(yīng)編制成單獨(dú)的子程序，在調(diào)用它之前，先調(diào)用命令字賦值子程序。

3） 對(duì)主線程的說明：在主線程中用CreateFile函數(shù)建立串口事件，設(shè)置緩沖區(qū)和通信參數(shù)，創(chuàng)建串口監(jiān)聽線程。用WriteFile寫串口函數(shù)完成通過RFID讀寫器寫數(shù)據(jù)到標(biāo)識(shí)中。部分程序如下：

……

hcom := CreateFile（pchar（Whichcom）, GENERIC_WRITEorGENERIC_READ,

0, 0, OPEN_ALWAYS, FILE_ATTRIBUTE_NORMAL, 0）; //產(chǎn)生串口事件

setupcomm（hcom,TOTALBYTES,TOTALBYTES）; //設(shè)置緩沖區(qū)

getcommstate（hcom,lpdcb）;

lpdcb.BaudRate:=BAUDRATE; //波特率

lpdcb.StopBits := STOPBIT; //停止位

lpdcb.ByteSize := BYTESIZE; //每字節(jié)有幾位

lpdcb.Parity :=PARITY; //奇偶校驗(yàn)

setcommstate（hcom,lpdcb）; //設(shè)置串口

Mycomm := Tcomm2.Create（False）; //創(chuàng)建串口監(jiān)聽線程

WriteFile（hcom, WriteBuffer,sizeof（WriteBuffer）,lpBytesSent, 0）;//寫標(biāo)識(shí)命令

……

4） 對(duì)串口監(jiān)聽線程的說明：

程序中用到的方法主要有Synchronize和Terminate。Synchronize是Delphi提供的一種安全調(diào)用線程的方法，它把線程的調(diào)用權(quán)交給了主線程，從而避免了線程間的沖突，這是一種最簡單的線程間同步的方法，可以省去用其它語言編程時(shí)需要調(diào)用的多個(gè)Windows API 函數(shù)，例如createEvent（創(chuàng)建同步事件），Waitforsingleobject（等待同步事件置位），resetevent（同步事件復(fù)位），PostMessage（向主線程發(fā)送消息）等。用Delphi編寫多線程通訊程序的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的。例如以下語句即可實(shí)現(xiàn)串口監(jiān)聽線程：

……

While （not Terminated） do //如果終止屬性不為真

Begin

dwEvtM

ask:=0;

Wait := WaitCommEvent（hcom,dwevtmask,lpol）; //等待串口事件

if Wait Then

begin

Synchronize（DataProcessing）; //同步串口事件

end;

end;

上述程序一旦檢測(cè)到串口事件，就調(diào)用DataProcessing方法讀串口數(shù)據(jù)，并寫入數(shù)組，供程序其它部分調(diào)用，另外還要檢測(cè)何時(shí)退出線程，程序如下：

procedure Tmainform.DataProcessing

begin

clear := CLEARCOMMERROR（hcom,lperrors,@comms）; //清除串口錯(cuò)誤

if Clear Then

Begin //處理接收數(shù)據(jù)

ReadFile（hcom,ReadBuffer,Comms.cbInQue,LPReadNumber,0）;

ReceBytes[I+ArrayOffset] := ReadBuffer[I];

//讀串口緩沖區(qū)數(shù)據(jù)并寫入數(shù)組

gameover := （ReceBytes[I+ArrayOffset-1]=Byte（$FF））

and （ReceBytes[I+ArrayOffset]=Byte（$FF））; //終止條件

if gameover then terminate; //退出線程

……

End;

End;

其中，Terminate將線程的Terminated屬性設(shè)置為True。線程一旦檢測(cè)到Terminated屬性為True，就會(huì)結(jié)束線程，去執(zhí)行Onterminate事件，在Onterminate事件中對(duì)采集到的RFID標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。由于RFID讀寫器的ABxS協(xié)議的命令響應(yīng)的最后兩個(gè)字節(jié)都是FF，所以可以將收到連續(xù)的兩個(gè)FF作為終止線程的條件之一。

程序應(yīng)用舉例：

以持續(xù)讀標(biāo)識(shí)中所有48字節(jié)數(shù)據(jù)命令為例，在程序中用WriteBuffer數(shù)組保存該命令，對(duì)WriteBuffer數(shù)組的各個(gè)元素賦值如下：

WriteBuffer[0] := Byte（$AA）; WriteBuffer[1] := Byte（$0D）; //連續(xù)讀標(biāo)識(shí)命令字頭

WriteBuffer[2] := Byte（$00）; WriteBuffer[3] := Byte（$00）; //從第一個(gè)字節(jié)開始讀

WriteBuffer[4] := Byte（$00）; WriteBuffer[5] := Byte（$30）; //讀48個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)

WriteBuffer[6] := Byte（$00）; WriteBuffer[7] := Byte（$02）; //延時(shí)2秒

WriteBuffer[8] := Byte（$ff）; WriteBuffer[9] := Byte（$ff）; //連續(xù)讀標(biāo)識(shí)命令字

執(zhí)行持續(xù)讀標(biāo)識(shí)命令后，程序以WriteBuffer數(shù)組寫串口，RFID讀寫器執(zhí)行此命令，并返回響應(yīng)數(shù)據(jù)（見圖5）。

圖5 持續(xù)讀標(biāo)識(shí)命令執(zhí)行結(jié)果

從圖5窗口中可以看到，前4個(gè)字節(jié)AA OD FF FF就是LRP830讀寫器對(duì)持續(xù)讀命令的確認(rèn)信息，然后是數(shù)據(jù)報(bào)文頭AA OD和標(biāo)識(shí)中48個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)（每字節(jié)數(shù)據(jù)前加00），最后是數(shù)據(jù)報(bào)文尾FF FF。

5 結(jié)束語

本文介紹了可編程控制器及微機(jī)與RFID射頻識(shí)別讀寫器進(jìn)行串行通訊，從而獲取標(biāo)識(shí)中的數(shù)據(jù)的具體實(shí)現(xiàn)方法：PLC通過串行I/O通訊協(xié)議與RFID讀寫器實(shí)現(xiàn)串行通訊，PC通過Windows多線程技術(shù)與RFID讀寫器實(shí)現(xiàn)串行通訊。本文所述方法具有通用性，對(duì)于其它廠家的PLC和RFID系統(tǒng)也有一定的參考價(jià)值。RFID射頻識(shí)別技術(shù)在我國工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域的應(yīng)用才剛剛開始，前景非常廣闊。本文對(duì)于促進(jìn)該技術(shù)的推廣應(yīng)用具有一定的積極意義。