張慧岳 曾佳 劉云波

摘要：本文介紹了RFID在航空工業(yè)制造領(lǐng)域的應(yīng)用前景、產(chǎn)業(yè)價(jià)值及國(guó)內(nèi)外的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，分析了RFID技術(shù)在航空在制品管理和刀具管理中的典型應(yīng)用，對(duì)于RFID自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)提出了一種基于射頻芯片AS3993與單片機(jī)PIC24FJ64GB002的設(shè)計(jì)方案，具體闡述了ISO/IEC 18000-6C通信協(xié)議和軟硬件設(shè)計(jì)。最后，對(duì)RFID技術(shù)在航空領(lǐng)域的發(fā)展進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：RFID;自動(dòng)識(shí)別技術(shù);航空工業(yè)應(yīng)用;技術(shù)標(biāo)準(zhǔn);生產(chǎn)管理;AS3993

中圖分類(lèi)號(hào)：V19 TN919??? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A???? DOI：10.19452/j.issn1007-5453.2019.03.008

隨著人類(lèi)社會(huì)步入了“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代，人們已經(jīng)不能滿(mǎn)足單一的信息交互方式，物聯(lián)網(wǎng)成為學(xué)界關(guān)注的重點(diǎn)。物聯(lián)網(wǎng)中非常重要的支撐技術(shù)是自動(dòng)識(shí)別與數(shù)據(jù)采集技術(shù)（Automatic Identification and Data Capture，AIDC），即通過(guò)將某種可辨識(shí)的裝置（標(biāo)識(shí)）與人員或者物品進(jìn)行一一綁定，通過(guò)自動(dòng)化的接觸式/非接觸式手段自動(dòng)識(shí)別人員或物品的身份及屬性等相關(guān)信息，并交由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行處理的技術(shù)。射頻識(shí)別（Radio Frequency Identification，RFID）技術(shù)是自動(dòng)識(shí)別與數(shù)據(jù)采集技術(shù)的一個(gè)重要分支。作為一種新興的非接觸式電磁耦合自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，其與實(shí)現(xiàn)普及率更高的光識(shí)別條碼和二維碼相比，具有識(shí)別速度快、識(shí)別距離遠(yuǎn)、無(wú)須表面對(duì)準(zhǔn)、可在運(yùn)動(dòng)中識(shí)別和存儲(chǔ)空間大等優(yōu)勢(shì)。近年來(lái)推廣應(yīng)用逐漸普及，目前在航空、生產(chǎn)、物流和倉(cāng)儲(chǔ)等領(lǐng)域蓬勃發(fā)展，在我國(guó)航空工業(yè)中也蘊(yùn)含著巨大的應(yīng)用潛力。從國(guó)際來(lái)看，RFID技術(shù)已經(jīng)廣泛在航材庫(kù)存、航材生產(chǎn)、航材維修和運(yùn)輸管理等多個(gè)場(chǎng)景下應(yīng)用。

目前，中國(guó)航空技術(shù)信息化發(fā)展要求對(duì)航材生產(chǎn)信息集成提出了更高的目標(biāo)。應(yīng)用RFID技術(shù)提高航空裝備的生產(chǎn)、運(yùn)輸和儲(chǔ)備效率，減輕航空生產(chǎn)技術(shù)人員的操作難度，促進(jìn)管理信息化和自動(dòng)化水平的提升，從而降低人力和管理成本，提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。RFID技術(shù)在航材生產(chǎn)全壽命周期管理中具有廣闊的前景。

1 RFID技術(shù)介紹

1.1 RFID技術(shù)特點(diǎn)

RFID是20世紀(jì)90年代興起的一種非接觸自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，作為雷達(dá)技術(shù)的延伸，其利用射頻信號(hào)及電磁空間耦合的傳輸特性實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸信息傳遞。標(biāo)簽進(jìn)入讀寫(xiě)器電磁輻射區(qū)域，憑借電磁感應(yīng)電流的能量激發(fā)，將存儲(chǔ)器中的信息通過(guò)天線(xiàn)發(fā)射到空間中被讀寫(xiě)器接收。讀寫(xiě)器經(jīng)調(diào)制解碼后，交由信息系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，達(dá)到信息捕捉與自動(dòng)識(shí)別的目的。

