專利名稱：便攜式134.2k赫茲rfid多接口讀寫器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及無線射頻識別技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到一種便攜式134. 赫茲 RFID多接口讀寫器。
背景技術(shù)：
RFID是一種非接觸式的自動識別和數(shù)據(jù)獲取技術(shù)，它通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識別高速運動物體并可同時識別多個標(biāo)簽，操作快捷方便。射頻識別系統(tǒng)一般是由電子標(biāo)簽、讀寫機具、應(yīng)用軟件三者組成完整的系統(tǒng)。電子標(biāo)簽包含有一個硅芯片和一個天線，芯片中存儲目標(biāo)的數(shù)據(jù)信息。系統(tǒng)工作時，讀寫器向固定區(qū)域發(fā)送電子脈沖信號，當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn)入該區(qū)域時被激活向RFID讀寫器發(fā)出儲存在標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)信息(即無源電子標(biāo)簽)，或者主動發(fā)送某一頻率的信號(即有源電子標(biāo)簽)，RFID讀寫器在接收到來自標(biāo)簽的數(shù)據(jù)信息后經(jīng)過解碼處理，將信息通過藍(lán)牙或USB接口發(fā)送給后端的計算機應(yīng)用軟件，從而實現(xiàn)對電子標(biāo)簽的非接觸式讀取，達(dá)到自動識別物體獲取數(shù)據(jù)的目的。同時讀寫器亦可在應(yīng)用軟件的控制下對電子標(biāo)簽的信息進(jìn)行修改寫入。按照工作的頻率不同，射頻識別技術(shù)分為低頻(LF)、 高頻(HF)、超高頻(UHF)、微波頻段。其中低頻技術(shù)的主要優(yōu)勢體現(xiàn)在工作頻率不受無線電頻率管制約束；可以穿透水、有機組織、木材等；非常適合近距離的、低速度的、數(shù)據(jù)量要求較少的識別應(yīng)用(例如動物識別等)。目前的便攜式低頻讀寫器設(shè)計主要是由控制電路、接口電路、射頻收發(fā)模塊組成。 在野外或室外應(yīng)用時經(jīng)常會出現(xiàn)讀取距離過近(低于2厘米)，沒有無線或藍(lán)牙傳輸接口， 無顯示信息和存儲能力等問題，給實際使用帶來很大的障礙。

發(fā)明內(nèi)容本實用新型就是要提供一種能夠便攜使用、保證讀取距離、存儲適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)信息、 有藍(lán)牙和USB多種數(shù)據(jù)接口的134. 2K赫茲RFID讀寫器，作為各類基于低頻電子標(biāo)簽的計算機應(yīng)用系統(tǒng)所用。本實用新型是一種便攜式134. I赫茲RFID多接口讀寫器，其特征是包括提供整個讀寫器的工作電壓的電源電路；能發(fā)送134.觀赫茲特定頻率的射頻信號，使附著電子標(biāo)簽的目標(biāo)進(jìn)入發(fā)射天線的工作區(qū)域時產(chǎn)生感應(yīng)電流的天線和實現(xiàn)數(shù)據(jù)調(diào)制、解調(diào)及收發(fā)信號的讀寫電路；能把解調(diào)和解碼后的有效數(shù)據(jù)根據(jù)邏輯運算識別該標(biāo)簽的身份做出相應(yīng)的處理和控制，并發(fā)出指令控制讀寫器完成不同的讀寫操作的控制電路；能把電子標(biāo)簽的相關(guān)數(shù)據(jù)輸出的接口電路；能存儲電子標(biāo)簽的相關(guān)數(shù)據(jù)的存儲電路；還包括能在LCD液晶屏上呈現(xiàn)讀寫的結(jié)果的顯示電路和用于顯示所述多接口讀寫器的運行狀態(tài)的指示電路。本實用新型采用的技術(shù)方案是便攜式134. 2K赫茲RFID多接口讀寫器硬件主要由七部分構(gòu)成電源電路、讀寫電路和天線、控制電路、接口電路、存儲電路、顯示電路和指示電路。[0007]電源電路采用TPS60110芯片，可以很好地分配電源供應(yīng)，保證整個讀寫器的工作電壓能保持相應(yīng)的正常工作電壓；同時又能夠通過USB接口電路對鋰電池進(jìn)行充電。讀寫電路用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)調(diào)制、解調(diào)及收發(fā)信號，本系統(tǒng)采用RFID專用無線基站芯片EM4095作為電子標(biāo)簽與識讀終端之間的接口。