PLC及PC與RFID射頻識別讀寫器串行通訊的實現
本文以EMS（EscortMemorySystems）的RFID射頻識別讀寫器LRP830為例，分別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，從而讀取標識數據的具體實現方法：PLC通過串行I/O通訊協議與RFID讀寫器實現串行通訊，PC通過Windows多線程技術與RFID讀寫器實現串行通訊。文中給出了實例。RFID射頻識別在我國的應用才剛剛開始，前景非常廣闊。本文所述方法具有一定代表性，對于推動RFID射頻識別技術在工業自動化等領域的應用，具有一定的積極意義。
RFID射頻識別系統簡介
RFID的全稱是RadioFrequencyIdentification，即射頻識別,它利用無線電射頻實現可編程控制器（PLC）或微機（PC）與標識間的數據傳輸,從而實現非接觸式目標識別與跟蹤。
一個典型的RFID射頻識別系統包括四部分：標識、天線、控制器和主機（PLC或PC），系統結構圖見圖1。
圖1RFID射頻識別系統結構圖
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的數據，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據載體。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據或寫數據到標識中。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間的數據通信，有的控制器還帶有數字量輸入輸出，可以直接用于控制。控制器與天線合稱讀寫器。
PLC或PC根據讀寫器捕捉到的標識中的數據完成相應的過程控制，或進行數據分析、顯示和存儲。
本文即以具有代表性的美國EMS（EscortMemorySystems）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，從而獲取標識數據，用于控制或數據處理的具體實現方法。
RFID射頻識別讀寫器的命令集及串行通訊協議
以LRP830讀寫器為例，LRP830是EMS13.56MHz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據,可以配置為RS232、RS422或DeviceNet接口。COM2用于配置系統參數（如讀寫模式、波特率等）或下載系統升級程序。
LRP830可以與所有EMS的FastTrackTM系列無源標識結合使用，每個標識中可以存儲48個字節的數據，另外還有8個字節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。
表1單標識命令集
每種命令可以有三種通訊協議：ABxS、ABxF、ABxASCII。表2是ABxS通訊協議持續讀單標識命令的一個例子，其它命令與此類似。
表2ABxS協議持續讀單標識命令舉例
RFID讀寫器與PLC串行通訊
以EMSRFID讀寫器LRP830與GEFanucVersaMaxPLC的串行通訊為例。VersaMaxPLC的RS232串口與LRP830的COM1接線對應關系見表3。
表3VersaMax與LRP830讀寫器的串口接線對應關系
通過PLC控制RFID讀寫器讀寫標識數據的實現流程如圖2所示。
圖2PLC讀寫RFID標識數據的程序結構框圖
以下是具體實現時要注意的技術細節：
1）LRP830與VersaMaxPLC的串口相連時，信號線要錯線，即VersaMaxRS232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通訊協議與RFID讀寫器通訊。串口初始化、設置緩沖區、清除緩沖區、寫串口、讀串口狀態等操作都是先通過一組BLKMOVWORD指令給COMMREQ的數據塊賦值，然后執行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，從第一個字節寫起。
圖3PLC與RFID讀寫器串行通訊例程
3）要注意PLC寫標識數據只需要執行寫串口命令就可以了，而PLC讀標識數據的過程則包含兩步：一是PLC執行寫串口命令,即寫讀標識命令到RFID讀寫器；二是PLC執行讀串口命令，捕捉RFID讀寫器返回的數據。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,其中包含了讀到的標識數據。
4）使用ABxS協議時，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BLKMOVWORD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，表示天線在執行讀寫操作；“COM1”亮時，表示串口1執行了寫命令，“RF”亮時，表示有標識被讀寫且仍在讀寫范圍內。