RFID技術(shù)在航材生產(chǎn)的全生命周期中可用于在制品定位管理、刀具管理和量具管理等，較其他自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，RFID技術(shù)具有很大的優(yōu)勢(shì)。以條形碼技術(shù)為例進(jìn)行對(duì)比研究，詳見(jiàn)表1。RFID自動(dòng)識(shí)別與條形碼識(shí)別和人工識(shí)讀錄入相比較，在工作效率方面優(yōu)勢(shì)明顯，以倉(cāng)儲(chǔ)管理為應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行分析，表2給出了具體的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

1.2 RFID技術(shù)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)

由于航空工業(yè)生產(chǎn)性質(zhì)的特殊性，對(duì)于RFID技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用要求十分嚴(yán)格。航空材料一般含有金屬元素，這就要求所使用的RFID標(biāo)簽必須具有良好的金屬抗性，保證整個(gè)系統(tǒng)可以在金屬環(huán)境中很好地工作。再者，航材需要通過(guò)嚴(yán)格的適航性驗(yàn)證，標(biāo)簽在其中不能對(duì)航材產(chǎn)生任何影響。

目前，全球有5個(gè)主要的RFID技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化組織，它們分別是ISO/IEC、EPC Global、Ubiquitous ID Center（UID Center）、AIM Global和IP-X，其中占據(jù)領(lǐng)導(dǎo)地位的是前三個(gè)組織。ISO成立ISO/IEC JTC1/SC31自動(dòng)識(shí)別和數(shù)據(jù)采集技術(shù)委員會(huì)，該委員會(huì)負(fù)責(zé)制定RFID技術(shù)基礎(chǔ)性和通用性標(biāo)準(zhǔn)。以美國(guó)為首的全球最具實(shí)力的RFID技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化組織是EPC Global，即全球產(chǎn)品電子代碼管理中心。與ISO/IEC相比，EPC Global更注重物流供應(yīng)鏈領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化研制，目的是解決物流的實(shí)時(shí)跟蹤問(wèn)題，在各供應(yīng)鏈節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)透明化和數(shù)據(jù)共享。UID擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的RFID標(biāo)準(zhǔn)，其在數(shù)據(jù)格式方面制定了ucode編碼體系。目前主要標(biāo)準(zhǔn)組織已發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表3。

2 RFID在航空工業(yè)生產(chǎn)管理中的應(yīng)用

2.1 RFID在制品定位管理系統(tǒng)

在制品是待加工品從原材料投入生產(chǎn)到成品之間，存在于生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)環(huán)節(jié)的半成品。在制品的有效管理對(duì)于航空制造企業(yè)至關(guān)重要，是車(chē)間生產(chǎn)過(guò)程控制與生產(chǎn)調(diào)度的基礎(chǔ)要素，也是生產(chǎn)計(jì)劃管理的重要支撐。

目前，航空企業(yè)車(chē)間在制品管理普遍存在因人工錄入而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)不一致的問(wèn)題，由于信息傳遞緩慢而造成的生產(chǎn)效率低下和在制品積壓滯留的問(wèn)題，由于在制品動(dòng)態(tài)反饋不及時(shí)而造成的工件丟失、生產(chǎn)調(diào)度滯后以及生產(chǎn)計(jì)劃不符合實(shí)際生產(chǎn)狀況無(wú)法指導(dǎo)生產(chǎn)的問(wèn)題。因此，利用RFID自動(dòng)識(shí)別技術(shù)來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)控、調(diào)節(jié)、優(yōu)化在制品的生產(chǎn)過(guò)程，是解決航空制造企業(yè)管理中存在的問(wèn)題的有效方法。

