引 言
    近年來，口蹄疫、瘋牛病、禽流感以至“非典”的蔓延，嚴(yán)重危及人類生命安全，引發(fā)了人們對(duì)動(dòng)物性食品生產(chǎn)全過程安全追溯管理的重視。因此，有效地利用科技手段對(duì)其進(jìn)行控制成為緊要的任務(wù)。
    目前國(guó)際上已經(jīng)廣泛采用動(dòng)物識(shí)別射頻卡作為識(shí)別的媒介，但市場(chǎng)上的大部分動(dòng)物標(biāo)簽卡都是只讀型的，不能進(jìn)行修改。這就限制了卡片的使用范圍以及重復(fù)再利用，因此，有必要找到一種既能自由讀寫又可以仿真成動(dòng)物標(biāo)簽卡的方法以及相應(yīng)的卡片和讀寫基站。
    在此之前，要先了解一下動(dòng)物識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)。

1 國(guó)際動(dòng)物識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)介紹
    ISO 11784：動(dòng)物的射頻識(shí)別——代碼結(jié)構(gòu)。
    ISO 11785：動(dòng)物的射頻識(shí)別——技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。
    ISO 11784和11785分別規(guī)定了動(dòng)物識(shí)別的代碼結(jié)構(gòu)和技術(shù)準(zhǔn)則。標(biāo)準(zhǔn)中沒有對(duì)應(yīng)答器樣式尺寸加以規(guī)定，因此可以設(shè)計(jì)成適合于所涉及動(dòng)物的各種形式，如玻璃管狀、耳標(biāo)或項(xiàng)圈等。
1．1 代碼結(jié)構(gòu)——國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 11784
    代碼結(jié)構(gòu)為64位，如表1所列。其中的27～64位可由各個(gè)國(guó)家自行定義。

    各國(guó)國(guó)內(nèi)識(shí)別代碼由該國(guó)自行管理。27～64位也可以分配用于區(qū)別不同的動(dòng)物類型、品種、所在區(qū)域、飼養(yǎng)者等等。這些在此標(biāo)簽內(nèi)沒有做出規(guī)定。 
    技術(shù)準(zhǔn)則規(guī)定了應(yīng)答器的數(shù)據(jù)傳輸方法和閱讀器規(guī)范。工作頻率為134．2 kHz，數(shù)據(jù)傳輸方式有全雙工和半雙工兩種，閱讀器數(shù)據(jù)以差分雙相代碼表示。應(yīng)答器采用FSK調(diào)制，NRZ編碼。
    由于較長(zhǎng)的應(yīng)答器充電時(shí)間和工作頻率的限制，通信速率較低。
1．2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)——國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 11785
    ISO 11785技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)傳輸方法和讀寫器規(guī)范，以便激活電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)載體。制定該技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的目的是使范圍廣泛的不同制造商的電子標(biāo)簽?zāi)軌蚴褂靡粋€(gè)共同的讀寫器來詢問。動(dòng)物識(shí)別用的符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的讀寫器能夠識(shí)別和區(qū)分使用全雙工／半雙工的系統(tǒng)(負(fù)載調(diào)制)的電了標(biāo)簽和使用時(shí)序系統(tǒng)的電子標(biāo)簽。
1．2．1 全雙工／半雙工系統(tǒng)
    全雙工／半雙工電子標(biāo)簽通過活化場(chǎng)得到電源，并立即開始傳輸存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。因?yàn)槭遣恍枰陛d波的負(fù)載調(diào)制過程，同時(shí)數(shù)據(jù)表示成差分雙相代碼(DBP)，把讀寫器頻率除以32即可以得到位率。當(dāng)頻率為134．2 kHz時(shí)，傳輸速率(位率)為4 194bps。
    全雙工／半雙工數(shù)據(jù)報(bào)文包括了11位的起始域(頭標(biāo))、64位(8字節(jié))有用數(shù)據(jù)、16位(2字節(jié))CRC以及24位(3字節(jié))終止域(尾標(biāo))。每傳輸8位后，插入一個(gè)邏輯“1”電平的填充位，以便避免出現(xiàn)頭標(biāo)為“00000000001”的情況。在給定傳輸速率的情況下，傳輸128位大約需要30．5 ms。
1．2．2 時(shí)序系統(tǒng)
    每50 ms后活化場(chǎng)暫停3 ms。時(shí)序電子標(biāo)簽事先已經(jīng)通過活化場(chǎng)充入了能量，在活化場(chǎng)暫停后大約1～2 ms開始傳輸存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。
    電子標(biāo)簽用頻移鍵控(2FSK)調(diào)制法。位編碼采用NRZ邏輯“O”與基頻134．2 kHz對(duì)應(yīng)，邏輯“1”與頻率124．2 kHz對(duì)應(yīng)。
    把發(fā)送頻率除以16就可以得到比特率。因此，在頻移鍵控情況下，比特率對(duì)于邏輯“O”為8 387 bps，對(duì)于邏輯“1”為7 762 bps。
    時(shí)序數(shù)據(jù)報(bào)文包括了8位起始域01lllllOb、64位(8字節(jié))有用數(shù)據(jù)、16位(2字節(jié))CRC以及24位(3字節(jié))終止域，沒有填充位。
    在給定傳輸速率的情況下，傳輸112位最多需要14.5ms(“1”序列)。