RFID讀寫器與PC串行通訊
仍以EMSRFID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的連接對應關系見表4。
表4LRP830的串口與PC串口連接對應關系
在PC機上開發串口通訊程序，可以使用現有的通訊控件（如VB的Mscomm），也可以使用高級編程語言結合WindowsAPI實現。本文用Delphi6在Windows2000環境中，應用多線程技術實現了PC與RFID讀寫器間的串行通信。使用Delphi的優點是，Delphi對許多Windows底層API函數作了封裝，簡化了程序代碼。使用多線程的優點是，程序編寫比較靈活，而且串口監聽線程不影響主線程其它任務的執行。程序結構框圖見圖4。
圖4PC與RFID讀寫器串行通信程序框圖
在具體實現上述思路時，要注意以下技術細節：
1）根據RFID讀寫器通訊協議的特點，讀寫器每執行一個主機發來的指令，無論是讀標識還是寫標識，都會返回一定字節的響應數據，用以確認命令已執行或返回標識中存儲的數據。因此，主機讀或寫標識數據都需要先寫（串口命令）后讀（返回的串口數據）。
2）為了使程序體現模塊化的設計思想，易于調試和維護，可以把各種RFID命令預先存入命令數組中，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，在調用它之前，先調用命令字賦值子程序。
3）對主線程的說明：在主線程中用CreateFile函數建立串口事件，設置緩沖區和通信參數，創建串口監聽線程。用WriteFile寫串口函數完成通過RFID讀寫器寫數據到標識中。部分程序如下：
hcom:=CreateFile(pchar(Whichcom),GENERIC_WRITEOrGENERIC_READ,
0,0,OPEN_ALWAYS,FILE_ATTRIBUTE_NORMAL,0);//產生串口事件
setupcomm(hcom,TOTALBYTES,TOTALBYTES);//設置緩沖區
getcommstate(hcom,lpdcb);
lpdcb.BaudRate:=BAUDRATE;//波特率
lpdcb.StopBits:=STOPBIT;//停止位
lpdcb.ByteSize:=BYTESIZE;//每字節有幾位
lpdcb.Parity:=PARITY;//奇偶校驗
setcommstate(hcom,lpdcb);//設置串口
Mycomm:=Tcomm2.Create(False);//創建串口監聽線程
WriteFile(hcom,WriteBuffer,sizeof(WriteBuffer),lpBytesSent,0);//寫標識命令
……
4）對串口監聽線程的說明：
程序中用到的方法主要有Synchronize和Terminate。Synchronize是Delphi提供的一種安全調用線程的方法，它把線程的調用權交給了主線程，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用的多個WindowsAPI函數，例如createEvent（創建同步事件），Waitforsingleobject（等待同步事件置位），resetevent（同步事件復位），PostMessage(向主線程發送消息)等。用Delphi編寫多線程通訊程序的優點是顯而易見的。例如以下語句即可實現串口監聽線程：
While(notTerminated)do//如果終止屬性不為真
Begin
dwEvtMask:=0;
Wait:=WaitCommEvent(hcom,dwevtmask,lpol);//等待串口事件
ifWaitThen
begin
Synchronize(DataProcessing);//同步串口事件
end;
end;
上述程序一旦檢測到串口事件，就調用DataProcessing方法讀串口數據，并寫入數組，供程序其它部分調用，另外還要檢測何時退出線程，程序如下：
procedureTmainform.DataProcessing
begin
clear:=CLEARCOMMERROR(hcom,lperrors,@comms);//清除串口錯誤
ifClearThen
Begin//處理接收數據
ReadFile(hcom,ReadBuffer,Comms.cbInQue,LPReadNumber,0);
ReceBytes[I+ArrayOffset]:=ReadBuffer;
//讀串口緩沖區數據并寫入數組
gameover:=(ReceBytes[I+ArrayOffset-1]=Byte($FF))
and(ReceBytes[I+ArrayOffset]=Byte($FF));//終止條件
ifgameoverthenterminate;//退出線程
……
End;
