專利名稱：模塊式uhf讀寫器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種多功能模塊化的UHF RFID讀寫器。
背景技術：
在物流、不停車收費等多種UHF RFID應用場合，依據(jù)行業(yè)和應用場合的不同，對讀寫器的RFID標準、接口等方面有不同的要求，目前普遍使用的讀寫器，一般是UHF單一標準，機器龐大，天線組數(shù)不多，覆蓋范圍較小，模塊化程度較差，接口也比較單一，很難適合多種場合的應用，因此，多協(xié)議兼容，多種接口并存，多天線分時工作增加覆蓋范圍等改進設計，可有效適用于多個場合的不同應用。

發(fā)明內容
本發(fā)明目的是提供多種UHF RFID協(xié)議兼容，多接口可選，多天線可分時工作，模塊化設計的UHF RFID讀寫器。優(yōu)點在于成本低、模塊化程度高，抗干擾性能強，防沖突性能優(yōu)異，可兼容多種UHF RFID標準，接收電路反應速度快，動態(tài)范圍大，天線頻段寬，多天線分時工作可加大天線覆蓋范圍。選取合適天線讀卡距離最遠可達到10米。
本發(fā)明的技術方案是本讀卡器由管理控制模塊和射頻收發(fā)模塊組成，管理控制模塊通過專有電纜和射頻收發(fā)模塊相連，射頻模塊經(jīng)過電纜同天線連結，天線通過空間將信號發(fā)送給RFID卡片，DSP在收到上位機發(fā)出的命令后，設定相應的發(fā)射功率以及相應頻率，檢測該選擇信道干擾情況，如遇干擾，調整相應功率以及頻率，重新選擇通信信道直至選擇干擾最小信道，同時根據(jù)命令類型，選擇讀卡標準，隨后將狀態(tài)控制字和數(shù)據(jù)按照該標準協(xié)議進行編碼發(fā)送給射頻部分，射頻部分將傳輸給RFID卡的指令和數(shù)據(jù)轉換成ASK調制信號發(fā)送給RFID卡，這樣就構成了讀卡器發(fā)給RFID卡的前向鏈路，射頻部分要經(jīng)同一通路向RFID卡發(fā)送未調制的連續(xù)載波信號，以便為RFID卡發(fā)射反向鏈路數(shù)據(jù)提供能量以及載波信號，RFID接收天線數(shù)據(jù)并調制在CW上，形成反向鏈路；反向鏈路數(shù)據(jù)列經(jīng)調制后發(fā)射回讀卡器射頻天線部分，當讀寫器天線收到RFID卡反向鏈路數(shù)據(jù)列，傳輸給讀卡機射頻部分接收回路；在此進行相干正交下變頻，從而得出I、Q兩路正交基帶信號，I、Q兩路基帶信號分別進行濾波，通過解調電路后形成含有數(shù)據(jù)列的基帶信號，傳輸給DSP，DSP進行解碼處理，得出真正的回波數(shù)據(jù)，針對相應的UHF RFID標準對數(shù)據(jù)進行處理，將結果通過接口電路上傳給上位機。
為了以后能低成本方便地升級，本讀卡器采用了模塊化的設計，分為管理控制模塊和射頻收發(fā)模塊，若為了支持新的UHF RFID的標準，可以方便地修改軟件或更改射頻收發(fā)模塊硬件即可達到升級的目的，針對新的UHFRFID標準，如果調制方式不變的情況下，只需更改DSP編解碼的軟件，即可成為兼容新標準的讀寫器。在調制方式變化的的情況下，也僅需更改射頻收發(fā)模塊硬件和DSP軟件，控制管理模塊硬件可以不用更改，這樣升級成本比較低廉。這也是本讀寫器的一個特色。
在本發(fā)明接口設計方面，采用了RS232、RS485、TCP/IP 3種接口共存的方式，TCP/IP RS232占用DSP一個串口，TCP/IP、RS485有并行總線擴展的2個串口而成，這樣可針對不同的應用場合，可以根據(jù)具體要求選用所需的接口，也可以同時接多個接口，讀寫器可自動識別不同接口送來的命令，按照命令進行工作。
在本發(fā)明天線接口部分，采用了多天線接口，可以同時接2個天線，2個天線可以分時工作，增加了天線的覆蓋范圍，天線阻抗為50歐姆，天線頻段寬，駐波小。選取合適天線最大讀卡距離可遠至10米。