2 動(dòng)物識(shí)別卡片結(jié)構(gòu)說明
    根據(jù)動(dòng)物識(shí)別的標(biāo)準(zhǔn)，可以得到動(dòng)物識(shí)別卡片數(shù)據(jù)發(fā)送的順序，即從第1個(gè)字節(jié)的bitO發(fā)送到第16個(gè)字節(jié)的bit7。
    動(dòng)物識(shí)別卡片數(shù)據(jù)發(fā)送表見本刊網(wǎng)站(編者注)。表中內(nèi)容說明如下：
    (1)DATAl～DATA64
    ①National ID：高位到低位=DATA27～DATA64=NID37～NIDO
    舉例：假設(shè)要寫入的是11223344556(十進(jìn)制)(最大為274877906944)，
    對(duì)應(yīng)于十六進(jìn)制是1A21A278BE，對(duì)應(yīng)于二進(jìn)制是01 1010 0010 0001 1010 0010 01111000 1011 1110，
    對(duì)應(yīng)于表中的NID就是從NID37～NID0。
    ②Country ID：高位到低位=DATAl7～DATA26=CID9～CIDO
    舉例：假設(shè)要寫入的是1000(十進(jìn)制)(最大為1024)，
    對(duì)應(yīng)于十六進(jìn)制是3E8，
    對(duì)應(yīng)于二進(jìn)制是11 1110 1000，
    對(duì)應(yīng)于表中的CID就是從CID9～CID0。
    ③DATA BLOCK：DATAl6。
    ④Resetved：DATA2～DATAl5。
    ⑤Animal FLAG：DATAl。
    (2)CRC部分為8字節(jié)的校驗(yàn)
    CRC計(jì)算例程如下：
    bur[0]～buf[7]為8字節(jié)有效數(shù)據(jù)。crc_value為2字節(jié)CRC校驗(yàn)數(shù)據(jù)。

   

        }

    }

3 射頻讀寫基站EM4095介紹
    EM4095是用于RFID的CMOS集成收發(fā)器電路基站芯片，有以下功能：
    ◆利用載波驅(qū)動(dòng)天線；
    ◆用于可讀寫應(yīng)答器的AM調(diào)制磁場(chǎng)；
    ◆對(duì)從天線傳輸來的應(yīng)答器的調(diào)制信號(hào)進(jìn)行AM解調(diào)；
    ◆與微處理器通過簡(jiǎn)單接口通信。
特點(diǎn)如下：
    ◆集成的鎖相環(huán)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)用自適應(yīng)載波頻率來匹配天線諧振頻率；
    ◆無需外部晶振；
    ◆100～150 kHz載波頻率范圍；
    ◆用橋驅(qū)動(dòng)方式直接驅(qū)動(dòng)天線；
    ◆以O(shè)OK(100％AM調(diào)制)的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；
    ◆用外部可調(diào)整系數(shù)的單端驅(qū)動(dòng)器以AM調(diào)制的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；
    ◆兼容多種應(yīng)答器協(xié)議(如EM400X、EM4050、EM4150、EM4070、EM4170、EM4069……)；
    ◆睡眠模式1μA；
    ◆兼容USB電壓范圍；
    ◆40～+85℃溫度范圍；
    ◆小外形塑料封裝SO16。
    典型工作模式原理如圖1所示。