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，就會結束線程，去執行Onterminate事件，在Onterminate事件中對采集到的RFID標識數據進行處理。由于RFID讀寫器的ABxS協議的命令響應的最后兩個字節都是FF，所以可以將收到連續的兩個FF作為終止線程的條件之一。
程序應用舉例：
以持續讀標識中所有48字節數據命令為例，在程序中用WriteBuffer數組保存該命令，對WriteBuffer數組的各個元素賦值如下：
WriteBuffer[0]:=Byte($AA);WriteBuffer[1]:=Byte($0D);//連續讀標識命令字頭
WriteBuffer[2]:=Byte($00);WriteBuffer[3]:=Byte($00);//從第一個字節開始讀
WriteBuffer[4]:=Byte($00);WriteBuffer[5]:=Byte($30);//讀48個字節數據
WriteBuffer[6]:=Byte($00);WriteBuffer[7]:=Byte($02);//延時2秒
WriteBuffer[8]:=Byte($ff);WriteBuffer[9]:=Byte($ff);//連續讀標識命令字
執行持續讀標識命令后，程序以WriteBuffer數組寫串口，RFID讀寫器執行此命令，并返回響應數據。
圖5持續讀標識命令執行結果
從圖5窗口中可以看到，前4個字節AAODFFFF就是LRP830讀寫器對持續讀命令的確認信息，然后是數據報文頭AAOD和標識中48個字節的數據（每字節數據前加00），最后是數據報文尾FFFF。
結束語
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據的具體實現方法：PLC通過串行I/O通訊協議與RFID讀寫器實現串行通訊，PC通過Windows多線程技術與RFID讀寫器實現串行通訊。本文所述方法具有通用性，對于其它廠家的PLC和RFID系統也有一定的參考價值。RFID射頻識別技術在我國工業自動化等領域的應用才剛剛開始，前景非常廣闊。本文對于促進該技術的推廣應用具有一定的積極意義。
參考文獻
[1]ESCORTMEMORYSYSTEMS,LRP830-SeriesLong-RangePassiveReader/WritersOperator’sManual,July,2000
[2]MarcoCantù,MasteringDelphi6,SYBEXInc.(USA),2001
[3]SteveTeixeiraandXavierPacheco，BorlandDelphi™6Developer’sGuide,SamsPublishing(USA),2002
RFID射頻識別系統簡介
RFID的全稱是RadioFrequencyIdentification，即射頻識別,它利用無線電射頻實現可編程控制器（PLC）或微機（PC）與標識間的數據傳輸,從而實現非接觸式目標識別與跟蹤。
一個典型的RFID射頻識別系統包括四部分：標識、天線、控制器和主機（PLC或PC），系統結構圖見圖1。
圖1RFID射頻識別系統結構圖
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的數據，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據載體。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據或寫數據到標識中。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間的數據通信，有的控制器還帶有數字量輸入輸出，可以直接用于控制。控制器與天線合稱讀寫器。
PLC或PC根據讀寫器捕捉到的標識中的數據完成相應的過程控制，或進行數據分析、顯示和存儲。
本文即以具有代表性的美國EMS（EscortMemorySystems）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，從而獲取標識數據，用于控制或數據處理的具體實現方法。
RFID射頻識別讀寫器的命令集及串行通訊協議
以LRP830讀寫器為例，LRP830是EMS13.56MHz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據,可以配置為RS232、RS422或DeviceNet接口。COM2用于配置系統參數（如讀寫模式、波特率等）或下載系統升級程序。
LRP830可以與所有EMS的FastTrackTM系列無源標識結合使用，每個標識中可以存儲48個字節的數據，另外還有8個字節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。
表1單標識命令集