讀寫器天線產(chǎn)生定向的射頻信號。電子標(biāo)簽采用EM公司的EM4305無源可讀寫標(biāo)簽，使用時可根據(jù)用戶要求通過讀寫器將相關(guān)信息寫入標(biāo)簽。當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入讀寫器的天線射頻工作范圍內(nèi)時，標(biāo)簽被激活，讀寫器發(fā)送讀數(shù)據(jù)信號給標(biāo)簽，標(biāo)簽根據(jù)接收到的讀數(shù)據(jù)信號將存儲單元中指定的數(shù)據(jù)通過天線發(fā)送至讀寫器，讀寫器接收到信息后通過調(diào)制解調(diào)一邊存入存儲電路，一邊將處理后的數(shù)據(jù)通過接口電路送回計算機應(yīng)用系統(tǒng)；若需要修改標(biāo)簽的數(shù)據(jù)，可由讀寫器發(fā)送寫數(shù)據(jù)信號給標(biāo)簽， 標(biāo)簽收到數(shù)據(jù)后自動修改內(nèi)存數(shù)據(jù)?？刂齐娐凡捎蒙钲诤昃Ч旧a(chǎn)的STC89C58單片機，實現(xiàn)過程控制、數(shù)據(jù)處理以及通過接口電路完成與計算機應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信或I/O設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸。接口電路包括USB接口電路和藍(lán)牙電路。USB接口電路保證計算機應(yīng)用系統(tǒng)或I/ 0設(shè)備與控制電路的通信，向控制電路發(fā)送控制命令或接收來自控制電路的數(shù)據(jù)與操作報告。新型藍(lán)牙電路的設(shè)計和控制非常簡潔，配對成功后可以像串口連接一樣進(jìn)行操作，非常方便讀寫器和智能設(shè)備的連接，也可以解決在野外進(jìn)行復(fù)雜查詢和數(shù)據(jù)分析的問題。存儲電路采用ATMEL公司生產(chǎn)的二線制串行電可擦寫只讀存儲器ATMC256，它具有自定時寫周期特性，容量256Kbit，特別適合于對功耗有嚴(yán)格要求的應(yīng)用場合使用。顯示電路即LCD液晶屏，主要能有效地顯示本實用新型的應(yīng)用結(jié)果。指示電路即LED指示燈，主要能有效地顯示本實用新型的運行狀態(tài)。進(jìn)一步地，所述的電源電路可用220V市電經(jīng)整流、濾波、穩(wěn)壓、升壓、降壓后輸出穩(wěn)定的+5V和+3. 3V的直流電完成；+5V穩(wěn)壓器采用TPS60110。進(jìn)一步地，所述的讀寫電路主要由能兼容EM4205、EM4105多種傳輸協(xié)議的EM4095 組成；所述EM4095的工作頻率為100KHz-150KHz。進(jìn)一步地，所述的控制電路由微控制器STC89C58組成；它負(fù)責(zé)啟動EM4095并接收由EM4095解調(diào)的編碼數(shù)據(jù)，還擔(dān)負(fù)著與計算機應(yīng)用系統(tǒng)通信的任務(wù)。進(jìn)一步地，所述的接口電路可采用USB或藍(lán)牙通信標(biāo)準(zhǔn)來實現(xiàn)讀寫器和計算機應(yīng)用系統(tǒng)服務(wù)器之間的通信；通信芯片選用FT232芯片；藍(lán)牙通訊功能能和智能設(shè)備建立無線連接。進(jìn)一步地，所述的存儲電路采用ATMEL公司的ATMC256芯片，存儲容量是 256Kbit ；由于EM4305電子標(biāo)簽的最大容量是512bit，所以由ATMC256芯片構(gòu)成的存儲電路能保存512個以上對象的完整信息。進(jìn)一步地，所述的顯示電路由IXD液晶屏構(gòu)成。進(jìn)一步地，所述的指示電路主要由一個發(fā)光二極管、一個三極管、2個IOK電阻組成。進(jìn)一步地，讀寫器既能對電子標(biāo)簽的UID進(jìn)行讀取，還能對附帶足夠信息量的電子標(biāo)簽的512bit EEPROM區(qū)域進(jìn)行有效高速的讀取和改寫。本實用新型和現(xiàn)有技術(shù)相比， 采用了模塊化設(shè)計的方式，結(jié)構(gòu)更加合理，功能劃分更加清晰。采用低頻134.觀赫茲能有效地穿透水和液體等易吸收電磁波的介質(zhì)，擴(kuò)大了 RFID的應(yīng)用環(huán)境。同時新型自粘漆包線提升了讀取的距離。采用單一的嵌入式的低功耗單片機即可實現(xiàn)多路信號處理，簡化了讀寫器的結(jié)構(gòu)，降低了成本。藍(lán)牙電路的采用為讀寫器的輸出增加了一個新的無線接口，方便和智能設(shè)備的連接。IXD顯示屏和LED指示燈的應(yīng)用為使用者方便的閱讀和了解設(shè)備的情況提供了良好界面。

