RFID技術在機電一體化技能大賽中的應用

邢燕鵬

[摘 ? ? ? ? ? 要] ?隨著RFID技術的快速發展，該項技術已被廣泛應用于加工制造業的生產自動化、安全認證、商品防偽、圖書檔案管理、醫療衛生、商業自動化和交通運輸控制管理等領域。全國機電一體化技能大賽，每年都要在現有設備的基礎上實現小批量智能化生產，RFID技術在機電一體化技能大賽中的應用，給大賽增加新的創新應用考點的同時，也讓選手掌握了FRID技術的應用方法。結合機電一體化組裝與調試技能大賽活動的開展，闡述RFID技術在比賽中的應用方法。

[關 ? ?鍵 ? 詞] ?RFID技術;機電一體化;無線射頻識別技術

[中圖分類號] ?TP391.4 ? ? ? ? ? ? ? [文獻標志碼] ?A ? ? ? ? ? ?[文章編號] ?2096-0603（2019）14-0144-02

一、引言

自從全國職業院校技能大賽舉辦以來，機電一體化組裝與調試賽項作為正式比賽項目從2007年舉辦到現在已經有10個年頭了。機電一體化組裝與調試賽項主要考核機電一體化設備機械部件的組裝、電路安裝（含通信網絡）、氣動系統安裝、PLC控制程序編寫、觸摸屏的使用和機電設備整體調試等機電一體化

技術的核心知識與操作技能。按照賽項要求，每次比賽都要有新的創新或者新的技能考核點，考核點在把握職業崗位的核心知識

與技能的基礎上，融入機電一體化的新知識、新技術、新工藝、新方法，這既有傳統的知識與技能，也有新東西。到目前為止，機電一體化組裝與調試賽項實現了以傳感器為信息檢測元件，PLC為信息處理單元，RFID電子標簽為信息載體，觸摸屏為監控器件，氣缸、直流電機、交流電機為執行器件，組成一個綜合的自動化智能裝備。本文著重闡述最新的RFID技術在機電一體化組裝與調試大賽中的典型應用。

二、RFID技術

RFID技術，又稱無線射頻識別技術，是在不需要識別系統與特定目標之間建立機械或光學接觸的自動目標識別通信技術，可以通過無線電信號識別特定目標并讀寫相關的數據。從理論上來講，RFID技術類似于條碼掃描技術，是使用專用的RFID讀寫器及專門的可附著于目標物的RFID電子標簽，利用頻率信號將信息由RFID標簽傳送至RFID讀寫器;而條碼掃描技術是將已編碼的條形碼附著于目標物，并使用專用的掃描讀寫器，利用光信號將信息由條形磁傳送到掃描讀寫器。

在此次提及的機電一體化組裝與調試技能比賽裝置中，RFID模塊采用的是CY14443N系列射頻讀寫模塊，該模塊是基于ISO14443標準的非接觸式讀卡機專用芯片，采用0.6微米CMOS EEPROM工藝，支持ISO14443 TYPEA協議，支持MIFARE標準的加密算法。芯片內部高度集成了模擬調制解調電路，只需最少量的外圍電路就可以工作，支持UART接口（-C），I2C接口（-U），或者SPI接口（-P），數字電路具有TTL、CMOS兩種電壓工作模式。該模塊的工作原理是將帶有電子標簽的黑色物料、白色物料和金屬物料放在RFID模塊感應范圍內，通過PC主機或PLC控制器對物料進行信息讀取與寫入操作。該模塊具有UART串口通信、自動感應帶有電子標簽的物料、操作使用方便等特點。

