UHF超高频RFID纸质电子标签与树莓派通信
在物联网领域，我们经常听到 RFID 这个词，接下来讲解一下，什么是 RFID ？
RFID 全称为 Radio Frequency Identification，中文称“射频识别”技术。
现实中，我们经常用到这一技术的应用，比如门禁卡、考勤卡等。
关于 RFID，比较正式的定义是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。
我们看看它的原理图，如下图所示，RFID 由服务器、阅读器、标签三部分组成，其中阅读器与服务器之间由有线信道连接，通信过程通常认为是安全的，而阅读器与标签之间由无线信道连接，存在很大的安全隐患。
因项目涉及到电子标签的使用，对于此方面没有涉足的我一直担心于起通信协议的撰写，因为当今社会所有的产品都是向着高质量化方向发展。我所购买的是UHF-R200读写器，配置了30m超远距离探测的天线，成套的设备虽然提供了很多资料，但都是现成封装好的软件与命令协议，无法直接使用，而且指导书的字数多的可怕，而我们的项目本身所使用的又是Raspberry Pi 4B，网上关于R200与树莓派之间通信协议的资料根本没有，所以通过一下午的钻研，我终于攻克了此难点，特地来给大家一个台阶和参考。
1.UHF-R200 是一款超高频读写模块，体积小，功耗低，最大功率为28dbm，并且功率可调；主要用于典型读距离在 0-30m 以内的应用。该芯片具有低功耗，小尺寸、远距 离的特征，是低成本 RFID 系统的优良解决方案。UHF-R200模块有多种通信方式，有串口，SPI，USB通信。我们这里涉及到的是树莓派与R200模块采用的串口通信，PC端与R200采用的USB通信。
2.在R200固定发射功率（默认26dbm）情况下天线线圈决定R200读写RFID标签的最大范围，本文的线圈能识别读取30米内的RFID标签。
1.UHF-R200 2.天线
3.电子标签 4.PVC白卡（与电子标签一样）
3.纸质电子标签只有USR和EPC两个存储区，EPC用于存储12字节卡号，USR存储区可存最大64字节数据，一般利用用户存储区来放需要处理的数据。
4. 一般的电子标签有4个存储区：RFU,USR,EPC以及TID四个数据存储区，而PVC白卡只有EPC存储区，宽度为12个字节，一般存了卡号，就用不了别的地方了。
其实如果是简单运用的话，只需要记住EPC就OK了，因为这个是电子标签最核心的存储区，也是通信是收发的最明显的区域。
第一步：在PC端修改电子标签的EPC，改成自己需要的存储数据。
（注：这里修改EPC时，博主很久都没有成功，一直以为是哪个步骤头问题，实则不是，你所想写入的电子标签一定在读卡器范围里面，且只有它被读取，而且先在此界面把选择点上对勾，然后点单标签读取，之后再点现在的EPC，最后在写入。这里的几个点一定得多做几遍，因为写入不是一次就能成功的，需要鼠标一直点写入，说不定哪次就成功了。最主要的是，有可能不是一次就改成你所想改成的EPC，可能刚开始会改一部分，你只能把选择的对勾取消之后看看现在的EPC是多少了。）
好的，进行到这一步，电子标签已经按照你的想法初始化完成了。
第二步：在Raspberry Pi 4B上写串口命令，实现R200通讯协议。
树莓派接RFID模块进行写码这个需要看RFID模块引脚图以及引脚定义，比如：
串口需要接5个引脚，对应关系如下：
1).rfid的5v -> 树莓派的5v
2).rfid的gnd -> 树莓派的gnd
3).rfid的tx -> 树莓派的rx
4).rfid的rx -> 树莓派的tx
接线接好之后就可以在树莓派中写串口代码控制RFID了，这个需要去看对应的RFID模块的串行接口通讯协议文档。 比如：
命令帧（树莓派给R200）一共7个字
响应帧（R200给树莓派）一共8个字
上位机指令数据包格式如上，那么在树莓派中就可以用串口发命令了。对于代码段有不懂的可以私信我嗷！
import serial
import timewhile True:ser = serial.Serial('/dev/ttyAMA0',115200,timeout=0.5)ser.isOpen()ser.write(bytearray.fromhex('BB 00 27 00 03 22 FF FF 4A 7E')) #命令帧ser.inWaiting()version = ser.read(24)ser.close()xianshi =version[8] #16进制 1号鹅:8-18字 全是0001 0001 就是 17print(xianshi) #16进制 2号鹅:8-18字 全是0010 0010 就是 34print(version) #16进制 3号鹅:8-18字 全是0011 0011 就是 51if xianshi==17:print("1 