TELKOM NIKA Indonesia n  Journal of  Electrical En gineering   Vol. 12, No. 9, September  2014, pp. 64 3 1  ~ 643 6   DOI: 10.115 9 1 /telkomni ka. v 12i9.394 5          6431     Re cei v ed  Jul y  19, 201 3; Revi sed Ma y 1 ,  2014; Accep t ed Jun e  6, 2014   Resear ch on How to Design an Android-based RFID  Reader      Lian LU  Nanj in g Institute of Industr y  T e ch n o lo g y , Na njin g, 21 002 3, Chin a   E-mail: 17 361 4 550 @qq.com       A b st r a ct  Android is  a very  popular syst em  in  Chinese mob ile phone market,  wh ile r adio f r equenc y   ide n tificatio n  d e vice ( R F I D) w h ich is  orig in ally  used  in  fi elds  of retai l  a nd l ogistics  et c., is goi ng to  b e   install ed i n to  Andro i d to re ali z e  th e visu ali z a t i on  of commo d ity infor m ati on (i nclu di ng the u p d a ti ng ,   disco untin g, a n d  after-sal e ser v ice) a nd th e g ener al  use  for  pub lics. T h is st udy firstly  disc ussed t he ov er al l   desi gn re qu ire m e n ts of a n   Andro i d p l atfo rm-b ase d  RF ID rea der. Su bseq ue ntly, b a sin g  on  des i g n   positi oni ng a n d  princi ple, th e desi gn i dea  an d par ameters i n volv ed i n  the  desi gn re ali z at i on w e re giv en  a   detai led   d e scri p tion. Desi gn  w a s  co mpl e ted   w i th  the   ai d of relate d mo bil e  pho ne   ap plic ati ons dev elo p e d  by   Andro i d s m art  pho ne a nd  mu l t i-level tec h n o l ogy testin g an d  research. T he  new  desi gn is  attempt to buil d  a  new  techno log i cal life i n  future  and further i m prove l i fe qu alit y.    Ke y w ords : RF ID reader, an dr oid, co mmo d ity  informatio n     Copy right  ©  2014 In stitu t e o f  Ad van ced  En g i n eerin g and  Scien ce. All  rig h t s reser ve d .       1. Introduc tion  RFID is  co m m only called  as ele c tro n i c  tag. It i s  a  wirele ss sy stem compo s ed of  an  interrogato r  (or re ade r) a n d  a lot of transpo nde rs  (or  tags).   Early in 200 6 ,  RFID te chn o logy was hi ghly pro m ote d  by retaile rs inclu d ing  Wal-Ma rt.  This attri bute s  to that RF ID tech nolog y solves  reta il indust r y's t w o maj o r p r oblem s: goo ds  sup p ly sho r ta ge and lo ss (the pro d u c ts l o st  due to the ft and supply  chai n distu r b ance) [1].  RFID te ch nol ogy shows  m any advanta g e s i n  l ogi stics field,  su ch  as fa st ware hou sing  spe ed, hig h   efficien cy an d sm ooth p r o c e ss i n   sortin g and  ex-warehou sin g , sh ort time requi red,   and  high  a c curacy.  With  the  develo p ment  of th e e - comme rce i ndu stry  in China,  th ese  advantag es h a ve been full y played in logistics fiel d. The fast and  accurate information obtain ed  enabl e e-co mmercial en terpri se s ma ke ra pid re s pon se to market in sho r t time period.  Mean while,  market adapt ability is also  greatly enh an ced. At prese n t, RFID tech nology ha s b een   more m a ture and met the  requireme nts  of being ex te nsively applyi ng to bu sine ss. Moreover, t he  co st pro b lem s  that re stri ct  RFID te chn o l ogy appli c ati on are reli eve d  with the in crea se in  Chi n a's   artificial  co st. Thus  RFI D  techn o logy  will be m o re  and mo re  widely u s ed  in e-comm ercial   logist i cs [ 2 ] .   