三、RFID技術在大賽中的應用

（一）RFID數據讀寫通信協議和命令格式

RFID模塊采用半雙工通訊模式，波特率為19200bps，數據起始位為1位，數據位為8位，數據停止位為1位。命令的格式為：前導頭+通訊長度+地址碼+命令字+數據域+校驗碼。其中，前導頭為0xAA 0xBB兩個字節（0x表示該值為一個16進制數）;通訊長度是指去掉前導頭之外的通訊幀所有字節數（含通訊長度字節本身）;地址碼為0x000x01兩個字節。地址碼低位在前，高位在后。假如地址碼的低位是00，高位是01，表示的是十六進制數值100，那也就是十進制數值256，也就是這個命令是發給地址是256的模塊的，其他地址的模塊不會響應這個命令，這對多個模塊協同工作是非常有用的，每個CY14443N的模塊出廠都有不同的地址編碼。RFID讀寫控制器模塊的命令字有兩個，一個是讀數據，一個是寫數據。具體說明見表1所示。

其次是數據域、校驗碼和返回值。數據域是需要發送的數據。校驗碼是去掉前導頭和校驗碼字節之外，所有通信幀所含字節的異或值。返回值是當CPU發送命令幀之后，需要等待讀取返回值，其返回值正確的格式是：前導頭+通訊長度+地址碼+上次所發送的命令字+數據域+校驗碼。錯誤的格式是：前導頭+通訊長度+地址碼+上次所發送的命令字的取反+校驗碼。

（二）西門子S7-200PLC自由口通信協議

西門子S7-200PLC的通信協議有PPI協議、MPI協議、Profibus-DP協議、TCP/IP協議以及自由口通信協議。在自由口通信模式下，由用戶自定義與其他通信設備之間通信協議，通過使用接收中斷、發送中斷、字符中斷、發送指令XMT和接收指令RCV，實現S7-200PLC通信口與其他設備的通信。

1.設置自由口通信協議

S7-200PLC正常的字符數據格式是一個起始位，8個數據位，一個停止位，即10位數據，或者再加上1個奇/偶校驗位，組成11位數據。波特率一般為9600bps或者19200bps。在自由口通信模式下，可以使用特殊繼電器SMB30或SMB130設置通信端口PORT0或端口PORT1的通信參數。

2.自由口通信時的中斷事件

在S7-200PLC的中斷事件中，與自由口通信有關的中斷事件有6個，中斷事件8、9和23適用于通信端口PORT0，中斷事件25、26和24適用于通信端口PORT1。

3.自由口通信指令

在自由口通信模式下，可以用自由口通信指令發送和接收數據，其通信指令有兩條，分別是數據發送指令XMT和數據接收指令RCV。

（三）用PLC實現RFID模塊的數據讀寫

本文以西門子S7-200 CPU226為例說明使用PLC對RFID模塊的數據讀寫操作。

1.西門子PLC與RFID模塊硬件連接

西門子PLC與RFID模塊硬件連接的示意圖（見圖1所示）。其中，觸摸屏與西門子PLC的通信方式采用的是PPI編程口通信，通過編程線連接至西門子PLC的PORT1端口;西門子PLC與RFID模塊的通信方式采用的是RS-485自由口通信，并連接至西門子PLC的PORT0端口。

2.西門子PLC與RFID模塊軟件編程

步驟1：定義自由口通信端口為PORT0，波特率為19200bps。同時定義好發送和接收數據中斷。程序見圖2所示。

步驟2：PLC與RFID模塊的數據通信。通信算法主要包括讀數據和寫數據兩部分，讀數據和寫數據部分程序分別見圖3和圖4所示。

步驟3：使用發送指令XMT和接收指令RCV完成自由口數據通信。

四、小結

結合機電一體化組裝與調試技能大賽要求和歷年大賽任務，分析討論了RFID技術在技能大賽中的典型應用，通過RFID模塊識別帶電子標簽物料，并使用西門子PLC實現了對RFID模塊的數據讀寫操作，進一步研究探索RFID技術在機電一體化技能大賽中的應用方法。

參考文獻：

[1]王法玉.RFID及WIFI技術在實驗設備管理中的應用[J].實驗技術與管理，2014（5）.

[2]鐘平.基于RFID技術的信息管理系統在汽車總裝生產線中的應用[J].價值工程，2014（5）.

[3]康東.射頻識別核心技術與典型應用開發案例[M].北京：人民郵電出版社，2007.

[4]史宜巧.PLC應用技術（西門子）[M].北京：高等教育出版社，2016.

編輯 馮永霞