本发明涉及rfid领域，特别涉及一种多协议且仿真多标签的rfid阅读器的设计方法。
背景技术：
rfid技术的基本工作原理如下：标签进入磁场后，阅读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(无源标签或被动标签)，或者由标签主动发送某一频率的信号(activetag，有源标签或主动标签)，解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。
在rfid和物联网系统中，需要用到多种不同的rfid卡和rfid阅读器。目前的rfid类实验由rfid实验箱来完成。rfid实验箱主要提供各种不同标准的rfid阅读器。每种阅读器主要由单片机/嵌入式芯片+rfid射频模块+天线模块+通讯电路构成，同时提供了pc端的测试软件。学生可以通过pc测试软件，与rfid阅读器进行通讯，实现对仿真rfid标签的读写、加密等操作，以达到熟悉rfid技术的目的。
现有rfid阅读器，在教学上使用时，存在的技术问题有：
(1)对于一类含有密码访问保护机制的仿真rfid标签，如iso14443a标签，在进行密码修改实验时，极易造成仿真rfid标签的无效。其原因在于，当某学生将访问密码修改后，在实验完成后，可能不会按照老师的要求，修改为初始密码。那么，老师和其它学生将无法使用这张仿真rfid标签，从而造成标签的浪费，也增加了实验室的管理难度。这种情况在开放式的实验环境下更为严重。
(2)对于一类含有灭活类指令的仿真rfid标签，如iso18000，当接收到灭活指令后，将正式失效，导致仿真rfid标签的浪费。
(3)对于一类含有锁定类指令的rfid标签，如st微电子公司sr176。其存储结构分为16块，每块16位，块4-块14允许用户写入使用。第15块为控制块，每一位对应于一组存储区域锁定状态，为0表示该组允许写操作，为1表示该组禁止写操作，第15块具有一次性可编程特性，即若某位已设为1，则将被禁止重置为0。当执行“锁定”指令后，其rfid标签不能被修改，造成rfid标签的失效。
(4)rfid种类较多，有些rfid卡、rfid读写芯片、rfid天线模块价格较高。
(5)实验过程中，学生只能通过电脑了解实验进程，电脑笨重不利于移动，造成学生在装置与电脑之间来回走动，降低实验效率；而且学生只能依靠操作结果判断rfid标签状态，耗时耗力。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题，在于提供一种多协议且仿真多标签的rfid阅读器的设计方法。
本发明是这样实现的：一种多协议且仿真多标签的rfid阅读器的设计方法，包括传输模块、阅读器控制模块、通信模块以及存储模块，但不包括射频模块以及天线模块；所述传输模块通过所述通信模块连接所述阅读器控制模块，所述阅读器控制模块连接所述存储模块；其中，传输模块发送不同的重载代码给阅读器控制模块；阅读器控制模块接收传输模块发送的重载代码并根据重载代码进行重载，重载后阅读器控制模块与通信模块组成仿真阅读器；通信模块提供通信接口让阅读器控制模块与传输模块通讯；存储模块仿真至少一张仿真rfid标签。
优选地，所述仿真阅读器为多协议rfid仿真阅读器，提供低频rfid、高频rfid、超高频rfid、微波标签以及有源rfid的软件接口。
优选地，仿真阅读器的控制方法包括如下阶段：
第一阶段：预置阶段
优选地，传输模块设置程序发送待仿真rfid类型给仿真阅读器，仿真阅读器根据rfid标签存储结构建立对应的结构体，在存储模块中进行初始化多张仿真rfid标签，并默认有效，即相当于真实rfid标签已在天线模块的有效区域内；
第二阶段：使用阶段
传输模块发送给仿真阅读器的读写命令，由仿真阅读器转换为对存储模块的读写命令。
