RFID技术在机电一体化技能大赛中的应用

邢燕鹏

[摘           要]  随着RFID技术的快速发展，该项技术已被广泛应用于加工制造业的生产自动化、安全认证、商品防伪、图书档案管理、医疗卫生、商业自动化和交通运输控制管理等领域。全国机电一体化技能大赛，每年都要在现有设备的基础上实现小批量智能化生产，RFID技术在机电一体化技能大赛中的应用，给大赛增加新的创新应用考点的同时，也让选手掌握了FRID技术的应用方法。结合机电一体化组装与调试技能大赛活动的开展，阐述RFID技术在比赛中的应用方法。

[关    键   词]  RFID技术;机电一体化;无线射频识别技术

[中图分类号]  TP391.4               [文献标志码]  A            [文章编号]  2096-0603（2019）14-0144-02

一、引言

自从全国职业院校技能大赛举办以来，机电一体化组装与调试赛项作为正式比赛项目从2007年举办到现在已经有10个年头了。机电一体化组装与调试赛项主要考核机电一体化设备机械部件的组装、电路安装（含通信网络）、气动系统安装、PLC控制程序编写、触摸屏的使用和机电设备整体调试等机电一体化

技术的核心知识与操作技能。按照赛项要求，每次比赛都要有新的创新或者新的技能考核点，考核点在把握职业岗位的核心知识

与技能的基础上，融入机电一体化的新知识、新技术、新工艺、新方法，这既有传统的知识与技能，也有新东西。到目前为止，机电一体化组装与调试赛项实现了以传感器为信息检测元件，PLC为信息处理单元，RFID电子标签为信息载体，触摸屏为监控器件，气缸、直流电机、交流电机为执行器件，组成一个综合的自动化智能装备。本文着重阐述最新的RFID技术在机电一体化组装与调试大赛中的典型应用。

二、RFID技术

RFID技术，又称无线射频识别技术，是在不需要识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触的自动目标识别通信技术，可以通过无线电信号识别特定目标并读写相关的数据。从理论上来讲，RFID技术类似于条码扫描技术，是使用专用的RFID读写器及专门的可附着于目标物的RFID电子标签，利用频率信号将信息由RFID标签传送至RFID读写器;而条码扫描技术是将已编码的条形码附着于目标物，并使用专用的扫描读写器，利用光信号将信息由条形磁传送到扫描读写器。

在此次提及的机电一体化组装与调试技能比赛装置中，RFID模块采用的是CY14443N系列射频读写模块，该模块是基于ISO14443标准的非接触式读卡机专用芯片，采用0.6微米CMOS EEPROM工艺，支持ISO14443 TYPEA协议，支持MIFARE标准的加密算法。芯片内部高度集成了模拟调制解调电路，只需最少量的外围电路就可以工作，支持UART接口（-C），I2C接口（-U），或者SPI接口（-P），数字电路具有TTL、CMOS两种电压工作模式。该模块的工作原理是将带有电子标签的黑色物料、白色物料和金属物料放在RFID模块感应范围内，通过PC主机或PLC控制器对物料进行信息读取与写入操作。该模块具有UART串口通信、自动感应带有电子标签的物料、操作使用方便等特点。

三、RFID技术在大赛中的应用

（一）RFID数据读写通信协议和命令格式

RFID模块采用半双工通讯模式，波特率为19200bps，数据起始位为1位，数据位为8位，数据停止位为1位。命令的格式为：前导头+通讯长度+地址码+命令字+数据域+校验码。其中，前导头为0xAA 0xBB两个字节（0x表示该值为一个16进制数）;通讯长度是指去掉前导头之外的通讯帧所有字节数（含通讯长度字节本身）;地址码为0x000x01两个字节。地址码低位在前，高位在后。假如地址码的低位是00，高位是01，表示的是十六进制数值100，那也就是十进制数值256，也就是这个命令是发给地址是256的模块的，其他地址的模块不会响应这个命令，这对多个模块协同工作是非常有用的，每个CY14443N的模块出厂都有不同的地址编码。RFID读写控制器模块的命令字有两个，一个是读数据，一个是写数据。具体说明见表1所示。

其次是数据域、校验码和返回值。数据域是需要发送的数据。校验码是去掉前导头和校验码字节之外，所有通信帧所含字节的异或值。返回值是当CPU发送命令帧之后，需要等待读取返回值，其返回值正确的格式是：前导头+通讯长度+地址码+上次所发送的命令字+数据域+校验码。错误的格式是：前导头+通讯长度+地址码+上次所发送的命令字的取反+校验码。

（二）西门子S7-200PLC自由口通信协议

西门子S7-200PLC的通信协议有PPI协议、MPI协议、Profibus-DP协议、TCP/IP协议以及自由口通信协议。在自由口通信模式下，由用户自定义与其他通信设备之间通信协议，通过使用接收中断、发送中断、字符中断、发送指令XMT和接收指令RCV，实现S7-200PLC通信口与其他设备的通信。

1.设置自由口通信协议

S7-200PLC正常的字符数据格式是一个起始位，8个数据位，一个停止位，即10位数据，或者再加上1个奇/偶校验位，组成11位数据。波特率一般为9600bps或者19200bps。在自由口通信模式下，可以使用特殊继电器SMB30或SMB130设置通信端口PORT0或端口PORT1的通信参数。

2.自由口通信時的中断事件

在S7-200PLC的中断事件中，与自由口通信有关的中断事件有6个，中断事件8、9和23适用于通信端口PORT0，中断事件25、26和24适用于通信端口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发送和接收数据，其通信指令有两条，分别是数据发送指令XMT和数据接收指令RCV。

（三）用PLC实现RFID模块的数据读写

本文以西门子S7-200 CPU226为例说明使用PLC对RFID模块的数据读写操作。

1.西门子PLC与RFID模块硬件连接

西门子PLC与RFID模块硬件连接的示意图（见图1所示）。其中，触摸屏与西门子PLC的通信方式采用的是PPI编程口通信，通过编程线连接至西门子PLC的PORT1端口;西门子PLC与RFID模块的通信方式采用的是RS-485自由口通信，并连接至西门子PLC的PORT0端口。

2.西门子PLC与RFID模块软件编程

步骤1：定义自由口通信端口为PORT0，波特率为19200bps。同时定义好发送和接收数据中断。程序见图2所示。

步骤2：PLC与RFID模块的数据通信。通信算法主要包括读数据和写数据两部分，读数据和写数据部分程序分别见图3和图4所示。

步骤3：使用发送指令XMT和接收指令RCV完成自由口数据通信。

四、小结

结合机电一体化组装与调试技能大赛要求和历年大赛任务，分析讨论了RFID技术在技能大赛中的典型应用，通过RFID模块识别带电子标签物料，并使用西门子PLC实现了对RFID模块的数据读写操作，进一步研究探索RFID技术在机电一体化技能大赛中的应用方法。

参考文献：

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[2]鐘平.基于RFID技术的信息管理系统在汽车总装生产线中的应用[J].价值工程，2014（5）.

[3]康东.射频识别核心技术与典型应用开发案例[M].北京：人民邮电出版社，2007.

[4]史宜巧.PLC应用技术（西门子）[M].北京：高等教育出版社，2016.

编辑 冯永霞