在支持UHF標準方面，目前本讀寫器可以支持ISO18000B和EPC Class1的2種標準，通過不同的命令區(qū)分當前的讀卡的標準。在讀寫器接收到命令時，會判斷該命令是屬于何種標準，然后設置該標準工作的射頻狀態(tài)，同時按照該標準協(xié)議把要發(fā)送的數(shù)據(jù)進行編碼，發(fā)射出去，接收到卡發(fā)射的數(shù)據(jù)按照該標準進行解碼，完成2種標準的不同運作方式，達到兼容的目的。


圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)應用框2是本發(fā)明的原理工作方框3是本發(fā)明的DSP工作流程圖
具體實施例方式如圖1所示，系統(tǒng)應用時需加上一臺上位PC機，讀卡器處于被動工作方式，讀卡機可通過不同的接口與PC機相連，可接受PC傳輸來的正確命令，執(zhí)行相應讀寫卡或系統(tǒng)設置操作，并把操作結果返回給上位PC機；如圖2所示，控制管理模塊由DSP以及外圍RAM數(shù)據(jù)空間和程序Flash空間電路、AD采樣電路、功率控制電壓產(chǎn)生電路，RS232/Rs485/TCP IP接口電路組成，射頻收發(fā)模塊由接收電路(帶通、相干變頻，I、Q兩路低通濾波放大，比較電路)、發(fā)射電路(調制、帶通)、PLL鎖相環(huán)電路、多天線開關切換電路組成；工作流程如下1)DSP通過接口電路接收來自上位機的命令及控制指令；2)根據(jù)命令進行相應的發(fā)射功率以及相應頻率以及相應通信信道干擾檢測；根據(jù)控制指令設定讀寫器工作的UHF RFID的標準狀態(tài)。
3)將狀態(tài)控制字和數(shù)據(jù)進行編碼發(fā)送給射頻模塊發(fā)射電路4)射頻模塊發(fā)射電路把編碼數(shù)據(jù)進行調制放大后經(jīng)收發(fā)隔離從發(fā)射通道送至天線發(fā)射出去5)天線接收到RFID卡回發(fā)信號經(jīng)收發(fā)隔離到達接收處理電路，接收處理電路將接收信號放大、相干下變頻成2路I、Q信號放大后經(jīng)AD變換后送入DSP，接收電路同時經(jīng)比較電路將接收到的模擬IQ信號轉換成數(shù)字信號(非AD采樣方式)；DSP根據(jù)AD采樣以及回發(fā)的數(shù)字信號進行綜合比較，然后解調。AD采樣分析以及數(shù)據(jù)解碼需要相當時間，本設計采用AD采樣和直接模數(shù)轉換電路接合方式，大大降低了對DSP工作速度的要求，簡化了程序量，降低了整機成本，同時也保證卡機解碼的正確及可靠性。
6)DSP根據(jù)相應的標準對接收數(shù)據(jù)進行防沖突處理工作，并把結果從相應結果通過接口送回上位機。
7)在上述過程中，如遇到需要多個空間覆蓋讀卡，可啟用多天線工作模式，在該模式下，先對一個天線覆蓋范圍內完成上述2～6步驟工作，隨后啟用另一個天線，完成上述2～6步驟工作；如圖3所示，DSP工作流程如下1)初始化設備；2)依次判斷各接口是否有命令數(shù)據(jù)接收到，如有，跳到第3步，沒有，則停留在本步驟；3)判斷命令類型，如是讀寫器系統(tǒng)設置參數(shù)命令，則設置讀寫器狀態(tài)，跳轉到第6步驟；4)如是卡操作命令，則檢測信道情況，設置射頻工作UHF RFID標準和相應的射頻功率，并發(fā)出相應標準的控制數(shù)據(jù)調制信號，控制射頻電路工作。
5)接收卡回發(fā)的數(shù)字信號，根據(jù)相應標準進行相應的解碼處理。
6)處理結果數(shù)據(jù)通過接口電路通知上位主機；7)回到第2步驟；
權利要求
1.一種UHF RFID讀寫器；包含射頻收發(fā)模塊和控制管理模塊；
2.根據(jù)權利1所述的讀寫器，其特征在于分為射頻收發(fā)模塊和控制管理模塊2個單獨模塊，由控制管理模塊控制射頻收發(fā)模塊工作；射頻收發(fā)模塊工作完成射頻信號的放大和發(fā)送以及接收反射信號的放大工作；控制管理模塊完成UHF RFID信號編解碼和接口信號處理工作；
3.根據(jù)權利1所述的讀寫器，其特征在于所述的讀寫器可以是ISO18000標準的讀寫器也可以是EPC Class 1標準的讀寫器；2種標準可以選擇；