优选地，第二阶段的具体操作步骤如下：
步骤10、读卡操作
传输模块发送读卡命令后，仿真阅读器根据接收命令，仿真阅读器在存储模块内查找是否有符合要求的仿真rfid标签；最后由仿真阅读器将结果解析后发送给传输模块；
步骤20、防冲突操作
在确认仿真阅读器内有仿真rfid标签后，传输模块发送防冲突命令，仿真阅读器根据允许多个标签在同一天线模块作用区域的rfid防冲突机制，从存储模块内的多张仿真rfid标签中，选择一张仿真rfid标签通过防冲突操作后，仿真阅读器将通过防冲突操作的仿真rfid标签的id号返回给传输模块；
步骤30、选卡操作
传输模块发送选卡命令，仿真阅读器将存储模块内对应仿真rfid标签的状态修改为“被选中”后，仿真阅读器将仿真rfid标签的状态信息返回给传输模块；
步骤40、访问或/与修改操作
传输模块发送访问或/与修改命令，仿真阅读器对步骤30、中“被选中”的仿真rfid标签执行访问或/与修改命令后返回结果给传输模块。
优选地，还包括步骤31、密钥验证，对应于需要进行密钥验证的rfid协议，传输模块发送密钥验证命令，仿真阅读器将接收到密钥与存储模块的对应仿真rfid标签的密钥进行比对，相符，则修改仿真rfid标签的状态为“已验证”并通过仿真阅读器发送给传输模块；如果不相符，则通过仿真阅读器直接返回密钥验证失败结果给传输模块；
步骤40中，传输模块发送访问或/与修改命令，仿真阅读器对步骤31、中“已验证”的仿真rfid标签执行访问或/与修改命令后返回结果给传输模块。
优选地，在教学或调试过程中，允许执行“修改密钥”、“灭活”、“锁定”等容易导致真实rfid标签失效或部分失效的操作。
优选地，对仿真rfid标签进行初始化操作，仿真rfid标签被重置后以初始密码以及初始状态被访问；通过初始化操作，可以重新激活失效或部分失效的仿真rfid标签。
优选地，还包括显示屏，所述显示屏连接所述阅读器控制模块，显示屏用于显示当前有效的仿真标签的类型、数量、状态、存储单元实际内容、密钥等信息，方便教学与调试。
优选地，还包括选择模块，所述选择模块连接所述阅读器控制模块，使用者通过选择模块对仿真rfid标签进行“有效”或“无效”的选择，相当于将真实rfid标签放入或撤离天线模块有效区域。
优选地，所述存储模块为非易失存储模块，所述阅读器控制模块为单片机或嵌入式控制器，非易失存储模块为单片机或嵌入式控制器的内部存储模块，或外接存储模块。
本发明具有如下优点：
1、本发明提供一种仅包含单片机或嵌入式控制器、非易失存储模块、通信模块等必要部件，而不包含真实rfid读写芯片、rfid射频电路和天线模块以及rfid标签，多协议且仿真多标签的rfid阅读器的控制方法，为rfid教学和系统设计提供了一种低成本、灵活、安全的解决方案，也大大减少了rfid实验室管理人员的工作量；同时，本发明所设计的仿真阅读器十分有利于开放式教学和自主学习。
2、通过设计一种多协议且仿真多标签的rfid阅读器，无需针对不同rfid标签与rfid协议准备各式各样的阅读器以及天线模块等，减少阅读器投入成本、降低设备占用实验室的使用面积、减免实际阅读器维修成本，大大减少了实验室资金的投入。
3、通过在存储模块中仿真多张rfid标签，无需使用真实rfid标签进行实验，不仅减免了rfid标签的投入成本，而且也避免了因执行“修改密钥”“灭活”、“锁定”等操作造成rfid标签的失效，从而导致rfid标签的浪费。在使用过程中，教师只需要通过pc机(传输模块)程序设置标签的类型及数量，在仿真阅读器内自动生成多张仿真rfid标签，大大提高rfid标签管理效率，节约教师在rfid实验中所花时间。
4、在实验过程中，学生可以在显示屏上查看所操作rfid的标签状态和存储单元的具体内容，方便学习，同时，本发明所设计的仿真阅读器十分有利于开放式教学和自主学习。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
