RFID reader-driven I-code 協議
I-Code 協議（特別是 NXP 的 I-Code SLI 系列）是典型的 Reader-driven 協議。它結合了 Polling 與 Slotted ALOHA 的混合機制。讀取器發送 Inventory 指令，並指定 Time Slots（通常是 1、16 或 256 個槽位），標籤會根據其 UID 的一部分隨機選擇一個槽位回覆。
以下是一個基於 I-Code SLI (ISO 15693) 邏輯的 tkinter 模擬程式，模擬讀取器發送 Inventory 指令並逐一掃描 Slot 的過程。
I-Code (ISO 15693) 協議要點
Inventory 指令與 Slots：
讀取器會發送一個 Inventory 指令來啟動流程。在 I-Code 協議中，標籤會根據其 UID 的最後 4 位元（若為 16 槽位模式）來決定自己在第幾個 Slot 回應。
碰撞機制：
在模擬器中，我故意將兩個標籤設定在 Slot 3。你會看到該槽位變成紅色並標示 Collision。在真實系統中，讀取器遇到碰撞後，會記錄下來，稍後再利用 Stay Quiet 或更長的前綴來解決衝突。
EOF (End of Frame) 脈衝：
在自動模式下，每個 Slot 之間的轉換代表讀取器發送了一個 EOF 訊號，告訴所有標籤：「現在進入下一個時間槽」。
import tkinter as tk
from tkinter import ttk
import random
import time
from threading import Thread
class ICodeSimulator:
def __init__(self, root):
self.root = root
self.root.title("RFID I-Code SLI (ISO 15693) 模擬器")
# 標籤資料 (模擬 UID)
self.available_tags = [
{"uid": "E00401001", "slot": 0},
{"uid": "E00401002", "slot": 3},
{"uid": "E00401003", "slot": 3}, # 故意製造碰撞
{"uid": "E00401004", "slot": 7},
{"uid": "E00401005", "slot": 12}
]
self.num_slots = 16
self.current_slot = -1
self.is_running = False
self.step_mode = tk.BooleanVar(value=True)
self.step_trigger = False
self.setup_ui()
def setup_ui(self):
# 狀態面板
stat_frame = tk.Frame(self.root, bg="#f0f0f0", pady=10)
stat_frame.pack(fill="x")
self.lbl_command = tk.Label(stat_frame, text="指令: 等待中", font=("Consolas", 12, "bold"), fg="#d32f2f")
self.lbl_command.pack()
# 槽位視覺化區域 (16 個 Slot)
self.canvas = tk.Canvas(self.root, width=800, height=200, bg="white")
self.canvas.pack(pady=10)
self.slot_rects = []
for i in range(self.num_slots):
x0 = 20 + (i * 48)
rect = self.canvas.create_rectangle(x0, 50, x0+40, 100, fill="#eeeeee", outline="#999")
self.canvas.create_text(x0+20, 115, text=f"S{i}")
self.slot_rects.append(rect)
# 控制列
ctrl_frame = tk.Frame(self.root)
ctrl_frame.pack(pady=10)
self.btn_inventory = tk.Button(ctrl_frame, text="發送 Inventory 指令", command=self.start_inventory, bg="#4caf50", fg="white")
self.btn_inventory.pack(side=tk.LEFT, padx=5)
tk.Checkbutton(ctrl_frame, text="手動單步 (Next Slot)", variable=self.step_mode).pack(side=tk.LEFT, padx=10)
self.btn_next = tk.Button(ctrl_frame, text="下一步 >>", command=self.trigger_next, state=tk.DISABLED)
self.btn_next.pack(side=tk.LEFT, padx=5)
# 結果列表
self.tree = ttk.Treeview(self.root, columns=("Slot", "Result", "UID"), show="headings", height=8)
self.tree.heading("Slot", text="Slot #")
self.tree.heading("Result", text="通訊結果")
self.tree.heading("UID", text="接收到的 UID")
self.tree.column("Slot", width=80, anchor="center")
self.tree.pack(fill="both", padx=10, pady=10)
def trigger_next(self):
self.step_trigger = True
def start_inventory(self):
if self.is_running: return
self.is_running = True
self.current_slot = -1
self.btn_inventory.config(state=tk.DISABLED)
self.btn_next.config(state=tk.NORMAL if self.step_mode.get() else tk.DISABLED)
# 清除 UI
for rect in self.slot_rects:
self.canvas.itemconfig(rect, fill="#eeeeee")
for item in self.tree.get_children():
self.tree.delete(item)
Thread(target=self.inventory_process, daemon=True).start()
def inventory_process(self):
self.update_cmd("SENT: Inventory (16 Slots)")
for s in range(self.num_slots):
if not self.is_running: break
self.current_slot = s
# 視覺化當前 Slot
self.root.after(0, lambda: self.canvas.itemconfig(self.slot_rects[s], fill="#fff176"))
# 等待觸發
if self.step_mode.get():
self.step_trigger = False
while not self.step_trigger and self.is_running:
time.sleep(0.1)
else:
time.sleep(0.6)
# 檢查該 Slot 有多少標籤回應
responded_tags = [t for t in self.available_tags if t["slot"] == s]
if len(responded_tags) == 0:
self.log_result(s, "Empty (Idle)", "---", "#f5f5f5")
elif len(responded_tags) == 1:
uid = responded_tags[0]["uid"]
self.log_result(s, "Success", uid, "#c8e6c9")
else:
self.log_result(s, "COLLISION!", "Multiple Tags", "#ffcdd2")
self.update_cmd("COMPLETED: Inventory Done")
self.is_running = False
self.root.after(0, lambda: self.btn_inventory.config(state=tk.NORMAL))
def update_cmd(self, msg):
self.root.after(0, lambda: self.lbl_command.config(text=msg))
def log_result(self, slot, res, uid, color):
def update():
self.tree.insert("", tk.END, values=(f"Slot {slot}", res, uid))
self.canvas.itemconfig(self.slot_rects[slot], fill=color)
self.tree.yview_moveto(1)
self.root.after(0, update)
if __name__ == "__main__":
root = tk.Tk()
app = ICodeSimulator(root)
root.mainloop()
在 I-Code (ISO 15693) 協議中，當 Inventory 過程中發現碰撞（例如多個標籤落在同一個 Slot）時，讀取器會啟動抗碰撞循環 (Anti-collision Loop)。
主要的作法是：讀取器會發送帶有 Mask（遮罩） 的指令，要求「只有 UID 前幾位符合特定值的標籤才准回應」，藉此將原本發生衝突的標籤強行拆分到不同的掃描輪次中。
I-Code 抗碰撞循環模擬器
這個版本增加了「待辨識隊列」與「自動重試機制」，當偵測到碰撞後，會自動發起下一輪查詢。
抗碰撞循環 (Anti-collision Loop) 的演算法說明：
偵測階段 (Detection)：
讀取器發送 Inventory 指令。如果某個 Slot 同時有兩個標籤回覆，接收訊號會產生畸變，讀取器判定為 Collision。
記憶階段 (Storage)：
讀取器並不會在發現碰撞後立刻停下來，而是完成這一輪（16 個 Slot）的所有掃描，並記住哪些 Slot 發生了衝突。
解決階段 (Resolution)：
讀取器會針對剛才發生衝突的 Slot 再次發送指令。這次它會帶入一個 Mask（遮罩）。例如：「請 UID 以 ...B 結尾且屬於 Slot 3 的標籤才回覆」。
終止條件：
直到所有的 Slot 要麼是「空閒（Empty）」，要麼是「辨識成功（Success）」，循環才會停止。
import tkinter as tk
from tkinter import ttk
import random
import time
from threading import Thread, Event
class ICodeProSimulator:
def __init__(self, root):
self.root = root
self.root.title("RFID I-Code SLI 專業控制面板")
# 標籤資料
self.all_tags = [
{"uid": "E00401...A1", "slot_id": 1},
{"uid": "E00401...B3", "slot_id": 3},
{"uid": "E00401...C3", "slot_id": 3},
{"uid": "E00401...D3", "slot_id": 3},
{"uid": "E00401...E7", "slot_id": 7}
]
# 狀態控制變數
self.is_running = False
self.is_paused = False
self.stop_requested = False
self.pause_event = Event()
self.pause_event.set() # 預設為非暫停狀態
self.round_count = 0
self.identified_uids = []
self.setup_ui()
def setup_ui(self):
# 狀態顯示欄
info_frame = tk.Frame(self.root, bg="#2c3e50", pady=10)
info_frame.pack(fill="x")
self.lbl_round = tk.Label(info_frame, text="等待操作...", font=("微軟正黑體", 14, "bold"), fg="#ecf0f1", bg="#2c3e50")
self.lbl_round.pack()
self.lbl_status = tk.Label(info_frame, text="請點擊 [啟動] 開始抗碰撞程序", font=("微軟正黑體", 10), fg="#bdc3c7", bg="#2c3e50")
self.lbl_status.pack()
# Slot 視覺化 (16個槽位)
self.canvas = tk.Canvas(self.root, width=800, height=120, bg="white")
self.canvas.pack(pady=10)
self.slot_rects = []
for i in range(16):
x0 = 20 + (i * 48)
rect = self.canvas.create_rectangle(x0, 30, x0+40, 70, fill="#ecf0f1", outline="#bdc3c7")
self.canvas.create_text(x0+20, 85, text=f"{i}", font=("Arial", 8))
self.slot_rects.append(rect)
# 核心控制按鈕區
ctrl_frame = tk.Frame(self.root)
ctrl_frame.pack(pady=10)
self.btn_run = tk.Button(ctrl_frame, text="▶ 啟動", command=self.start_process, bg="#27ae60", fg="white", width=10)
self.btn_run.pack(side=tk.LEFT, padx=5)
self.btn_pause = tk.Button(ctrl_frame, text="⏸ 暫停", command=self.toggle_pause, state=tk.DISABLED, width=10)
self.btn_pause.pack(side=tk.LEFT, padx=5)
self.btn_stop = tk.Button(ctrl_frame, text="⏹ 結束", command=self.terminate_process, state=tk.DISABLED, bg="#c0392b", fg="white", width=10)
self.btn_stop.pack(side=tk.LEFT, padx=5)
# 資料表格
self.tree = ttk.Treeview(self.root, columns=("Round", "Slot", "Event", "UID"), show="headings", height=8)
self.tree.heading("Round", text="輪次")
self.tree.heading("Slot", text="槽位")
self.tree.heading("Event", text="事件")
self.tree.heading("UID", text="辨識結果 / 狀態說明")