goose") #这里用了三个电子标签作为3只鹅的识别time.sleep(4)if xianshi==34:print("2 goose")time.sleep(4)if xianshi==51:print("3 goose") time.sleep(4)time.sleep(0)def uchar_checksum(data, byteorder='little'):length = len(data)checksum = 0for i in range(0, length):checksum += int.from_bytes(data[i:i+1], byteorder, signed=True)checksum = ((~checksum) + 1 ) & 0xFFreturn hex(checksum)
下面我放一些常用的命令帧
1. 单次读取卡号
Send：BB 00 22 00 00 22 7E
如果读到卡，模块回复：
BB 02 22 00 11 DC 30 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 0D AD FB 7E
BB 02 22 :是包识别符，长度3个字节；
00 11 ：是包长度，16进制，0x11表示 17个字节，长度2个字节；
DC：
30 00：PC
00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00：卡号（EPC），可修改，占12个字节（通过修改EPC来改卡号）
0D AD：卡号的CRC
FB：Checksum；
7E；结束符；
如果读不到卡，或者无卡，模块回复：
BB 01 FF 00 01 15 16 7E
一共8个字节；
2. 群读卡号
Send：BB 00 27 00 03 22 FF FF 4A 7E
BB 00 27 ：帧标志，3个字节；
00 03：数据长度，2个字节；0003表示3个字节；
22：保留字节；
FF FF ： 读取次数，连续读取65535次；如果连续读取100次，填入00 64；
4A：Checksum，00 27 00 03 22 FF FF 每个字节都累加起来，得到0x024A；支取低8位 4A;
7E：结束符
Recv： BB 01 FF 00 01 15 16 7E
BB 01 FF 00 01 15 16 7E
.
.
.
BB 02 22 00 11 C8 34 00 E2 00 10 71 00 00 52 9B 09 40 B4 02 16 3D D3 7E
BB 01 FF 00 01 15 16 7E
BB 02 22 00 11 C9 34 00 E2 00 10 71 00 00 52 9B 09 40 B4 02 16 3D D4 7E
BB 02 22 00 11 C0 34 00 E2 00 10 71 00 00 52 9B 09 40 B4 02 16 3D CB 7E
BB 01 FF 00 01 15 16 7E
发出连读读取帧后，会联续的接收到收到两种类型的包。
BB 01 FF 00 01 15 16 7E
这是其中一种，表示读取失败；
BB 02 22 00 11 C0 34 00 E2 00 10 71 00 00 52 9B 09 40 B4 02 16 3D CB 7E
这是另外一种，表示读到卡号：
具体格式与单次读取卡号的回复包相同；
BB 02 22：帧标志，3个字节；
00 11：数据长度，11 表示16进制，实际为17个字节；
C0：信号强度；RSSI,一个字节；
34 00：PC，2个字节；
E2 00 10 71 00 00 52 9B 09 40 B4 02：卡号，12个字节；
16 3D ：CRC2个字节；
CB：Checksum，02 ~ 16 3D 累加，取低8位；
7E：结束符；
3 .结束群读
Send： BB 00 28 00 00 28 7E
由于群读次数多时，操作时间会很长，客户可以发送该指令结束群读指令；
Recv： BB 01 28 00 01 00 2A 7E
模块执行结束群读指令的回复。
4. Read读卡内容
Send ：BB 00 0C 00 07 23 00 00 00 00 60 00 96 7E (选择命令)
BB 00 39 00 09 00 00 00 00 03 00 00 00 04 49 7E (读命令)
其实是发送了两包数据，第一包是Select Set；第二包是写入包。Select Set的详细信息请参考上面Select Set的帧解析；下面介绍读取包：
BB 00 39 :是包识别符，长度3个字节；
00 09 ：是包长度，16进制，0x09表示 9个字节，长度2个字节；
00 00 00 00：是访问密码（默认是00 00 00 00），长度4个字节；