4 射頻讀寫卡片EM4205介紹
4．1 基本說明
    EM Microelectronic的低頻率RFID IC EM4205用來滿足動(dòng)物識(shí)別、廢料管理、工業(yè)的物流管理和存取控制應(yīng)用等領(lǐng)域的特定需求。這個(gè)符合ISO 11784／11785的應(yīng)答器芯片(transponder chip)可滿足目前及未來家畜(1ive—stock)需用，提供高質(zhì)量的讀取范圍。
    EM4205特別適于低成本的動(dòng)物標(biāo)簽應(yīng)用，并符合ISO 11784／11785標(biāo)準(zhǔn)，有助于產(chǎn)品的一致性和設(shè)備的互通性。對(duì)大多數(shù)的動(dòng)物識(shí)別應(yīng)用而言，ISO的數(shù)據(jù)完整性是很重要的。EM4205／4305可避免數(shù)據(jù)發(fā)生未授權(quán)的修改，也可避免在生產(chǎn)流程中因UV光線所造成的數(shù)據(jù)損失。另外，使用者可通過編程(user—programmable)內(nèi)存來記錄特定應(yīng)用的信息，如藥品的編碼、日期或與擁有者相關(guān)的數(shù)據(jù)。內(nèi)存可由密碼來保護(hù)，以達(dá)到完整性及保密的目的。
    EM4205為了滿足一些特殊應(yīng)用，如玻璃管轉(zhuǎn)換器(glass tube transponder)，采用了最小的尺寸，以便將對(duì)電子產(chǎn)品的影響減到最小。
4．2 工作原理
    EM4205通過外部線圈及內(nèi)部集成的電容一起組成諧振電路，從連續(xù)的125 kHz磁場(chǎng)中獲取能量啟動(dòng)。芯片從內(nèi)部的EEPROM中讀出數(shù)據(jù)，并通過與線圈并聯(lián)的負(fù)載的開斷產(chǎn)生深幅調(diào)制，將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。通過對(duì)125kHz磁場(chǎng)的100％幅度調(diào)制，可以執(zhí)行各種命令并更新EEPROM中的數(shù)據(jù)。
    EM4205／4305支持幾種Bi—phase和Manchester，操作模式(配置選項(xiàng))存儲(chǔ)在EEPROM的配置字中。所有EEPROM字可以通過設(shè)置鎖位進(jìn)行保護(hù)。芯片還包括一個(gè)可編程的32位的UID(Unique Identification)。
4．3 特 點(diǎn)
    ◆512位EEPROM，16字×32位分布；
    ◆32位UID(唯一識(shí)別碼)；
    ◆兼容ISO 11784／11785協(xié)議；
    ◆32位口令讀和寫保護(hù)；
    ◆可使EEPROM字進(jìn)入只讀鎖定狀態(tài)；
    ◆2種編碼方式(曼徹斯特、Bi—phase)；
    ◆多種數(shù)據(jù)傳輸率(8、16、32、64個(gè)RF時(shí)鐘)；
    ◆具有讀卡器先問詢的特點(diǎn)；
    ◆頻率范圍為100～150 kHz；
    ◆芯片自帶整流器和電壓鉗位；
    ◆無需外部電容(電壓保持)；
    ◆溫度范圍為一45℃～+85℃；
    ◆非常低的功率消耗；
    ◆加大的焊點(diǎn)(200μm×400μm)允許直接連接天線(EM4305)；
    ◆EM4205：2個(gè)諧振電容210 pF或250 pF(mask版本可選)；
    ◆EM4305：3個(gè)諧振電容210 pF或250 pF或330pF(mask版本可選)；
    ◆協(xié)議和EM4469／4569兼容；
    ◆雙緩沖保護(hù)字。
4．4 EEPROM組成
    字14和15用于保護(hù)字O和13免于被誤操作。
    EEPROM的512位有16個(gè)字，每個(gè)字由32位組成。EEPROM字的編號(hào)為O～15，在字中的位編號(hào)為O～31位，LSB優(yōu)先的原則(即先發(fā)送LSB)。
    EEPROM字中的32位通過一個(gè)寫的命令進(jìn)行編程。開始2個(gè)字，代表工廠芯片類型、諧振電容大小及UID號(hào)碼，且可以由用戶自行編程。它們不能作為默認(rèn)的信息，但可以存儲(chǔ)一些有用的信息只允許讀命令訪問。(通過寫保護(hù))
    字2是32位的密碼。
    字3是自由讀寫。和O、1一樣，它們可以存儲(chǔ)一些有用的信息，只允許讀命令訪問。
    字4是配置字，決定設(shè)備操作模式等選項(xiàng)。
    字5～13是自由讀寫的數(shù)據(jù)塊(288位)，可以作為默認(rèn)信息的一部分。
    字14、15是保護(hù)字，用來防止寫命令對(duì)字0～13的修改。

