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UHF頻段智能型RFID讀寫(xiě)器的應(yīng)用研究

文章出處:http://m.overnightmodel.com 作者:杜改麗,封治華   人氣: 發(fā)表時(shí)間:2011年10月16日

[文章內(nèi)容簡(jiǎn)介]:隨著UHF頻段中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的逐漸明朗化以及物流、智能交通、數(shù)字景區(qū)等應(yīng)用的需求,UHF頻段RFID產(chǎn)品在RFID產(chǎn)業(yè)中所占市場(chǎng)份額會(huì)越來(lái)越大。開(kāi)發(fā)出具有數(shù)據(jù)糾錯(cuò)、去冗、存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā),以及時(shí)間管理功能的智能型讀寫(xiě)器產(chǎn)品系列將是產(chǎn)品發(fā)展的方向。

    隨著UHF頻段中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的逐漸明朗化以及物流、智能交通、數(shù)字景區(qū)等應(yīng)用的需求,UHF頻段RFID產(chǎn)品在RFID產(chǎn)業(yè)中所占市場(chǎng)份額會(huì)越來(lái)越大。開(kāi)發(fā)出具有數(shù)據(jù)糾錯(cuò)、去冗、存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā),以及時(shí)間管理功能的智能型讀寫(xiě)器產(chǎn)品系列將是產(chǎn)品發(fā)展的方向。

    1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

    讀寫(xiě)器的硬件設(shè)計(jì)主要包括:射頻控制模塊(硬件和固件結(jié)合的固件處理器)、INTEL R1000內(nèi)部集成的射頻收發(fā)模塊、功率放大PA模塊,以及外部通信控制和存儲(chǔ)模塊。其中,射頻控制模塊采用Atmel公司的AT91SAM9263芯片,主要完成固件控制及智能空中接口協(xié)議、RFID控制邏輯和主機(jī)命令解碼的控制,其與主機(jī)間的通信通過(guò)USB接口來(lái)完成;射頻收發(fā)模塊包括RF多路復(fù)用電路、高頻開(kāi)關(guān)、循環(huán)器和耦合器電路;外部通信控制和存儲(chǔ)模塊主要完成上位機(jī)與控制芯片間的通信、調(diào)試,以及對(duì)固件的控制。

    讀寫(xiě)器的收發(fā)采用2路獨(dú)立的通道,分別由發(fā)送天線(xiàn)和接收天線(xiàn)及其相關(guān)的濾波等電路組成。每組天線(xiàn)系統(tǒng)通過(guò)高頻開(kāi)關(guān)外接4組天線(xiàn),4組發(fā)送和接收天線(xiàn)可以通過(guò)AT91SAM9263來(lái)選擇。發(fā)送和接收分開(kāi)的方式可以有效地提高RFID系統(tǒng)的整體性能,降低接收和發(fā)送系統(tǒng)間的干擾,在實(shí)際設(shè)計(jì)中也可以通過(guò)外部電路的改動(dòng)采用單天線(xiàn)設(shè)計(jì)。

    本設(shè)計(jì)中采用4組天線(xiàn),在特殊場(chǎng)合下可以有效地?cái)U(kuò)大電子標(biāo)簽TAG的接收空間和范圍。

    硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。UHF頻段的RFID系統(tǒng)可分為射頻電路和基帶電路兩部分。射頻電路部分是標(biāo)簽和讀寫(xiě)器之間的高頻接口,用于完成高頻信號(hào)的調(diào)制/解調(diào)、發(fā)射/接收?;鶐щ娐凡糠种饕獙?shí)現(xiàn)射頻系統(tǒng)控制、高頻信號(hào)的編解碼等功能,同時(shí)完成UHF RFID讀寫(xiě)器與外部設(shè)備或者Host主機(jī)之間的通信接口的任務(wù)。基帶電路部分是整個(gè)讀寫(xiě)器平臺(tái)的核心控制部分,支撐著整個(gè)RFID讀寫(xiě)器系統(tǒng)的各項(xiàng)工作,以完成射頻模塊的控制和通信。