4.根據(jù)權利1所述的讀寫器，其特征在于射頻模塊包含多路天線、射頻調制發(fā)射電路、射頻接收處理電路、PLL鎖相環(huán)電路、收發(fā)隔離電路；
5.根據(jù)權利2所述的射頻模塊，其特征在于接收電路反應速度快，動態(tài)范圍大，電路實現(xiàn)簡單。
6.根據(jù)權利2所述的射頻模塊，其天線特征為覆蓋范圍廣，50歐姆匹配，天線頻段寬，駐波小。多天線分時工作可加大天線覆蓋范圍。選取合適天線最大讀卡距離可遠至10米；
7.根據(jù)權利2所述的射頻模塊，其特征在于能兼容ISO18000標準和EPCClass 1標準的射頻信號產(chǎn)生和信號的接收工作；發(fā)射信號頻率、功率可以根據(jù)探測收發(fā)信道干擾程度情況進行自動調節(jié)；
8.根據(jù)權利2所述的控制管理模塊，其特征在于包含控制射頻電路工作的控制信號產(chǎn)生電路、接收AD轉換電路、AGC控制電路電壓產(chǎn)生、RS232與RS485以及TCP/IP接口電路；
9.根據(jù)權利7所述的控制管理模塊，其特征在于所有電路均連結在一個高速的DSP上，由DSP完成所有控制和信號編解碼工作；
10.根據(jù)權利9所述的控制管理模塊，其特征在于DSP工作的主要流程如下1)初始化設備；2)依次判斷各接口是否有命令數(shù)據(jù)接收到，如有，跳到第3步，沒有，則停留在本步驟；3)根據(jù)指令發(fā)出相應的命令，判斷命令類型，如是讀寫器系統(tǒng)設置參數(shù)命令，則設置讀寫器狀態(tài)，跳轉到第6步驟；4)如是卡操作命令，則檢測信道情況，設置射頻工作UHF RFID標準和相應的射頻功率，并發(fā)出相應標準的控制數(shù)據(jù)調制信號，控制射頻電路工作。5)接收卡回發(fā)的數(shù)字信號，根據(jù)相應標準進行相應的解碼處理。6)處理結果數(shù)據(jù)通過接口電路通知上位主機；7)回到第2步驟；
11.根據(jù)權利1所述的讀寫器，其特征在于數(shù)據(jù)接口可以是RS232，RS485、TCP/IP與上位機或嵌入式MCU進行通訊。可根據(jù)不同場合選取不同接口工作，也可同時接上位機，這樣一臺讀卡機可以同時受3臺上位機控制；
12.根據(jù)權利1所述的讀寫器，其特征在于模塊化設計，易于以后升級，針對新的UHF RFID標準，如果調制方式不變的情況下，只需更改DSP編解碼的軟件，即可成為兼容新標準的讀寫器。在調制方式變化的的情況下，也僅需更改射頻收發(fā)模塊硬件和DSP軟件，控制管理模塊硬件可以不用更改，這樣升級成本比較低廉。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多功能模塊化支持多種協(xié)議的UHF(超高頻)讀寫器，包括射頻收發(fā)和控制管理2種模塊，射頻收發(fā)模塊包含射頻調制發(fā)射電路、射頻接收處理電路、PLL鎖相環(huán)電路、收發(fā)隔離電路、多路天線接口電路；各部分相互獨立又彼此關聯(lián)，控制管理電路包含控制射頻電路工作的控制信號產(chǎn)生電路、接收AD轉換電路、AGC控制電路、RS232與RS485以及TCP/IP接口電路；控制管理模塊的各部分電路均連在一個高速DSP上，由DSP實現(xiàn)射頻以及AGC控制、射頻控制信號產(chǎn)生，UHF RFID各標準編解碼處理、接口信號處理等任務；讀寫器兼容多種UHF國際標準，如ISO18000B和EPC CLASS1 RFID的標準，該UHF讀寫器具有模塊化，易于以后系統(tǒng)低成本升級，多接口，可同時接多臺上位機或根據(jù)不同場合使用不同接口和讀卡機相連，低成本、兼容多種UHFRFID的標準等特點。
文檔編號G06K7/00GK1834981SQ20061000796
公開日2006年9月20日 申請日期2006年2月24日 優(yōu)先權日2006年2月24日
發(fā)明者王文清, 周豪 申請人:上海坤源信息科技有限公司