With the  grad ual matu ring   of RFID tech nology  a ppli c ation in  co m m ercial field,  Androi d   sho w s fairly high pe rform ances in the  worl d' s la rg e s t mobile ph one ma rket (Chin a  market ). In  the first 3 months befo r e the end of Ma y, 2013,  the  market sha r e  of Android smart phon e h a s  excee ded 70 % in China [3]. More and more pe ople  begin to use mobile ph one  for deliciou s ,  fun,  sha r e, an d communi catio n  etc.. The p r ospe rity of  the sm art pho ne explores t he vast terrai n in  mobile e - com m erce ap plication.  Even if the  techn o logy is so advan ce d,  con s ume r s ca n ea sily be involved in the  followin g  co n d itions:  when  a co nsu m er buys on e co mmodity fro m  Wal - Ma rt, the RFID  of the  comm odity shows  no fu rther  use  aft e r buying. Mean while,  t he  di scou nt or new  a rriv a ls’  recomme ndat ion info rmatio n of shop ping  malls  ca nnot  be tra n smitted to con s ume r s. In a ddition ,  whe n  the commoditie s   purcha s e d  b y  e-com m erce a r e deliv ered to b u yers, b e fore -u se   installatio n  in stru ction s  an d after-sale  service et c. are requi re d. In case of DIY failure, the m o st  comm on  solv ing me an i s   calling fo r hel p  or  waiting  fo r p r ofe ssio nal s’ ho me  se rvice s . Howeve r,  the commo di ties  with  RFID p r ovide  u s ers with   on e-to-one  gui da nce  serv ices etc. to  achi eve   “insta nt field solutio n s” althoug h they  are out of their origin al locations.    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 9, September 20 14:  64 31 – 643 6   6432 In technol ogy age, the RFID tech nology  which is  origi nally widely a pplied in com m ercial   fields (su c h a s  retail a nd transportatio n ) [4]  can be u n iversally use d  by commo n  people throu gh  sma r t pho ne.  Thu s  it is n e c e s sary to d e s ign  and  dev elop a  mo st p opula r  an d g eneral-purpo sed   RFID  rea d e r  for the  mo st common  mobil e  pho ne  us ers. By relying    on t he  ope nn ess of And r oi d,  use r s  ca n experie nce the  technol ogy life brou ght  b y  REIF read er an d the smoothne ss a nd  efficien cy of informatio n.        2. The Ov erall Design of  RFID  Read er   RFID read er i s  a micro re a d /write devi c e  coo peratively used with  Androi d sma r t phone   or tabl et co mputer. It can repla c e  the tradi tio n a l RFI D  ha ndhel d prod ucts i n  mult iple   environ ment s to en sure m a ss u s e r s  qu erying l a rg e amount of  co mmodity  upd ating  info rmat ion  [5] whereve r   at different time, or ac quire relevant technolo g y and  servi c e.     2.1. Design  Positioning   Along with th e gre a t popul arity of mobil e  phon es  su ch as Sam s u n g , HTC et c., Androi d   use r  group ra pidly expand s in a larg e a ge sp an, st ret c hin g  from yo ung sters (in c l uding  stude nts)  to the middle - age d an d el derly cl ass  who ha s ce rtai n economi c   stren g th to p u rsue fa shio n.  Therefore, th e pop ula r ity and fa shio n  are th e ma j o r theme; l e g e rity, pocket - friendly  size, and  easy-to -carry are p r a c tical  requireme nts; the sho r t-di st ance RFI D  re ading i s  a ma jor pri n ci ple for  co st redu ctio n and practi cal desi gn.   The RFI D  no rmali z ation d e sig n  that has been  u s e d  in certai n co mmercial fiel ds nee ds  to be  stan da rdize d  a nd  uni fied. To m a tch with  di ffere nt RFI D  type s, the  RFI D   reade rs de sig ned   for hom e u s e r s  sho u ld real ize fre que ncy  coverage  an d meet mo re  indu stry stan dard s  a s  m u ch  as po ssible in  current ind u stry backgroun d.          