全球定位系統(tǒng)（GPS）是全球普及度最高的定位服務(wù)系統(tǒng)，只要被4顆或更多的衛(wèi)星覆蓋即可獲取位置信息。然而，被測(cè)物在室內(nèi)被遮擋或被阻擋物多次折射，全球定位系統(tǒng)則會(huì)變得不可靠或不能使用。據(jù)悉，大多數(shù)的生產(chǎn)均設(shè)置在室內(nèi)廠(chǎng)房進(jìn)行，所以全球定位系統(tǒng)不適合工業(yè)應(yīng)用。如今，有很多關(guān)于室內(nèi)定位系統(tǒng)（Indoor Positioning System，IPS）的研究，研究在無(wú)法接收到衛(wèi)星信號(hào)的封閉空間如何對(duì)物體進(jìn)行跟蹤管理，RFID在制品定位管理系統(tǒng)就是當(dāng)下流行的方案之一。

根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景的不同，RFID位置管理系統(tǒng)的組成也會(huì)有所不同。航空制造屬于涉密管理范疇，所以標(biāo)簽攜帶大量可讀信息的方式并不可取。在制品定位系統(tǒng)由有源標(biāo)簽、激勵(lì)器、讀寫(xiě)器和服務(wù)終端組成，如圖1所示。

激勵(lì)器是RFID位置管理系統(tǒng)的重要組成部分，其工作于125kHz的低頻端，發(fā)射含有位置信息的激勵(lì)信號(hào)將處于休眠狀態(tài)的標(biāo)簽激活。它具有激勵(lì)區(qū)域可調(diào)功能，可以通過(guò)調(diào)節(jié)激勵(lì)器的輻射功率來(lái)實(shí)現(xiàn)激勵(lì)區(qū)域的大小設(shè)置、區(qū)域分區(qū)和無(wú)縫覆蓋。激勵(lì)器在無(wú)外部干擾的狀況下，一般可以激勵(lì)1?5m的區(qū)域。電子標(biāo)簽在激勵(lì)器輻射區(qū)域內(nèi)被激活后，接收此激勵(lì)器的位置編碼，由控制器將接收到的激勵(lì)器編碼與儲(chǔ)存在標(biāo)簽存儲(chǔ)器中的標(biāo)簽編碼合成加密后，將加密信息以微波頻段2.45GHz傳遞給讀寫(xiě)器。標(biāo)簽采用有源電子標(biāo)簽，其中包含控制器（MCU）、儲(chǔ)存器、天線(xiàn)和電源組成，如圖2所示。讀寫(xiě)器基本的功能就是提供與電子標(biāo)簽進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐緩剑?dāng)讀寫(xiě)器正確接收標(biāo)簽信息及譯碼后，讀寫(xiě)器通過(guò)串口、網(wǎng)線(xiàn)和USB等將信息送給上位機(jī)。上位機(jī)中的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)主要對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理，將標(biāo)簽所在位置顯示在定位管理軟件的地圖對(duì)應(yīng)的區(qū)域中。在車(chē)間中，將附有RFID標(biāo)簽的工單與在制品一同在生產(chǎn)線(xiàn)中流轉(zhuǎn)，就可以準(zhǔn)確地定位它們的所在位置。

2.2 RFID刀具管理系統(tǒng)

隨著自動(dòng)化生產(chǎn)的發(fā)展和柔性生產(chǎn)的普及，在航材生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用多種多樣和數(shù)量繁多的數(shù)控機(jī)床刀具，如車(chē)刀、銑刀和鉆削刀等。刀具的性能和質(zhì)量直接決定在制品的合格品數(shù)量，也會(huì)影響到生產(chǎn)的節(jié)拍和效率。航材加工廠(chǎng)經(jīng)常會(huì)因?yàn)橐话殃P(guān)鍵刀具未能按時(shí)供應(yīng)而造成整條機(jī)加工生產(chǎn)線(xiàn)受到影響，如果應(yīng)急措施不完善還可能造成總裝配線(xiàn)的停產(chǎn)，因此能否有效的管理和調(diào)動(dòng)刀具將影響航空工業(yè)加工的生產(chǎn)效率。有效的刀具管理也可以為企業(yè)節(jié)省大額開(kāi)支，一個(gè)大型航空發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)工廠(chǎng)每年花在刀具上的費(fèi)用達(dá)到幾千萬(wàn)甚至上億元。