圖1是本實用新型便攜式134. 2K赫茲RFID多接口讀寫器的硬件結(jié)構(gòu)圖。圖2是本實用新型便攜式134. 2K赫茲RFID多接口讀寫器的電源電路原理圖。圖3是本實用新型便攜式134. 2K赫茲RFID多接口讀寫器的讀寫電路原理圖。圖4是本實用新型便攜式134. 2K赫茲RFID多接口讀寫器的控制電路原理圖。圖5是本實用新型便攜式134. 2K赫茲RFID多接口讀寫器的接口電路原理圖。圖6是本實用新型便攜式134. 2K赫茲RFID多接口讀寫器的存儲電路原理圖。圖7是本實用新型便攜式134. 2K赫茲RFID多接口讀寫器的顯示電路原理圖。圖8和圖9是本實用新型便攜式134. I赫茲RFID多接口讀寫器的指示電路原理圖。其中，圖8是綠燈顯示電路原理圖；圖9是紅燈顯示電路原理圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進(jìn)一步說明。如圖1所示是便攜式134. I赫茲RFID多接口讀寫器的硬件結(jié)構(gòu)組成。下面對各組成部分的功能進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)闡述1、電源部分電源部分有電池、電壓檢測芯片以及升壓和降壓芯片組成。本實用新型采用3. 7V 鋰電池供電，可以通過USB接口為鋰電池充電。因為有部分元件工作電壓分別為5V和3. 3V， 所以需要將3. 7V電壓分別升壓至5V，降壓至3. 3V，這樣才能解決所有供電的問題。2、讀寫部分讀寫部分有讀寫芯片和天線構(gòu)成。讀寫芯片采用EM4095芯片來進(jìn)行設(shè)計。讀寫數(shù)據(jù)編碼格式為曼徹施特編碼，速率RF/64。天線是由新型漆包線自繞而成。3、控制部分控制部分即CPU，采用深圳宏晶公司的STC89C58單片機。該單片機可以利用USB 口下載程序，操作方便。另外此電路為核心部分，能控制整個電路運行的次序，完成讀寫操作，以及進(jìn)行數(shù)據(jù)處理計算。4、接口部分接口部分包括USB接口和藍(lán)牙模塊。USB接口采用目前比較穩(wěn)定的FT232芯片，實現(xiàn)USB與串口的互轉(zhuǎn)操作，并負(fù)責(zé)USB接口與CPU進(jìn)行的通訊。采用新型的藍(lán)牙模塊后使藍(lán)牙通訊控制非常簡單，配對成功后可以像串口操作一樣非常方便。5、存儲部分存儲部分采用了 ATMEL公司的ATMC256芯片，可以對電子標(biāo)簽的UID和擴(kuò)展區(qū) (EEPROM)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，存儲容量為256Kbit。[0043]6、顯示部分顯示部分即為IXD顯示屏。IXD顯示屏主要顯示讀取的信息以及關(guān)于設(shè)備的運行 fn息ο7、指示部分指示部分即LED指示燈。在讀取電子標(biāo)簽時指示燈閃爍顯示，如果正常讀取會顯示綠色，不能正常讀取則顯示紅色。圖2至圖9是便攜式134. ^(赫茲RFID多接口讀寫器的電路原理圖。主要包括電源電路、讀寫電路、控制電路、接口電路、存儲電路、顯示電路和指示電路共7部分。PCB板采用雙層板設(shè)計，板厚1. 5mm，全工藝，帶有絲印、阻焊等。PCB的結(jié)構(gòu)參照了外殼設(shè)計，比照指示燈、開關(guān)、線圈、電池以及USB接口的位置而定的。另外考慮到液晶屏的高度還有外殼結(jié)構(gòu)，將元器件基本都移到PCB板中部，而且電源電路離鋰電池很近，讀卡電路離讀卡線圈很近，這樣可以保證最短連接距離和最高電路運行效率。下面依次對各部分電路進(jìn)行詳細(xì)的介紹。1、電源電路EM4095的工作電壓為+5V，STC89C58單片機工作電壓是+3. 3V?？捎?20V市電經(jīng)整流、濾波、穩(wěn)壓、升壓、降壓后輸出穩(wěn)定的+5V和+3. 3V的直流電為其供電。+5V穩(wěn)壓器采用TI的TPS60110，其應(yīng)用電路如圖2所示。另外通過USB電源利用二極管對電流進(jìn)行整流后對鋰電池進(jìn)行充電。2、讀寫電路EM4095兼容多種傳輸協(xié)議(如EM4205、EM4150等)，工作頻率100kHz_150kHz ；不需外接晶振，利用內(nèi)部鎖相環(huán)PLL就可得到與天線匹配的諧振頻率；采用調(diào)幅同步解調(diào)技術(shù)具有睡眠模式。