Figure 1. Wo rking Pri n ci ple  of RFID Re a der      2.2. Working  Principle    RFID  re ade r co nsi s ts  of  two p a rts in cluding  ca rd  readin g  devi c e an d And r oi d sm art  phon e software. T he  ca rd re adin g  d e vice  comm unicates  wit h  Android m obile p hon e  via   bluetooth  and  sen d s RFI D   to mobile  pho ne termi nal.  Thro ugh th e  comm odity in formation  qu ery  platform in m obile p hone, t he commo dity informat ion  carrie d by RF ID etc. can b e  inqui red. T h e   function s of RFID rea der a r e briefly sho w n in Figure 1:  (1) Card re ading devi c e :  bluetooth comm uni cati on, lithium battery powe r  sup p ly,  readi ng RFID, micoUSB ch arge.   (2) And r oid  co mmodity  inform ation  platform:  b l uetooth  co mmuni cation,   electro n ic  prod uct  co de  (EPC) RFI D  displ a y, ca rd re ading,  RFID informati on qu erying   by con n e c tin g  to   remote databas e  via Internet.    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Re sea r ch on  Ho w to De sig n  an Android-based RFI D  Rea der  (Lian  LU)  6433 2.3. Communication Protocol  Comm uni cati on  protocols are req u ire d  in  the  tran sf ormatio n  of the RFI D  info rmation  read by  card readi ng devi c e into relevan t  information i n  Androi d mo bile pho ne. Here, blueto o th  proto c ol is  se t as an exam ple. Comm un ic ation inte rfa c e meet s rel e vant standa rd s.      3. Design De tails and Re alization    3.1. The Info rmation Seal ed in RFID  Comm odity  manufa c turers o r   co mpa n ies seal th e related  inf o rmatio n in   RFID in  advan ce. Mo bile pho ne u s ers lo gin fro m  the in form ation que ry platform of smart ph one  (an   interface) a n d  inquire  relate d informatio n to obtain com m odities.       3.2. Relate d Design Par a meters o f  RF ID Rea d er    As a ge neral-purp o sed  RFI D  re ade r, the  out sid e  environment, such  as temp erat ure a nd  humidity etc.  sho u ld m eet  the ba sic  re quire ment s. Beside s, the  insid e  enviro n ment, in clud ing  voltage, wo rking f r equ en cy, identif icat ion protocols, and sta nda rds  etc.,  is also req u ired   to  satisfy rel e va nt requi rem e nts. Moreove r , the wo rki n g  mode an d o n -off ope ratio n  etc. sh ould  be   smooth  and   easy to le arn, unde rstan d , and h andl e. The mai n  techni cal  pa ramete rs of the  desi gn are sh own in Ta ble  1.      Table 1. The  Relate d De si gn Param e ters of Rea der  NO.  Characteristic  re quirements   Char acteristic Description   Grad uation   1  Working voltage  DC 3.7V   A  2 RFID  working  fre quenc y  902~928MHz   A  3 RFID  p r otocol  ISO18000 -6C 及 E P C CLASS 1 G E N 2  A  4  The ma ximum o u tput po w e r   27dBm  A  5  Data communication mode   bluetooth   A  6  Shape and size  Approximatel y 8 0 mm(L)×60m m( W)×7mm(H)   A  7 Battery   cap a cit y   ≥ 300mAh  A  8 Standb y   time   ≥ 30h  A  9 Reading  time   ≥ 1h A  10  RFID ant enna t y pe  Internal anten na   A  11  Commodit y  cre d it tag  identification dist ance  0cm~20cm A  12  Tag identification time  ＜ 500ms A  13 Working  tempera t ure   -20~70   A  14 Working  humidity  10%~90 %   A  15 Storage  temp era t ure   -30 ℃～ ℃ 80  A  16  Storage r e lative humidity  ≤ 90%  A  17 Unit  cost  ＜ 350RMB  A  18  Pilot light   Indicators of po wer suppl y ,  batt e r y  capacity ,   bluetooth connec tivity , and status  identification etc.   