由于RFID的讀寫(xiě)性能受刀具金屬的影響，因此刀具標(biāo)簽選用抗金屬材料標(biāo)簽，所謂抗金屬標(biāo)簽就是在普通的標(biāo)簽基礎(chǔ)上加一層抗金屬材料，這種處理可以避免電磁波被金屬刀具完全吸收。雖然有源電子標(biāo)簽的抗金屬能力強(qiáng)，但因其自身重量和體積大的原因不適用于捆綁在高速旋轉(zhuǎn)的刀具上。為使電子標(biāo)簽?zāi)芊€(wěn)定地附著于刀體的表面而不至于影響到刀具工作，應(yīng)采用在刀柄上打出一個(gè)與標(biāo)簽形狀一致的槽，將標(biāo)簽鑲嵌在刀柄里的方式進(jìn)行安裝。有些刀具出廠(chǎng)就已在刀柄處預(yù)留有抗金屬便簽孔位，而沒(méi)有預(yù)留孔位的刀具需在刀柄上打孔安裝，為保證生產(chǎn)加工精度需在使用前進(jìn)行動(dòng)平衡測(cè)試。刀具標(biāo)簽安裝方法如圖3所示。

基于RFID技術(shù)的刀具管理方案應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)表單管理模式，在該模式下摒棄僅憑電子標(biāo)簽作為刀具信息載體的存儲(chǔ)方式，協(xié)同企業(yè)內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)刀具全生命周期詳細(xì)信息，刀具電子標(biāo)簽只保存刀具身份信息和少量屬性信息，用戶(hù)可通過(guò)刀具唯一編碼訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)應(yīng)信息或?qū)ο嚓P(guān)信息進(jìn)行修改。刀具被采購(gòu)入廠(chǎng)后需對(duì)他們進(jìn)行基本信息的錄入，通過(guò)加工中心的RFID讀寫(xiě)器將刀具編碼、刃數(shù)、長(zhǎng)度和直徑等關(guān)鍵字段寫(xiě)入電子標(biāo)簽內(nèi)，并通過(guò)讀寫(xiě)器導(dǎo)入機(jī)床系統(tǒng)中方便數(shù)據(jù)更新操作，剩下的信息均在內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)中保存。信息錄入完畢刀具就可以按廠(chǎng)區(qū)管理流程進(jìn)行借刀，刀具出庫(kù)時(shí)通過(guò)在倉(cāng)庫(kù)門(mén)口的固定式RFID讀寫(xiě)器或用手持型PDA掃描刀具標(biāo)簽更新出庫(kù)狀態(tài)。刀具上機(jī)時(shí)通過(guò)安裝在數(shù)控機(jī)床上的固定式RFID讀取刀具信息并導(dǎo)入機(jī)床數(shù)據(jù)系統(tǒng)，同時(shí)對(duì)刀具位置信息在內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行更新。當(dāng)?shù)毒咄瓿杉庸と蝿?wù)下機(jī)時(shí)，通過(guò)固定于數(shù)控機(jī)床的RFID讀寫(xiě)器對(duì)刀具加工次數(shù)與壽命進(jìn)行更新并發(fā)送給內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)更改對(duì)應(yīng)的刀具信息。在刀具歸庫(kù)之前如需修磨，要將此刀具送往修磨室進(jìn)行磨刀，同時(shí)將刀具位置信息更新，歸庫(kù)的刀具在進(jìn)入庫(kù)房大門(mén)時(shí)更新在庫(kù)狀態(tài)。刀具管理人員對(duì)刀具庫(kù)存進(jìn)行清理維護(hù)，通過(guò)手持PDA對(duì)刀具的種類(lèi)和數(shù)量進(jìn)行盤(pán)點(diǎn)，如有刀具不能滿(mǎn)足加工精度要求就要對(duì)其進(jìn)行報(bào)廢處理，被報(bào)廢的刀具通過(guò)RFID上位機(jī)系統(tǒng)對(duì)電子標(biāo)簽內(nèi)信息進(jìn)行清除，并將對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中信息轉(zhuǎn)移至歷史信息保存，刀具全生命周期的管理流程如圖4所示。