03 : 表示选择用户存储区；
00 00 ：表示读取的存储区的地址偏移量，00 00 指从0地址开始写入；
00 04 ：表示去读的数据长度，00 04 表示写入4个字（8个字节）；
49：Checksum，计算公式是，Checksum字节前面的所有字节，除了第一个字节BB外，每个字节的累加，结果只取低8位；
比如：00 39 00 09 00 00 00 00 03 00 00 00 04 累加的结果是：0x49，所以 Checksum就是0x49;
7E ：结束字符；
Recv：BB 01 0C 00 01 00 0E 7E
BB 01 39 00 17 0E 34 00 E2 00 00 16 55 11 02 06 03 90 EA AF 01 02 03 04 05 06 07 08 49 7E
读取成功会接收到其实是2包，第一包是Select Set 的响应包；第二包是读取成功的响应包：
BB 01 39 :是包识别符,表示读取成功，长度3个字节；
00 17 ：是包长度，16进制，0x17表示 23个字节，长度2个字节；
0E ：PC+卡号的长度，16进制，0x0E表示 14个字节，长度1个字节；
34 00： 是PC值，这里不作解析，可以不处理；
E2 00 ~ EA AF ：是成功写入的卡号，一共12个字节；
01 02 03 04 05 06 07 08 ： 是读取的具体数据，一共8个字节。
49: Checksum；
7E：结束符；
读取失败会收到：
BB 01 0C 00 01 00 0E 7E
BB 01 FF 00 10 09 0E 34 00 E2 00 10 71 00 00 52 9B 09 40 B4 02 AA 7E
读取失败接收到其实是2包，第一包是Select Set 的响应包；第二包是读取失败的响应包：
BB 01 FF :是包识别符,表示出错，长度3个字节；
00 10 ：是包长度，16进制，0x10表示 16个字节，长度2个字节；
09： 错误码： 0x09表示没找到卡；
0x16表示 访问密码错误；
0xA3表示超出读写范围；
5. Write写入内容
写入标签数据存储区的数据长度 DT 应不超过 32 个 word，即 64Byte 字节
Send：BB 00 0C 00 07 23 00 00 00 00 60 00 96 7E (选择命令)
BB 00 49 00 11 00 00 00 00 03 00 00 00 04 01 02 03 04 05 06 07 08 85 7E (写命令)
其实是发送了两包数据，第一包是Select Set；第二包是写入包。Select Set的详细信息请参考上面Select Set的帧解析；下面介绍写入包：
BB 00 49 :是包识别符，长度3个字节；
00 11 ：是包长度，16进制，0x11表示 17个字节，长度2个字节；
00 00 00 00：是访问密码（默认是00 00 00 00），长度4个字节；
03 : 表示选择用户存储区；
00 00 ：表示写入的存储区的地址偏移量，00 00 指从0地址开始写入；
00 04 ：表示写入的数据长度，00 04 表示写入4个字（8个字节）；
01 02 03 04 05 06 07 08 ：是写入的数据；
85：Checksum，计算公式是，Checksum 字节前面的所有字节，除了第一个字节BB外，每个字节的累加，结果只取低8位；
比如：00 49 00 11 00 00 00 00 03 00 00 00 04 01 02 03 04 05 06 07 08 累加的结果是：0x85，所以 Checksum就是85;
7E ：结束字符；
Recv：写入成功会收到：
BB 01 0C 00 01 00 0E 7E
BB 01 49 00 10 0E 34 00 E2 00 00 16 55 11 02 06 03 90 EA AF 00 2E 7E
写入成功会接收到其实是2包，第一包是Select Set 的响应包；第二包是写入的响应包：
BB 01 49 :是包识别符,表示写入成功，长度3个字节；
00 10 ：是包长度，16进制，0x10表示 16个字节，长度2个字节；
0E ：PC+卡号的长度，16进制，0x0E表示 14个字节，长度1个字节；
34 00： 是PC值，这里不作解析，可以不处理；
E2 00 ~ EA AF ：是成功写入的卡号，一共12个字节；
00 ： 表示操作成功；
2E : Checksum；
7E：结束符；
到这里，差不多就对RFID与树莓派的通信有了一定基础和认识，希望对于大家之后的学习有帮助！
还请大家记住我这个喜欢在深夜搞事情的快乐科研喵
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