图1为本发明的装置连接示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种多协议且仿真多标签的rfid阅读器的设计方法，包括传输模块、阅读器控制模块、通信模块以及存储模块，但不包括射频模块以及天线模块；所述传输模块通过所述通信模块连接所述阅读器控制模块，所述阅读器控制模块连接所述存储模块；其中，传输模块pc机发送不同的重载代码给阅读器控制模块，本发明选用pc机作为传输模块使用；阅读器控制模块接收pc机发送的重载代码并根据重载代码进行重载，重载后阅读器控制模块与通信模块组成仿真阅读器，仿真阅读器为多协议rfid仿真阅读器，提供低频rfid、高频rfid、超高频rfid、微波标签以及有源rfid的软件接口；通信模块提供通信接口让阅读器控制模块与传输模块通讯，通信模块为rs232、rs485、wifi、lan、蓝牙或usb；存储模块仿真至少一张仿真rfid标签，所仿真的rfid标签数量与rfid类型以及存储模块的容量有关，仿真阅读器对仿真rfid标签进行初始化操作，仿真rfid标签被重置后以初始密码以及初始状态被访问；通过初始化操作，可以重新激活失效或部分失效的仿真rfid标签。
本发明还包括显示屏以及选择模块，显示屏连接阅读器控制模块，显示屏用于显示当前有效的仿真标签的类型、数量、状态、存储单元实际内容、密钥等信息，方便教学与调试，显示屏可选用液晶显示屏(lcd)；选择模块连接阅读器控制模块，使用者通过选择模块对仿真rfid标签进行“有效”或“无效”的选择，相当于将真实rfid标签放入或撤离天线模块有效区域。且，本发明的存储模块为非易失存储模块，阅读器控制模块为单片机或嵌入式控制器，非易失存储模块为单片机或嵌入式控制器的内部存储模块，或外接存储模块；存储模块可以设置在单片机或嵌入式控制器内部，也可选用外接flash芯片(sd卡与u盘也可选用)，单片机或嵌入式控制器通过并口或spi或iic等与flash芯片进行通信，不需要专用的通讯模块，只用电路上的导线连接即可。
仿真阅读器的控制方法包括如下阶段：
第一阶段：预置阶段
pc机设置程序发送待仿真rfid类型给仿真阅读器，仿真阅读器根据rfid标签存储结构建立对应的结构体，在存储模块中进行初始化多张仿真rfid标签，并默认有效，即相当于真实rfid标签已在天线模块的有效区域内；
第二阶段：使用阶段
pc机发送给仿真阅读器的读写命令，由仿真阅读器转换为对存储模块的读写命令。
第二阶段的具体操作步骤如下：
步骤10、读卡操作
pc机发送读卡命令后，仿真阅读器根据接收命令，仿真阅读器在存储模块内查找是否有符合要求的仿真rfid标签；最后由仿真阅读器将结果解析后发送给pc机；
步骤20、防冲突操作
在确认仿真阅读器内有仿真rfid标签后，pc机发送防冲突命令，仿真阅读器根据允许多个标签在同一天线模块作用区域的rfid防冲突机制，从存储模块内的多张仿真rfid标签中，选择一张仿真rfid标签通过防冲突操作后，仿真阅读器将通过防冲突操作的仿真rfid标签的id号返回给pc机；
步骤30、选卡操作
pc机发送选卡命令，仿真阅读器将存储模块内对应仿真rfid标签的状态修改为“被选中”后，仿真阅读器将仿真rfid标签的状态信息返回给pc机；
还包括步骤31、密钥验证，对应于需要进行密钥验证的rfid协议，pc机发送密钥验证命令，仿真阅读器将接收到密钥与存储模块的对应仿真rfid标签的密钥进行比对，相符，则修改仿真rfid标签的状态为“已验证”并通过仿真阅读器发送给pc机；如果不相符，则通过仿真阅读器直接返回密钥验证失败结果给pc机；
步骤40、访问或/与修改操作
