如何实现PLC及PC与RFID射频识别读写器串行通讯

      RFID的全称是Radio Frequency Identification，即射频识别,它利用无线电射频实现可编程控制器（PLC）或微机（PC）与标识间的数据传输, 从而实现非接触式目标识别与跟踪。

　　一个典型的RFID射频识别系统包括四部分：标识、天线、控制器和主机（PLC或PC），系统结构图见图1。

　

　　图1 RFID射频识别系统结构图

　　标识一般固定在跟踪识别对象上，如托盘、货架、小车、集装箱，在标识中可以存储一定字节的数据，用于记录识别对象的重要信息。当标识随识别对象移动时，标识就成为一个移动的数据载体。以RFID在计算机组装线上的应用为例，标识中可以记录机箱的类型（立式还是卧式）、所需配件及型号（主板、硬盘、CD-ROM等）、需要完成的工序等。又如在邮包的自动分拣和跟踪应用中，可以在标识中存储邮包的始发地、目的地、路由等信息。

　　天线的作用是通过无线电磁波从标识中读数据或写数据到标识中。天线形状大小各异，大的可以做成货仓出口的门或通道，小的可以小到1mm。

　　控制器用于控制天线与PLC或PC间的数据通信，有的控制器还带有数字量输入输出，可以直接用于控制。控制器与天线合称读写器。

　　PLC或PC根据读写器捕捉到的标识中的数据完成相应的过程控制，或进行数据分析、显示和存储。

　　本文即以具有代表性的美国EMS（Escort Memory Systems）公司的13.56MHz无源RFID射频识别读写器LRP830为例，介绍了PLC及PC与RFID读写器进行串行通讯，从而获取标识数据，用于控制或数据处理的具体实现方法。

　　2 RFID射频识别读写器的命令集及串行通讯协议

　　以LRP830读写器为例，LRP830是EMS 13.56MHz无源系列射频读写器中的一种，它的标识和天线可以在水下或高温腐蚀环境中正常工作，可以一次读写99个标识，最大读写距离63.5cm。它带有两个串口，一个DeviceNet接口，4个DI隔离输入，4个DI隔离输出，保护等级IP66，NEMA4封装，非常适合于在工业自动化中应用。

　　LRP830读写器上的串口是合在一起的，通过专用电缆可以分接出COM1和COM2两个串口，两个串口作用不同，COM1用作通讯口，从PLC或PC接收命令并返回响应数据, 可以配置为RS232、RS422或DeviceNet接口。COM2用于配置系统参数（如读写模式、波特率等）或下载系统升级程序。

　　LRP830可以与所有EMS的FastTrackTM系列无源标识结合使用，每个标识中可以存储48个字节的数据，另外还有8个字节用于存储只读的唯一的序列号（出厂前由厂方设定）。

　　LRP830提供了单标识读写命令集（见表1），多标识读写命令与此类似。　　

　　表1 单标识命令集

　　每种命令可以有三种通讯协议：ABxS 、ABxF 、ABx ASCII。表2 是ABxS通讯协议持续读单标识命令的一个例子，其它命令与此类似。

　　表2 ABxS协议持续读单标识命令举例

　　3 RFID读写器与PLC串行通讯

　　以EMS RFID读写器LRP830 与GE Fanuc VersaMax PLC的串行通讯为例。VersaMax PLC的RS232串口与LRP830的COM1接线对应关系见表3。

　　表3 VersaMax与LRP830读写器的串口接线对应关系

　　通过PLC控制RFID读写器读写标识数据的实现流程如图2所示。

　　图2 PLC读写RFID标识数据的程序结构框图

　　以下是具体实现时要注意的技术细节：

　　1） LRP830与VersaMax PLC的串口相连时，信号线要错线，即VersaMax RS232口的TXD/RXD要接LRP830 的COM1的RXD/TXD，LRP830与PC连接时则是直通的。

　　2） PLC使用串行I/O通讯协议与RFID读写器通讯。串口初始化、设置缓冲区、清除缓冲区、写串口、读串口状态等操作都是先通过一组BLKMOV WORD指令给COMMREQ的数据块赋值，然后执行COMMREQ指令完成的。例如，以下语句（见图3）通过RFID读写器写10个FF（46H）到标识中，从第一个字节写起。

　　图3 PLC与RFID读写器串行通讯例程

　　3） 要注意PLC写标识数据只需要执行写串口命令就可以了，而PLC读标识数据的过程则包含两步：一是PLC执行写串口命令, 即写读标识命令到RFID读写器;二是PLC执行读串口命令，捕捉RFID读写器返回的数据。这是由于RFID读写器在接到读标识命令后,会返回读命令的响应信息到串口缓冲区,其中包含了读到的标识数据。

　　4） 使用ABxS协议时，要注意命令字的MSB和LSB的顺序问题。RFID读写器与PLC通讯时，要将读写器指令的MSB和LSB颠倒一下，即LSB在前，MSB在后。例如图3中，第二个BLKMOV WORD指令的第三个输入IN3应为16#4AA，而非16#AA04。

　　5） 利用读写器指示灯的变化辅助PLC程序调试。LRP830读写器的面板上有两排LED指示灯，其中，当“ANT”亮时，表示天线在执行读写操作;“COM1”亮时，表示串口1执行了写命令，“RF”亮时，表示有标识被读写且仍在读写范围内。

