PLC及PC與RFID識別讀寫器串行通訊的實現(xiàn)

時間：2008-09-05 09:59:00

關(guān)鍵字： RFID 串行通訊 PLC 讀寫器

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

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

　　一個典型的RFID射頻識別系統(tǒng)包括四部分：標識、天線、控制器和主機（PLC或PC），系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見圖1。

　　圖1 RFID射頻識別系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　標識一般固定在跟蹤識別對象上，如托盤、貨架、小車、集裝箱，在標識中可以存儲一定字節(jié)的數(shù)據(jù)，用于記錄識別對象的重要信息。當標識隨識別對象移動時，標識就成為一個移動的數(shù)據(jù)載體。以RFID在計算機組裝線上的應用為例，標識中可以記錄機箱的類型（立式還是臥式）、所需配件及型號（主板、硬盤、CD-ROM等）、需要完成的工序等。又如在郵包的自動分揀和跟蹤應用中，可以在標識中存儲郵包的始發(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識中讀數(shù)據(jù)或?qū)憯?shù)據(jù)到標識中。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。控制器與天線合稱讀寫器。

　　PLC或PC根據(jù)讀寫器捕捉到的標識中的數(shù)據(jù)完成相應的過程控制，或進行數(shù)據(jù)分析、顯示和存儲。

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

　　2 RFID射頻識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，它的標識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個標識，最大讀寫距離63.5cm。它帶有兩個串口，一個DeviceNet接口，4個DI隔離輸入，4個DI隔離輸出，保護等級IP66，NEMA4封裝，非常適合于在工業(yè)自動化中應用。

　　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COM2兩個串口，兩個串口作用不同，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)升級程序。

　　LRP830可以與所有EMS的FastTrackTM系列無源標識結(jié)合使用，每個標識中可以存儲48個字節(jié)的數(shù)據(jù)，另外還有8個字節(jié)用于存儲只讀的唯一的序列號（出廠前由廠方設定）。

　　LRP830提供了單標識讀寫命令集（見表1），多標識讀寫命令與此類似?！　?/p>

　　表1 單標識命令集

　　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)讀單標識命令的一個例子，其它命令與此類似。

　　表2 ABxS協(xié)議持續(xù)讀單標識命令舉例

　　3 RFID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接線對應關(guān)系見表3。

　　表3 VersaMax與LRP830讀寫器的串口接線對應關(guān)系

　　通過PLC控制RFID讀寫器讀寫標識數(shù)據(jù)的實現(xiàn)流程如圖2所示。

　　圖2 PLC讀寫RFID標識數(shù)據(jù)的程序結(jié)構(gòu)框圖

　　以下是具體實現(xiàn)時要注意的技術(shù)細節(jié)：

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

　　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FF（46H）到標識中，從第一個字節(jié)寫起。

　　圖3 PLC與RFID讀寫器串行通訊例程

　　3）要注意PLC寫標識數(shù)據(jù)只需要執(zhí)行寫串口命令就可以了，而PLC讀標識數(shù)據(jù)的過程則包含兩步：一是PLC執(zhí)行寫串口命令, 即寫讀標識命令到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讀寫器在接到讀標識命令后,會返回讀命令的響應信息到串口緩沖區(qū),其中包含了讀到的標識數(shù)據(jù)。

　　4）使用ABxS協(xié)議時，要注意命令字的MSB和LSB的順序問題。RFID讀寫器與PLC通訊時，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BLKMOV WORD指令的第三個輸入IN3應為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“ANT”亮時，表示天線在執(zhí)行讀寫操作;“COM1”亮時，表示串口1執(zhí)行了寫命令，“RF”亮時，表示有標識被讀寫且仍在讀寫范圍內(nèi)。

　　4 RFID讀寫器與PC串行通訊

　　仍以EMS RFID讀寫器LRP830為例。與PC機相連時，LRP830的COM1/COM2與PC機的9針串口COM1/COM2的連接對應關(guān)系見表4。

　　表4 LRP830的串口與PC串口連接對應關(guān)系

　　在PC機上開發(fā)串口通訊程序，可以使用現(xiàn)有的通訊控件（如VB的Mscomm），也可以使用高級編程語言結(jié)合Windows API實現(xiàn)。本文用Delphi 6在Windows2000環(huán)境中，應用多線程技術(shù)實現(xiàn)了PC與RFID讀寫器間的串行通信。使用Delphi的優(yōu)點是，Delphi對許多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的執(zhí)行。程序結(jié)構(gòu)框圖見圖4。

　　RFID

　　在具體實現(xiàn)上述思路時，要注意以下技術(shù)細節(jié)：

　　1）根據(jù)RFID讀寫器通訊協(xié)議的特點，讀寫器每執(zhí)行一個主機發(fā)來的指令，無論是讀標識還是寫標識，都會返回一定字節(jié)的響應數(shù)據(jù)，用以確認命令已執(zhí)行或返回標識中存儲的數(shù)據(jù)。因此，主機讀或?qū)憳俗R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)模塊化的設計思想，易于調(diào)試和維護，可以把各種RFID命令預先存入命令數(shù)組中，而把主機對RFID串口的命令和捕捉RFID讀寫器命令響應編制成單獨的子程序，在調(diào)用它之前，先調(diào)用命令字賦值子程序。

　　3）對主線程的說明：在主線程中用CreateFile函數(shù)建立串口事件，設置緩沖區(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)到標識中。部分程序如下：

　　……

　　hcom := CreateFile（pchar（Whichcom）, GENERIC_WRITE or GENERIC_READ,

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

　　setupcomm（hcom,TOTALBYTES,TOTALBYTES）; //設置緩沖區(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

　　setcommstate（hcom,lpdcb）; //設置串口

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

　　WriteFile（hcom, WriteBuffer,sizeof（WriteBuffer）,lpBytesSent, 0）;//寫標識命令

　　……

　　4）對串口監(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需要調(diào)用的多個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)點是顯而易見的。例如以下語句即可實現(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;

　　上述程序一旦檢測到串口事件，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，另外還要檢測何時退出線程，程序如下：

　　procedure Tmainform.DataProcessing

　　begin

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

　　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;

　　其中，Terminate將線程的Terminated屬性設置為True。線程一旦檢測到Terminated屬性為True，就會結(jié)束線程，去執(zhí)行Onterminate事件，在Onterminate事件中對采集到的RFID標識數(shù)據(jù)進行處理。由于RFID讀寫器的ABxS協(xié)議的命令響應的最后兩個字節(jié)都是FF，所以可以將收到連續(xù)的兩個FF作為終止線程的條件之一。

　　程序應用舉例：

　　以持續(xù)讀標識中所有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WriteBuffer數(shù)組的各個元素賦值如下：

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

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

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

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

　　WriteBuffer[8] := Byte（$ff）; WriteBuffer[9] := Byte（$ff）; //連續(xù)讀標識命令字

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

　　圖5 持續(xù)讀標識命令執(zhí)行結(jié)果

　　從圖5窗口中可以看到，前4個字節(jié)AA OD FF FF就是LRP830讀寫器對持續(xù)讀命令的確認信息，然后是數(shù)據(jù)報文頭AA OD和標識中48個字節(jié)的數(shù)據(jù)（每字節(jié)數(shù)據(jù)前加00），最后是數(shù)據(jù)報文尾FF FF。

　　5 結(jié)束語

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