A  19  P o w e r  b u t t on  Long press the p o wer butt on for s t arting up;  long press the po w e r butto n for sh utdo w n   A  20  Time of po w e r   ＜ 500ms A  21  Android smart ph one soft w a re   Providing a function call interface that can be  used for the seco nd development in forms of  apk development package based on Android  sy stem; completi ng the initializatio n of read/  write device and ID read etc. via interface call.  A  22  w o rking mode   Opening the  po wer s w itch of read er and the  client softw are in  Android mobile phone;  connecting phon e and rea der via  bluetooth;  reading the p r e- r ead RFI D  using the reade r  controlled b y  soft w a re.   A      3.3. Apear an ce De sign a nd Product  Denomina t io n   Androi d mobil e  phon e own s  hug e users in  wide a ge span s and p r o f essi on types.  These   use r s  are typically charac t e rized by fa shion a nd po p u larity.  Ce rtai nly, the two  cha r a c teri stics   sho u ld be reflected in  RFID reade r de sig n .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 9, September 20 14:  64 31 – 643 6   6434 3.3.1. Simple  Shape   As a po cket-size produ ct, RFID reade r s houl d be h andh eld an d portabl e. In handh eld   state, ha nd  feeling  is an  i m porta nt fact or  de ci ding  whether  thi s  re ader  will b e   repeate d ly u s ed   later. The  RF ID rea der i s   mainly in stra ight line  s hap e wit h  sli ght   arc s .  S u ch d e sig n  is a  cla ssi c  style. It provides u s e r s wit h  good  hand  feeling  an d redu ce s the a e stheti c  fatigue po ssi bility is  s h ort time.    3.3.2. Color   Silver, black, and white  a r e 3 majo r “sign”  colo rs  commonly ap plied by man y  mobile  phon e man u facturers in  style desig n. Referri ng to  m any years of mobile p hon e  manufa c ture s’  comm ercial e x perien c e s , RFID re ade r su ccessfully  imita t e s  th e th r e e “s ig n”   co lo rs . Mor e ove r ,   the colo r allo ws to be up grad ed for fresh d e man d s . Relying on  down s tre a m  shell pa cka g ing  manufa c turers, ca ndy colo r type and lim ited type etc.  can  be lau n ched to  cater t o  the fre s h ta ste   of the young and creative  grou ps.     3.3.3. Name   This po cket-size  RFID  read er is d enom in ated  according  to  rel a ted i n dustri a l  requi rem ents  and ge neral d enomin ation  way, as sho w n in Figure 2.          Figure 2. Introdu ction of How to Nam e  RFID  Read er      3.4. Android  Mobile Phone Client  In the inform ation do cking  betwe en m o bile ph one  an d clie nt, information visuali z ation  of  RFID read er  need s to be a c hieve d  throu gh an And r oi d comm odity informatio n pl atform.  Androi d com m odity information platfo rm ca n displ a y the RFID information  in card  readi ng devi c e on Android  phone via bl uetooth co m m unication te chn o logy. Me anwhile, RFI D   informatio n h a s  acce ss to  rem o te data base an d q u e rie s  the  co mmodity info rmation,  discount  updatin g info rmation, o r  aft e r-sal e   in stru ction etc. ca rried  by RFID  v i a mobil e  p h o ne n e two r k,  a s   s h ow n  in  F i gu r e  3 .           