对应于不需要进行密钥验证的rfid协议pc机发送访问或/与修改命令，仿真阅读器对步骤30、中“被选中”的仿真rfid标签执行访问或/与修改命令后返回结果给pc机；或，对应于需要进行密钥验证的rfid协议，仿真阅读器对步骤31、中“已验证”的仿真rfid标签执行访问或/与修改命令后返回结果给pc机。
在教学或调试过程中，允许执行“修改密钥”、“灭活”、“锁定”等容易导致真实rfid标签失效或部分失效的操作。
关于仿真rfid标签，以下用仿真nxp公司(恩智浦)mifareclassic1krfid标签进一步说明：
仿真rfid标签步骤如下：
步骤100、pc机设置需要的仿真rfid标签类型为mifareclassic1k、标签数量为3，发送给仿真阅读器；
步骤101、mifareclassic1k其分为16个扇区，每一个扇区容量为64字节，每一扇区有4个块，每一块有16个字节；每一个扇区最后一个块有一组密钥a和密钥b，各6个字节，另有存储控制字节，共4个字节。仿真阅读器根据mifareclassic1k的存储结构，建立和mifareclassic1k相同的结构体，并以该结构体在非易失存储模块内建立3组记录，用于表示3个仿真rfid标签；
步骤102，仿真阅读器对步骤101所述仿真标签进行初始化，通常是将其初始化为mifareclassic1k默认的状态；
步骤103、仿真阅读器在存储模块内，建立3个仿真标签状态，用于表示标签“是否在天线模块的作用区域”、“是否已灭活”、“是否已验证密钥”、“已锁定”等，在初始过程中，通常默认该标签有效，即相当于真实rfid标签已放入天线模块的作用区域。
假设所仿真的标签有一个rfid标签的序列号为“42a79348”，且该标签将通过防冲突检测。
以下进一步说明仿真阅读器与仿真rfid标签的使用：
第一步，读标签操作
pc机发送读标签命令，希望得知天线模块的作用区域内是否有rfid标签。
仿真阅读器执行读标签操作，学生可通过选择模块，令一张或多张仿真rfid标签“有效”或“无效”，即相当于真实rfid标签放入或撤离天线模块的作用区域，如果存在有效的仿真rfid标签，仿真阅读器将结果解析后发送给pc机。
第二步，防冲突操作(即存储模块内如果仿真至少两张的仿真rfid标签，最后只有一张仿真rfid标签会在此过程胜出)
pc机发送防冲突，以在多张仿真rfid标签中得到其中一张仿真rfid标签的id号，仿真阅读器执行防冲突操作，根据防冲突规则，每次操作只有一张仿真rfid标签会通过防冲突操作，假设id号为42a79348的仿真rfid标签通过防冲突操作，仿真阅读器检查其状态，如果为“灭活”状态，则在id号上标记“已灭活”给pc机，否则返回id号给pc机。
第三步，选标签操作
pc机发送选标签命令，参数为42a79348，仿真阅读器将42a79348的仿真rfid标签的状态修改为“被选中”后，由仿真阅读器发送状态给pc机。
第四步，密钥验证操作
如果仿真rfid标签被选中，pc机将密钥发给仿真阅读器去验证。
pc机发送密钥验证命令，参数为密钥为ffffffffffff(假设42a79348的密钥为ffffffffffff)，仿真阅读器将该密钥与存储模块内仿真rfid标签的密钥对比，相符，则修改状态为“已验证”并发送验证结果给pc机；如果不同，则直接返回密钥验证失败结果。
第五步，访问或/与修改操作
pc机发送访问或/与修改操作，仿真阅读器将存储模块内仿真rfid标签的标签数据改为新值后发送状态给pc机。
第六步，初始化操作
管理人员对非易失存储模块进行初始化操作，非易失存储模块中被修改的标签信息被重置，rfid标签能够重新以初始的标签信息被访问。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。