每種命令可以有三種通訊協議：ABxS、ABxF、ABxASCII。表2是ABxS通訊協議持續讀單標識命令的一個例子，其它命令與此類似。
表2ABxS協議持續讀單標識命令舉例
RFID讀寫器與PLC串行通訊
以EMSRFID讀寫器LRP830與GEFanucVersaMaxPLC的串行通訊為例。VersaMaxPLC的RS232串口與LRP830的COM1接線對應關系見表3。
表3VersaMax與LRP830讀寫器的串口接線對應關系
通過PLC控制RFID讀寫器讀寫標識數據的實現流程如圖2所示。
圖2PLC讀寫RFID標識數據的程序結構框圖
以下是具體實現時要注意的技術細節：
1）LRP830與VersaMaxPLC的串口相連時，信號線要錯線，即VersaMaxRS232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通訊協議與RFID讀寫器通訊。串口初始化、設置緩沖區、清除緩沖區、寫串口、讀串口狀態等操作都是先通過一組BLKMOVWORD指令給COMMREQ的數據塊賦值，然后執行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，從第一個字節寫起。
圖3PLC與RFID讀寫器串行通訊例程
3）要注意PLC寫標識數據只需要執行寫串口命令就可以了，而PLC讀標識數據的過程則包含兩步：一是PLC執行寫串口命令,即寫讀標識命令到RFID讀寫器；二是PLC執行讀串口命令，捕捉RFID讀寫器返回的數據。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,其中包含了讀到的標識數據。
4）使用ABxS協議時，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BLKMOVWORD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，表示天線在執行讀寫操作；“COM1”亮時，表示串口1執行了寫命令，“RF”亮時，表示有標識被讀寫且仍在讀寫范圍內。
RFID讀寫器與PC串行通訊
仍以EMSRFID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的連接對應關系見表4。
表4LRP830的串口與PC串口連接對應關系
在PC機上開發串口通訊程序，可以使用現有的通訊控件（如VB的Mscomm），也可以使用高級編程語言結合WindowsAPI實現。本文用Delphi6在Windows2000環境中，應用多線程技術實現了PC與RFID讀寫器間的串行通信。使用Delphi的優點是，Delphi對許多Windows底層API函數作了封裝，簡化了程序代碼。使用多線程的優點是，程序編寫比較靈活，而且串口監聽線程不影響主線程其它任務的執行。程序結構框圖見圖4。
圖4PC與RFID讀寫器串行通信程序框圖
在具體實現上述思路時，要注意以下技術細節：
1）根據RFID讀寫器通訊協議的特點，讀寫器每執行一個主機發來的指令，無論是讀標識還是寫標識，都會返回一定字節的響應數據，用以確認命令已執行或返回標識中存儲的數據。因此，主機讀或寫標識數據都需要先寫（串口命令）后讀（返回的串口數據）。
2）為了使程序體現模塊化的設計思想，易于調試和維護，可以把各種RFID命令預先存入命令數組中，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，在調用它之前，先調用命令字賦值子程序。
3）對主線程的說明：在主線程中用CreateFile函數建立串口事件，設置緩沖區和通信參數，創建串口監聽線程。用WriteFile寫串口函數完成通過RFID讀寫器寫數據到標識中。部分程序如下：
hcom:=CreateFile(pchar(Whichcom),GENERIC_WRITEOrGENERIC_READ,
0,0,OPEN_ALWAYS,FILE_ATTRIBUTE_NORMAL,0);//產生串口事件
setupcomm(hcom,TOTALBYTES,TOTALBYTES);//設置緩沖區
getcommstate(hcom,lpdcb);
lpdcb.BaudRate:=BAUDRATE;//波特率
lpdcb.StopBits:=STOPBIT;//停止位
lpdcb.ByteSize:=BYTESIZE;//每字節有幾位
lpdcb.Parity:=PARITY;//奇偶校驗
setcommstate(hcom,lpdcb);//設置串口
Mycomm:=Tcomm2.Create(False);//創建串口監聽線程
WriteFile(hcom,WriteBuffer,sizeof(WriteBuffer),lpBytesSent,0);//寫標識命令
……
4）對串口監聽線程的說明：