對(duì)于刀具壽命的預(yù)測(cè)和管理是生產(chǎn)加工研究的熱點(diǎn)，通過(guò)RFID刀具管理系統(tǒng)收集的刀具參數(shù)分析刀具的相對(duì)壽命。刀具的全壽命周期一般分為三個(gè)階段，即初期磨損、正常磨損以及劇烈磨損階段，刀具在初期磨損和劇烈磨損兩個(gè)階段變化最為明顯。劇烈磨損階段是刀具即將達(dá)到壽命極限的時(shí)期，刀具在這個(gè)階段易出現(xiàn)磨鈍現(xiàn)象，導(dǎo)致加工精度下降，嚴(yán)重的可能導(dǎo)致崩刃情況發(fā)生，將可能致使在制品報(bào)廢給生產(chǎn)帶來(lái)?yè)p失。通常對(duì)于刀具剩余相對(duì)壽命的計(jì)算可用式（1）進(jìn)行估算：

式中：t為刀具在第i加工時(shí)消耗的時(shí)間，T表示在第i加工時(shí)達(dá)到的理論總壽命。

對(duì)于人工智能算法的研究，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為一種成熟的預(yù)測(cè)方案應(yīng)用于刀具壽命預(yù)測(cè)算法中，其無(wú)需先驗(yàn)條件，可以通過(guò)樣本輸入進(jìn)行自我學(xué)習(xí)得到較為準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的一種，其具有很強(qiáng)的噪聲適應(yīng)性和局部快速收斂性，具有收斂于概率最優(yōu)的期望預(yù)測(cè)值附近的能力，由聯(lián)合概率密度函數(shù)f（x，y）服從正態(tài)分布可得：

式中：f（x，y）為高斯函數(shù)，y為隨機(jī)變量，輸入量X是由進(jìn)給量、切削深度、切削速度和切削時(shí)間組成的。廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

ISO/IEC 18000-6標(biāo)準(zhǔn)的短程通信空口都遵循一個(gè)公共的前向鏈路和讀寫(xiě)器先發(fā)言的模式。A類(lèi)短程通信的前向鏈路采用脈沖間隔編碼（PIE）與Pure ALOHA防碰撞算法，B類(lèi)采用曼徹斯特碼（Manchester）和Btree（Binary tree）防碰撞算法，C類(lèi)采用脈沖間隔編碼與時(shí)隙隨機(jī)防碰撞算法，A類(lèi)、B類(lèi)和C類(lèi)短程通信方式如圖6所示。