Figure 3. The  Example of Androi d Com m odity Inform ation Platform  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Re sea r ch on  Ho w to De sig n  an Android-based RFI D  Rea der  (Lian  LU)  6435 4. Test and I m prov ement   To dete r min e  wheth e r o r  not the RFI D  re ade r  is pra c tical, sta b le,  and cap able  of  reali z ing  sho r t-distan ce id e n tification, the tech n o logy  of produ cts  need to be t e sted in the l a st  pro c ed ure. All assemble d prod uct s  sho u ld be test e d  on the ba sis  of techni cal i ndexe s . Only the  device s   meet ing te st  stan dard   can  be   use d . Device  co nsi s ten c y  [6] is  dete c te d togeth e r wi th   circuit  boa rd  (PCB );  Unit  device i s   welded  on  ci rcuit b o a r d fo r te chn o logy  dete c tion. T he  techn o logy te st mainly in cl ude s the RFID unit te s t, power tes t, communic a tion  tes t, func tion  tes t ,   and ap pea ra nce te st.    4.1. RFID Unit Test    The  RFID  u n it circuit te st mainly fo cu se s on te sting the  po wer supply,  power  con s um ption,  RFID unit te mperature, a n tenna id entification tag di stan ce. The  EPC regi ons of  unified RFIDs  a r e   continu ously rea d . PC softwa r e  is e m ployed   to co ntrol  an d di splay  RF ID  informatio n. The test is rep eated for 20 ti mes  con s tant ly.      4.2. Po w e r S upply  Detec t ion  The re ade r i s  po we red b y  a lithium battery ; contro l system ad o p ts voltage stabilizin g  circuit; RFID unit i s   con t rolled  by m e tal oxide  semico ndu cto r  (MOS ) tub e  switch  circuit;  comm uni cati on po we r  sup p ly is m anag ed by a  swit ch. The foll owi ng terms  are  tested, in clud ing   the voltage  stability and  cu rre nt output   capa city of lithium batteri es,  the voltage  ripple of  cont rol   system, the  circuit curren t load an d ri pple of  RFID circuit, and  the voltage  and  curre n t of   comm uni cati on circuit.    System power detection  aims at detecting  the power  supply system stabilit y of th e   whol e circuit, inclu d ing the l oad capa city,  stability, and anti-inte rfere n ce of ci rcuit.  Lithium b a ttery empl oys  a 3.7V lithiu m  polyme r  b a ttery with  p r otective  plat e. It is  provide d  with  many pro pertie s   to prevent  ba ttery explosi on,  su ch  a s  o v er  cha r ge,  over  discha rge, o v er cu rrent, over voltage  prote c ti on  circuit, sh ort  circuit protection, an d  over  temperature  prote c tion. Perform a n c e t e st mainly  te sts di scha rge  current a nd  voltage usi n g  a 5V  gear m o tor at  battery voltage loss of 3.2 V  (alarm volt age is 3.3V ).    4.3. Communication Detection    Comm uni cati on dete c tion  focu se s on  testing the  data tran smi ssi on bet we en RFI D   read er a nd A ndroi d Software. The  com m unication  d e vice is a bl u e tooth co nne cting devi c e. The  following terms  are mainly tes t ed:  (1) Wheth e r or  not  the co mmuni cation co mm and  se nt out by Android m obile  phon e  resembl e s  with that received by RFID re ader;   (2)  Wh ethe r  or not th e co mmand  se nt out by  Andro i d mobile  ph one a g re es  with the  respon se of  RFID read er;     (3) Whethe r  or n o t the  co mmuni cation   comm and   se nt out by  RFI D  read er con s ist s   with   that received by Android m obile ph one;   (4)  Wheth e r  or not the communi catio n  distan ce o f  RFID re ad er an d mobil e  phon e   bluetooth i s  n o rmal in a ran ge of 5m-1 0 m .     Thro ugh th e  detectio n  ab o v e and th e id entification  o n  differe nt RFIDs, the  correctn ess  of ca rd n u mb er id entificati on can  be ju dged. Be sid e s , the tran smi ssi on  rate b a s ed  on  blueto o th   transmissio n proto c ol shou ld be tested.     