程序中用到的方法主要有Synchronize和Terminate。Synchronize是Delphi提供的一種安全調用線程的方法，它把線程的調用權交給了主線程，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用的多個WindowsAPI函數，例如createEvent（創建同步事件），Waitforsingleobject（等待同步事件置位），resetevent（同步事件復位），PostMessage(向主線程發送消息)等。用Delphi編寫多線程通訊程序的優點是顯而易見的。例如以下語句即可實現串口監聽線程：
While(notTerminated)do//如果終止屬性不為真
Begin
dwEvtMask:=0;
Wait:=WaitCommEvent(hcom,dwevtmask,lpol);//等待串口事件
ifWaitThen
begin
Synchronize(DataProcessing);//同步串口事件
end;
end;
上述程序一旦檢測到串口事件，就調用DataProcessing方法讀串口數據，并寫入數組，供程序其它部分調用，另外還要檢測何時退出線程，程序如下：
procedureTmainform.DataProcessing
begin
clear:=CLEARCOMMERROR(hcom,lperrors,@comms);//清除串口錯誤
ifClearThen
Begin//處理接收數據
ReadFile(hcom,ReadBuffer,Comms.cbInQue,LPReadNumber,0);
ReceBytes[I+ArrayOffset]:=ReadBuffer;
//讀串口緩沖區數據并寫入數組
gameover:=(ReceBytes[I+ArrayOffset-1]=Byte($FF))
and(ReceBytes[I+ArrayOffset]=Byte($FF));//終止條件
ifgameoverthenterminate;//退出線程
……
End;
End；
其中，Terminate將線程的Terminated屬性設置為True。線程一旦檢測到Terminated屬性為True，就會結束線程，去執行Onterminate事件，在Onterminate事件中對采集到的RFID標識數據進行處理。由于RFID讀寫器的ABxS協議的命令響應的最后兩個字節都是FF，所以可以將收到連續的兩個FF作為終止線程的條件之一。
程序應用舉例：
以持續讀標識中所有48字節數據命令為例，在程序中用WriteBuffer數組保存該命令，對WriteBuffer數組的各個元素賦值如下：
WriteBuffer[0]:=Byte($AA);WriteBuffer[1]:=Byte($0D);//連續讀標識命令字頭
WriteBuffer[2]:=Byte($00);WriteBuffer[3]:=Byte($00);//從第一個字節開始讀
WriteBuffer[4]:=Byte($00);WriteBuffer[5]:=Byte($30);//讀48個字節數據
WriteBuffer[6]:=Byte($00);WriteBuffer[7]:=Byte($02);//延時2秒
WriteBuffer[8]:=Byte($ff);WriteBuffer[9]:=Byte($ff);//連續讀標識命令字
執行持續讀標識命令后，程序以WriteBuffer數組寫串口，RFID讀寫器執行此命令，并返回響應數據。
圖5持續讀標識命令執行結果
從圖5窗口中可以看到，前4個字節AAODFFFF就是LRP830讀寫器對持續讀命令的確認信息，然后是數據報文頭AAOD和標識中48個字節的數據（每字節數據前加00），最后是數據報文尾FFFF。
結束語
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據的具體實現方法：PLC通過串行I/O通訊協議與RFID讀寫器實現串行通訊，PC通過Windows多線程技術與RFID讀寫器實現串行通訊。本文所述方法具有通用性，對于其它廠家的PLC和RFID系統也有一定的參考價值。RFID射頻識別技術在我國工業自動化等領域的應用才剛剛開始，前景非常廣闊。本文對于促進該技術的推廣應用具有一定的積極意義。
參考文獻
[1]ESCORTMEMORYSYSTEMS,LRP830-SeriesLong-RangePassiveReader/WritersOperator’sManual,July,2000
[2]MarcoCantù,MasteringDelphi6,SYBEXInc.(USA),2001
[3]SteveTeixeiraandXavierPacheco，BorlandDelphi™6Developer’sGuide,SamsPublishing(USA),2002
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