3 RFID軟硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 ISO/IEC 18000-6C協(xié)議分析

為適應(yīng)我國(guó)工業(yè)發(fā)展對(duì)RFID技術(shù)的需求，根據(jù)我國(guó)無(wú)線(xiàn)電頻率劃分情況，制定了“800/900MHz頻段RFID技術(shù)應(yīng)用試行規(guī)定（無(wú)[2007]205號(hào)）”。由于不同頻段的RFID設(shè)備在識(shí)讀速度、距離和適應(yīng)能力上有較大的差異，可知單一頻率不能滿(mǎn)足RFID在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用需求，所以多種頻率的空口協(xié)議被納入ISO/IEC標(biāo)準(zhǔn)的范疇，見(jiàn)表4。ISO/IEC 18000為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織針對(duì)物品管理的RFID技術(shù)的空中接口通信協(xié)議國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，其中第6部分是針對(duì)860/960MHZ無(wú)接觸通信空口之間的物理接口、協(xié)議、命令和防碰撞制定的機(jī)制。ISO/IEC在發(fā)展過(guò)程中不斷吸收EPC內(nèi)容進(jìn)行自身完善和融合，ISO/IEC 18000-6C繼承了EPC推出的Class1 Gen2標(biāo)準(zhǔn)全部的內(nèi)容并對(duì)局部技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行了修正。相比于6A和6B，ISO/IEC 18000-6C在技術(shù)性能和指標(biāo)上都更加的完善并得到市場(chǎng)的廣泛認(rèn)可，ISO/IEC 18000-6標(biāo)準(zhǔn)的三種類(lèi)型比較見(jiàn)表5。

為保證信息傳遞的安全性以及多讀寫(xiě)設(shè)備同時(shí)通信，規(guī)定讀寫(xiě)器采用跳頻（FHSS）工作模式，這種通信方式的載波頻率按照某種特定規(guī)律進(jìn)行離散變化產(chǎn)生偽隨機(jī)變化碼，其具有較強(qiáng)的抗干擾能力和保密性能。ISO/IEC 18000-6規(guī)定在跳頻模式下，信道寬度必須滿(mǎn)足500kHz，并在協(xié)議規(guī)定的頻率間分出50個(gè)信道。

多個(gè)讀寫(xiě)器與單個(gè)標(biāo)簽進(jìn)行通信時(shí)就會(huì)產(chǎn)生碰撞，使用跳頻規(guī)則通信必須在不同載波頻率下進(jìn)行，若讀寫(xiě)器載波頻率與標(biāo)簽返回的調(diào)制信息頻率不一致則讀寫(xiě)器不響應(yīng)，因此避免了碰撞的發(fā)生。多個(gè)標(biāo)簽同時(shí)向一個(gè)讀寫(xiě)器發(fā)送信息也會(huì)產(chǎn)生碰撞，在多個(gè)標(biāo)簽槽時(shí)隙存入相同的隨機(jī)數(shù)時(shí)標(biāo)簽在同一個(gè)時(shí)間向讀寫(xiě)器發(fā)送信息。解決這種碰撞問(wèn)題有4種方法，分別為碼分多址（CDMA）、時(shí)分多址（TDMA）、頻分多址（FDMA）和空分多址（SDMA）。

3.2硬件設(shè)計(jì)

硬件設(shè)計(jì)由上位機(jī)管理模塊和核心讀寫(xiě)模塊組成，射頻部分選用奧地利微電子公司推出的RFID收發(fā)芯片AS3993，其具有成本低、功耗小、易集成和支持多協(xié)議等特點(diǎn)，該芯片支持ISO/IEC 18000-6C協(xié)議?？刂撇糠诌x用Microchip公司的16位哈弗結(jié)構(gòu)單片機(jī)PIC24FJ64GB002，具有通用串行總線(xiàn)和特殊的功耗管理模塊。核心讀寫(xiě)模塊中的射頻部分和控制部分通過(guò)串行外圍設(shè)備接口（Serial Peripheral Interface，SPI）通信，核心讀寫(xiě)模塊和上位機(jī)通過(guò)通用異步收發(fā)傳輸器（UART）接口通信，如圖7所示。