    在讀寫(xiě)器的設(shè)計(jì)中,為了能夠?qū)φ麄€(gè)系統(tǒng)進(jìn)行更好的檢測(cè),實(shí)時(shí)地了解系統(tǒng)的運(yùn)行情況,特意在設(shè)計(jì)中增加了系統(tǒng)檢測(cè)部分。R1000芯片集成有A/D模塊,但是其精度轉(zhuǎn)換速率達(dá)不到設(shè)計(jì)的要求,所以在設(shè)計(jì)中采用了外部A/D轉(zhuǎn)換器來(lái)完成對(duì)檢測(cè)信號(hào)的轉(zhuǎn)換,然后將轉(zhuǎn)換信號(hào)傳送給ARM微控制器完成系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)控。

    為了使設(shè)備可以組網(wǎng)以及遠(yuǎn)距離讀寫(xiě)和傳輸數(shù)據(jù),設(shè)計(jì)中采用了以太網(wǎng)設(shè)計(jì),從而使讀寫(xiě)器可以在更大的距離空間上對(duì)標(biāo)簽讀寫(xiě),并完成大規(guī)模組網(wǎng)。

    Host主機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的主控核心負(fù)責(zé)傳輸控制,ARM微控制器的組網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸操作也受控于Host主機(jī)。USB接口不僅用作數(shù)據(jù)傳輸,而且還用來(lái)完成PC機(jī)和讀寫(xiě)器之間的對(duì)話(huà)。通過(guò)設(shè)計(jì)在PC端的控制軟件,可以實(shí)時(shí)地給讀寫(xiě)器發(fā)送控制信號(hào)(如系統(tǒng)復(fù)位、工作使能、標(biāo)簽讀寫(xiě)、數(shù)據(jù)傳輸、功率控制等);同時(shí),讀寫(xiě)器將向Host主機(jī)反饋相應(yīng)的狀態(tài)信號(hào)(如天線(xiàn)開(kāi)關(guān)狀態(tài)、功率信號(hào)等),從而配合上層軟件來(lái)控制系統(tǒng)的工作過(guò)程。最后,通過(guò)JTAG接口來(lái)完成對(duì)讀寫(xiě)器工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)試,從而準(zhǔn)確無(wú)誤地驗(yàn)證在整個(gè)讀寫(xiě)器工作過(guò)程中,標(biāo)簽讀寫(xiě)和數(shù)據(jù)處理的正確性和可靠性是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

    在設(shè)計(jì)中,R1000射頻芯片不但集成了大量的射頻元件,而且在內(nèi)部集成了溫度檢測(cè)和功率檢測(cè)功能,在內(nèi)部各個(gè)關(guān)鍵的核心射頻電路有外接的檢測(cè)輸出引腳,從而使板卡的運(yùn)行狀況和功率檢測(cè)實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)的檢測(cè)和控制,能夠保證系統(tǒng)的良好運(yùn)行。

    2 外部PA電路設(shè)計(jì)

    2.1 總體設(shè)計(jì)

    在采用內(nèi)部PA(Power Amplifier,功率放大器)時(shí),RFID讀寫(xiě)器的作用距離十分有限(2 m),這在很大程度上限制了RFID超高頻讀寫(xiě)器的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)中在輸出功率需求下,R1000的片上PA作為外部功率放大的一個(gè)驅(qū)動(dòng),通過(guò)外部PA子板來(lái)完成信號(hào)功率放大,然后連接至主板。其中,Balun為平衡轉(zhuǎn)換器。

    INTEL R1000的內(nèi)部PA輸出經(jīng)過(guò)一個(gè)偏置匹配網(wǎng)絡(luò)連接到一個(gè)SMA(Sub-Miniature-A)連接器上,然后通過(guò)SMA輸出到PA子板作為其外部PA驅(qū)動(dòng),其連接如圖2所示。

本文關(guān)鍵詞:RFID,讀寫(xiě)器,UHF頻段,智能
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