5 用EM4205制作動(dòng)物識(shí)別卡
    第1步：設(shè)計(jì)EM4205配置字。
    對(duì)于符合ISO11784／5的FDX—B模式，EM4205應(yīng)該配置為：
    ◆Bi—phase
    ◆RF／32
    ◆返回4 BLOCK 16字節(jié)(128位)ISO11784／5的有效數(shù)據(jù)，則BLOCK4為00020C8F。
    第2步：計(jì)算8字節(jié)64位的有效數(shù)據(jù)。
    參考動(dòng)物識(shí)別卡片數(shù)據(jù)發(fā)送表以及說明。
    ◆將十進(jìn)制的National ID轉(zhuǎn)化為38位的二進(jìn)制數(shù)，最低位對(duì)應(yīng)于標(biāo)簽結(jié)構(gòu)中的第64位。
    ◆將十進(jìn)制的Country ID轉(zhuǎn)化為10位的二進(jìn)制數(shù)，加入到38位National ID之前。
    ◆加入1位DATA BLOCK。
    ◆加入14位Reserved位O。
    ◆加入1位Animal FLAG。
    上述5項(xiàng)組成64位二進(jìn)制數(shù)據(jù)。
    第3步：計(jì)算2字節(jié)CRC。
    根據(jù)上文的CRC計(jì)算例程，計(jì)算64位(8字節(jié))數(shù)據(jù)的2字節(jié)CRC校驗(yàn)字節(jié)。
    第4步：組成16字節(jié)的動(dòng)物標(biāo)簽最終數(shù)據(jù)。
    以發(fā)送的順序組成16字節(jié)(128位)的數(shù)據(jù)。
    ◆加入000000001。
    ◆加入8字節(jié)有效，然后再加入2字節(jié)CRC校驗(yàn)數(shù)據(jù)，每個(gè)字節(jié)后面跟1個(gè)1。
    ◆加入3字節(jié)空數(shù)據(jù)，每個(gè)字節(jié)后面跟1個(gè)1。
    第5步：16字節(jié)數(shù)據(jù)寫入卡片。
    由于每個(gè)BLOCK(32位)的發(fā)送順序?yàn)槲籓一位31，將16個(gè)字節(jié)放入4個(gè)BLOCK中的時(shí)候要作如下處理：
    第1個(gè)BLOCK：BYTE4+BYTE3+BYTE2+BYTEl。
    第2個(gè)BLOCK：BYTE8+BYTE7+BYTE6+BYTE5。
    第3個(gè)BLOCK：BYTEl2+BYTEll+BYTElO+BYTE9。
    第4個(gè)BLOCK：BYTEl6+BYTEl5+BYTEl4+BYTEl3。
    至此，由EM4205卡編寫而成的ISO11784／5動(dòng)物識(shí)別卡制作完成。

結(jié) 語
    本文介紹了用EM4205通用讀寫射頻卡制作動(dòng)物標(biāo)簽卡的基本過程和方法，對(duì)于從事動(dòng)物識(shí)別領(lǐng)域的卡片制造商、系統(tǒng)集成商、中間件集成商有一定的實(shí)用價(jià)值。