AS3993支持包含ISO/IEC 18000-6A/B/C及ISO 29143等相關(guān)的RFID空P協(xié)議，在標(biāo)準(zhǔn)模式下，調(diào)用集成在芯片中的ISO/IEC 18000-6C協(xié)議，控制單元在信號(hào)發(fā)射階段，將數(shù)字基帶裝入AS3993的兩個(gè)FIFO寄存器，其內(nèi)部自動(dòng)將信息轉(zhuǎn)換成符合協(xié)議的命令幀，并在內(nèi)部進(jìn)行調(diào)制后以模擬信號(hào)形式輸出。當(dāng)有射頻信號(hào)待接收時(shí)，模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)AS3993零中頻I/Q接收機(jī)解調(diào)后，由協(xié)議處理器處理成數(shù)字基帶信息再存入FIFO寄存器，單片機(jī)通過(guò)SPI中斷讀取數(shù)據(jù)。工控機(jī)通過(guò)RS232接口與讀寫(xiě)器相連接，通過(guò)UART協(xié)議將讀寫(xiě)器獲得的數(shù)據(jù)傳送給工控機(jī)。

為保證AS3993射頻輸出可以達(dá)到足夠大的功率，采用內(nèi)部低功耗信號(hào)驅(qū)動(dòng)外部功率放大器實(shí)現(xiàn)功率信號(hào)輸出的方式。巴倫的主要作用是實(shí)現(xiàn)單端信號(hào)與差分信號(hào)之間的相互轉(zhuǎn)換，AS3993輸出差分平衡信號(hào)通過(guò)巴倫轉(zhuǎn)換成單端不平衡信號(hào)。本設(shè)計(jì)采用Johanson公司推出的0900BL18B100E巴倫集成電路，其工作頻率在800?1000MHz，阻抗比為2：1，輸入阻抗10011，輸出阻抗為50Ω，AS3993通過(guò)RFOPX和RFONX輸出差分信號(hào)。從巴倫電路輸出的信號(hào)要經(jīng)過(guò)定向耦合器傳輸端輸出，一體收發(fā)天線(xiàn)還需經(jīng)定向耦合器將外部信號(hào)接收到內(nèi)部通道中。本設(shè)計(jì)選用的是Johanson公司推出0910CF15B0100E型定向耦合器，其工作頻率為860?960MHz，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，射頻收發(fā)電路原理圖如圖8所示。

3.3軟件設(shè)計(jì)

在整個(gè)系統(tǒng)中，PIC24FJ64GB002單片機(jī)作為主控制器對(duì)射頻收發(fā)芯片AS3993進(jìn)行控制，單片機(jī)作為主控芯片通過(guò)SPI將控制命令發(fā)送給從屬芯片執(zhí)行，首先進(jìn)行單片機(jī)的硬件配置，有UART初始化配置、SPI初始化配置、中斷配置，再通過(guò)SPI對(duì)AS3993芯片進(jìn)行初始化，如圖9所示。

數(shù)據(jù)傳輸可以通過(guò)90、91和92進(jìn)行傳輸?shù)难h(huán)冗余校驗(yàn)（CRC），發(fā)送90再將字節(jié)數(shù)和數(shù)據(jù)寫(xiě)入，將字節(jié)長(zhǎng)度寫(xiě)入T長(zhǎng)度寄存器（3D，3E），將數(shù)據(jù)寫(xiě)入FIFO寄存器（3F），當(dāng)?shù)谝粋€(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)被寫(xiě)入時(shí)FIFO開(kāi)始工作。完成通信后，通過(guò)通信協(xié)議命令實(shí)現(xiàn)收發(fā)。

4結(jié)論

RFID自動(dòng)識(shí)別技術(shù)集計(jì)算機(jī)技術(shù)、無(wú)線(xiàn)射頻技術(shù)和數(shù)據(jù)管理技術(shù)等于一身，應(yīng)用于航空制造業(yè)與在制品流程跟蹤領(lǐng)域，系統(tǒng)通過(guò)自動(dòng)采集生成生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)及設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，為生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)管理、倉(cāng)儲(chǔ)管理等提供了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)支撐，提高生產(chǎn)效率、節(jié)約環(huán)節(jié)成本以及提高產(chǎn)品質(zhì)量。隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”和軍民融合的深化推進(jìn)，RFID的應(yīng)用門(mén)檻和成本逐步降低，RFID技術(shù)在航空領(lǐng)域的應(yīng)用也必將全面普及。

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