4.4. Functio n  Test  Functio n  test  mainly reg a rds the in sp e c tion on  ope ration and  re pre s entatio n  state of  RFID  rea der,  i.e. work an d stan dby sta t e, sw itch sta t e, and bluet ooth tran smi s sion i n form ation   s t ate. It is  to t e s t  the func tion int egrity a nd state represe n tation a c curacy.     4.5. Appea r a n ce Tes t   The  si ze  of re ader  sho u ld  b e  firstly dete c ted u s ing  vernier calipe r  g enerally. App eara n ce  error i s  allo wed in  1mm ;  shell conta c t gap  sho u l d  be lo we r than 1m m. Seco ndly, material   (mainly u s e s  re sin )  is in spe c ted. P r o c e ssi ng p r e c ision  sh ould  be  cont rolle d in  0.15m m.  More over, the after-u se h and feelin g effect sho u ld b e  recorded.   The te sts a b o v e are  rep eat ed from  seve ral lin ks  and   all aspe cts. S pecifi c  test p r oblem s   are  contin uo usly mod u lat ed and  solve d  step by  step to ba sical l y meet the expecte d de sign   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 9, September 20 14:  64 31 – 643 6   6436 requi rem ents.  Meanwhile,  individual functio n   mod u les  sho u ld be optimized  to improve the  desi gn.       5. Conclusio n   Mobile life is  con s id ere d  a s  a majo r the m e in the future. In the techn o logy times with   sma r t ph one  as the  carrier,  peo ple  ca n  use  mobile  pho n e  to  reali z e  the  edu cat i on,  entertain ment , life support  etc.. The graf ting of RFID tech nolo g y in sma r t phon e cre a tes a m o re  conve n ient lif e for pe ople.  Thi s   study  discu s sed th e integ r atio n  of  sma r t ph one  and   RFID  techn o logy. Based  on the  identification  and visual i z ation of emb edde d RFI D  on termin al smart   phon e, a  RFI D  read er  wa s de signe d a n d  teste d  in  d e tail to realize the p r o c e s s fro m  de sig n  to   compl e tion.  Ho wever, du e to the pape r limits, this  study do  not give a spe c ifi c  explan ation  on  some aspe cts,  su ch as co mmuni cation proto c ol  a nd  RFID inf o rma t ion se cu rity prote c tion [7].  It  is expe cted to be furthe r rese arche d  in the followin g  studie s .       Referen ces   [1]    Xu el ong  CHE N.  T he Practical App licati on  of the RF ID  T e chn o lo g y .  Pri n ting T e ch no lo gy . 2006; (2 0):   16.   [2]    Lin g  Z H ANG.RF I D Helpi ng E- Commerce  Lo gistics.  El e c tron i c  Te ch no l o g y . 2013; (03).   [3]    Sina tec hnology . Andr oid is A pproaching A  Gl obal 70% Market Shar e.  http://tech.sina.com.cn/t/2013- 07-0 1 /19 218 49 719 5.shtml     [4]    Jian xi n De ng. Architecture D e sig n  of  the Vehicl e T r acking S y stem b a s ed on RF ID.  TEL K OMNIKA .  201 3; 11(6): 29 97.   [5]    Y. Hao  et al.  Red und anc y  Remov a l Ap pr oach for  Integ r ated RF ID R ead ers  w i t h  C ounti ng B l oo m   Filter.  Journa l of Computati o n a l Informatio n  Systems . 20 13 ; 9(5): 1918.   [6]    T i ng y a ng T o n g . Ma Z h enzh ou.Ne ar fie l d  detectio n  c o re  techn o lo g y  fo r UHF  RF ID t ag c onformit y .   Appl icatio n of Electron ic T e chni que . 2 013;  39(4).   [7]    Yuan MEI. Yong he JIANG. Secure RF I D  S y stem B a sed on  RC4  Cha o tic lg orith m . Journa l of   Co mp utation a l Information  Sy stems  . 201 3; 9(5): 208 3.        Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.