self.tree.column("Round", width=60, anchor="center")
self.tree.column("Slot", width=60, anchor="center")
self.tree.pack(fill="both", padx=10, pady=10)
def toggle_pause(self):
if not self.is_running: return
if self.is_paused:
self.is_paused = False
self.pause_event.set() # 恢復執行
self.btn_pause.config(text="⏸ 暫停", bg="SystemButtonFace")
self.update_info("執行中...", "程序已恢復")
else:
self.is_paused = True
self.pause_event.clear() # 阻塞執行
self.btn_pause.config(text="▶ 恢復", bg="#f1c40f")
self.update_info("已暫停", "點擊 [恢復] 繼續掃描")
def terminate_process(self):
self.stop_requested = True
self.is_paused = False
self.pause_event.set() # 如果暫停中，先解除阻塞才能結束
self.update_info("正在結束...", "正在停止所有程序")
def start_process(self):
# 初始化狀態
self.is_running = True
self.is_paused = False
self.stop_requested = False
self.pause_event.set()
self.round_count = 0
self.identified_uids = []
# UI 切換
self.btn_run.config(state=tk.DISABLED)
self.btn_pause.config(state=tk.NORMAL, text="⏸ 暫停", bg="SystemButtonFace")
self.btn_stop.config(state=tk.NORMAL)
for item in self.tree.get_children(): self.tree.delete(item)
Thread(target=self.main_loop, daemon=True).start()
def main_loop(self):
pending_work = [{"mask": "", "target_slot": None}]
while pending_work and not self.stop_requested:
current_task = pending_work.pop(0)
self.round_count += 1
mask = current_task["mask"]
self.update_info(f"第 {self.round_count} 輪掃描", f"目前掩碼: {mask if mask else 'None'}")
self.root.after(0, self.reset_slots)
current_round_collisions = []
for s in range(16):
# 檢查是否暫停
self.pause_event.wait()
# 檢查是否強制結束
if self.stop_requested: break
# 視覺化當前 Slot
self.root.after(0, lambda idx=s: self.canvas.itemconfig(self.slot_rects[idx], fill="#3498db"))
active_tags = [t for t in self.all_tags if t["slot_id"] == s and t["uid"] not in self.identified_uids]
time.sleep(0.3)
if len(active_tags) == 0:
self.log_step(self.round_count, s, "Empty", "無回應")
self.root.after(0, lambda idx=s: self.canvas.itemconfig(self.slot_rects[idx], fill="#ecf0f1"))
elif len(active_tags) == 1:
tag = active_tags[0]
self.identified_uids.append(tag["uid"])
self.log_step(self.round_count, s, "Success", tag["uid"])
self.root.after(0, lambda idx=s: self.canvas.itemconfig(self.slot_rects[idx], fill="#2ecc71"))
else:
self.log_step(self.round_count, s, "Collision", f"偵測到 {len(active_tags)} 衝突")
self.root.after(0, lambda idx=s: self.canvas.itemconfig(self.slot_rects[idx], fill="#e74c3c"))
current_round_collisions.append(s)
if self.stop_requested: break
if current_round_collisions:
for col_slot in current_round_collisions:
pending_work.append({"mask": f"S{col_slot}", "target_slot": col_slot})
time.sleep(1)
# 程序結束後的清理
status_msg = "程序已遭使用者終止" if self.stop_requested else "辨識完成"
self.update_info(status_msg, f"共運行 {self.round_count} 輪次")
self.reset_ui_after_run()
def reset_ui_after_run(self):
self.is_running = False
self.btn_run.config(state=tk.NORMAL)
self.btn_pause.config(state=tk.DISABLED, text="⏸ 暫停", bg="SystemButtonFace")
self.btn_stop.config(state=tk.DISABLED)
def reset_slots(self):
for r in self.slot_rects: self.canvas.itemconfig(r, fill="#ecf0f1")
def update_info(self, r_text, s_text):
self.root.after(0, lambda: self.lbl_round.config(text=r_text))
self.root.after(0, lambda: self.lbl_status.config(text=s_text))
def log_step(self, r, s, event, info):
self.root.after(0, lambda: self.tree.insert("", tk.END, values=(r, s, event, info)))
self.root.after(0, lambda: self.tree.yview_moveto(1))
if __name__ == "__main__":
root = tk.Tk()
app = ICodeProSimulator(root)
root.mainloop()
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