　　4 RFID读写器与PC串行通讯

　　仍以EMS RFID读写器LRP830为例。与PC机相连时，LRP830的COM1/COM2与PC机的9针串口COM1/COM2的连接对应关系见表4。

　　表4 LRP830的串口与PC串口连接对应关系

　　在PC机上开发串口通讯程序，可以使用现有的通讯控件（如VB的Mscomm），也可以使用高级编程语言结合Windows API实现。本文用Delphi 6在Windows2000环境中，应用多线程技术实现了PC与RFID读写器间的串行通信。使用Delphi的优点是，Delphi对许多Windows底层API函数作了封装，简化了程序代码。使用多线程的优点是，程序编写比较灵活，而且串口监听线程不影响主线程其它任务的执行。程序结构框图见图4。

                             

 　RFID

　　在具体实现上述思路时，要注意以下技术细节：

　　1） 根据RFID读写器通讯协议的特点，读写器每执行一个主机发来的指令，无论是读标识还是写标识，都会返回一定字节的响应数据，用以确认命令已执行或返回标识中存储的数据。因此，主机读或写标识数据都需要先写（串口命令）后读（返回的串口数据）。

　　2） 为了使程序体现模块化的设计思想，易于调试和维护，可以把各种RFID命令预先存入命令数组中，而把主机对RFID串口的命令和捕捉RFID读写器命令响应编制成单独的子程序，在调用它之前，先调用命令字赋值子程序。

　　3） 对主线程的说明：在主线程中用CreateFile函数建立串口事件，设置缓冲区和通信参数，创建串口监听线程。用WriteFile写串口函数完成通过RFID读写器写数据到标识中。部分程序如下：

　　……

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

　　0, 0, OPEN_ALWAYS, FILE_ATTRIBUTE_NORMAL, 0）; //产生串口事件

　　setupcomm（hcom,TOTALBYTES,TOTALBYTES）; //设置缓冲区

　　getcommstate（hcom,lpdcb）;

　　lpdcb.BaudRate:=BAUDRATE; //波特率

　　lpdcb.StopBits := STOPBIT; //停止位

　　lpdcb.ByteSize := BYTESIZE; //每字节有几位

　　lpdcb.Parity :=PARITY; //奇偶校验

　　setcommstate（hcom,lpdcb）; //设置串口

　　Mycomm := Tcomm2.Create（False）; //创建串口监听线程

　　WriteFile（hcom, WriteBuffer,sizeof（WriteBuffer）,lpBytesSent, 0）;//写标识命令

　　……

　　4） 对串口监听线程的说明：

　　程序中用到的方法主要有Synchronize和Terminate。Synchronize是Delphi提供的一种安全调用线程的方法，它把线程的调用权交给了主线程，从而避免了线程间的冲突，这是一种最简单的线程间同步的方法，可以省去用其它语言编程时需要调用的多个Windows API 函数，例如createEvent（创建同步事件），Waitforsingleobject（等待同步事件置位），resetevent（同步事件复位），PostMessage（向主线程发送消息）等。用Delphi编写多线程通讯程序的优点是显而易见的。例如以下语句即可实现串口监听线程：

　　……

　　While （not Terminated） do //如果终止属性不为真

　　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;

　　end;

　　上述程序一旦检测到串口事件，就调用DataProcessing方法读串口数据，并写入数组，供程序其它部分调用，另外还要检测何时退出线程，程序如下：

　　procedure Tmainform.DataProcessing

　　begin

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

　　if Clear Then

　　Begin //处理接收数据

　　ReadFile（hcom,ReadBuffer,Comms.cbInQue,LPReadNumber,0）;

　　ReceBytes[I+ArrayOffset] := ReadBuffer[I];

　　//读串口缓冲区数据并写入数组

　　gameover := （ReceBytes[I+ArrayOffset-1]=Byte（$FF））

　　and （ReceBytes[I+ArrayOffset]=Byte（$FF））; //终止条件

　　if gameover then terminate; //退出线程

　　……

　　End;

　　End;

　　其中，Terminate将线程的Terminated属性设置为True。线程一旦检测到Terminated属性为True，就会结束线程，去执行Onterminate事件，在Onterminate事件中对采集到的RFID标识数据进行处理。由于RFID读写器的ABxS协议的命令响应的最后两个字节都是FF，所以可以将收到连续的两个FF作为终止线程的条件之一。

　　程序应用举例：

　　以持续读标识中所有48字节数据命令为例，在程序中用WriteBuffer数组保存该命令，对WriteBuffer数组的各个元素赋值如下：

　　WriteBuffer[0] := Byte（$AA）; WriteBuffer[1] := Byte（$0D）; //连续读标识命令字头

　　WriteBuffer[2] := Byte（$00）; WriteBuffer[3] := Byte（$00）; //从第一个字节开始读

　　WriteBuffer[4] := Byte（$00）; WriteBuffer[5] := Byte（$30）; //读48个字节数据

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

　　WriteBuffer[8] := Byte（$ff）; WriteBuffer[9] := Byte（$ff）; //连续读标识命令字

　　执行持续读标识命令后，程序以WriteBuffer数组写串口，RFID读写器执行此命令，并返回响应数据（见图5）。

        　　图5 持续读标识命令执行结果

　　从图5窗口中可以看到，前4个字节AA OD FF FF就是LRP830读写器对持续读命令的确认信息，然后是数据报文头AA OD和标识中48个字节的数据（每字节数据前加00），最后是数据报文尾FF FF。

　　本文介绍了可编程控制器及微机与RFID射频识别读写器进行串行通讯，从而获取标识中的数据的具体实现方法：PLC通过串行I/O通讯协议与RFID读写器实现串行通讯，PC通过Windows多线程技术与RFID读写器实现串行通讯。本文所述方法具有通用性，对于其它厂家的PLC和RFID系统也有一定的参考价值。RFID射频识别技术在我国工业自动化等领域的应用才刚刚开始，前景非常广阔。本文对于促进该技术的推广应用具有一定的积极意义。