與微控制器的接口簡單，EM4095管腳結(jié)果如圖3所示，天線感應(yīng)產(chǎn)生的信號經(jīng)耦合電容輸入DMOD-IN端。該信號與天線驅(qū)動器的輸入信號由相位比較器進(jìn)行相位比較，形成與相位差對應(yīng)的電壓，作為壓控振蕩器的控制信號，最終實現(xiàn)對天線發(fā)射信號頻率的鎖定。EM4095的工作受輸入信號SHD和MOD控制。MOD = 0時，芯片工作于只讀模式； MOD = 1時，芯片工作于讀、寫模式；SHD = 1時，為睡眠模式。芯片供電之后，SHD應(yīng)先為高電平，以初始化芯片。然后再接低電平，芯片即處于收發(fā)狀態(tài)。RDY_CLK端用于向微控制器提供芯片內(nèi)部的狀態(tài)以及與收發(fā)信號同步的參考時鐘。通過查詢RDY_CLK端信號狀態(tài)，微控制器即可確定從DEM0D_0UT端接收數(shù)據(jù)的時刻。由EM4095構(gòu)成的讀寫電路如圖3所示，C8、C13、C14、C18、C7、R2組成LC諧振天線。天線的工作電流與諧振電路的Q值有關(guān)。調(diào)整L和R的值可以提高Q值，不過L值基本上通過諧振電路已經(jīng)固定，所以減小R值就可以提高Q值。本次采用直徑為0.4mm左右的線圈進(jìn)行繞制，Q值最后調(diào)制約在32。3、控制電路微控制器STC89C58負(fù)責(zé)啟動EM4095并接收由EM4095解調(diào)的編碼數(shù)據(jù)。EM4095 的SHD端接Pl. 2,MOD端接Pl. 1, RDY_CLK端接P1 · 0，用作編解碼的同步時鐘。STC89C58單片機除了控制EM4095芯片工作外，還擔(dān)負(fù)著與計算機應(yīng)用系統(tǒng)通信的任務(wù)。具體連接如圖 4所示。STC89C58的其他電路(如時鐘電路、復(fù)位電路)可選經(jīng)典電路。4、接口電路
6[0057]可采用USB或藍(lán)牙通信標(biāo)準(zhǔn)來實現(xiàn)讀寫器和計算機應(yīng)用系統(tǒng)服務(wù)器之間的通信。 USB通信芯片選用FT232接口轉(zhuǎn)換芯片，并有⑶4052作為藍(lán)牙開啟的電子開關(guān)。將計算機和STC89C58單片機的發(fā)送數(shù)據(jù)線和接收數(shù)據(jù)線交叉連接，并共用地線。接口電路如圖5所
示 ο5、存儲電路存儲電路如圖6所示，WP端接STC89C58的Pl. 5，SCL端接STC89C58的Pl. 6，SDA 端接STC89C58的Pl. 7。存儲電路采用ATMEL公司的ATMC256芯片，存儲容量是256Kbit。 由于EM4305電子標(biāo)簽的最大容量是512bit，所以有ATMC256芯片構(gòu)成的存儲電路能保存最多512個對象的完整信息。6、顯示電路顯示電路即IXD液晶屏和微處理機STC89C58的連接。IXD液晶屏如圖7所示，RS 端和STC89C58的P2. 0連接，Rff端和STC89C58的P2. 1連接，E端和STC89C58的P2. 2連接，RST 端和 STC89C58 的 P2. 3 連接，BLCD 端和 STC89C58 的 P2. 4 連接。7、指示電路指示電路主要由一個發(fā)光二極管D1、一個三極管9013 0)1)、2個IOK電阻(R3、R4) 組成。GLED端和STC89C58的P2. 5連接，發(fā)綠光，電路如圖8所示；RLED端和STC89C58的 P2. 6連接，發(fā)紅光，電路如圖9所示。本實用新型便攜式134. 2K赫茲RFID多接口讀寫器的基本參數(shù)如下(1)讀寫器無線電頻譜為134. I赫茲。(2)讀寫器最大識別距離大于7cm士2cm(視讀寫器電池及環(huán)境而定，加延長天線可以延長讀取距離)。(3)讀寫器適用溫度_2(TC /+70°C。(4)讀寫器適用濕度45% RH/80% RH(5)數(shù)據(jù)存儲256Kbit(6)工作功耗小于IOW(7)電源1000mA 時(8)通訊接口 USB，藍(lán)牙(9)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置支持在線設(shè)置(10)天線接口 SMA型陰頭(11)通訊協(xié)議Manchester 編碼，RF/64。
權(quán)利要求1.一種便攜式134. I赫茲RFID多接口讀寫器，其特征是包括提供整個讀寫器的工作電壓的電源電路；能發(fā)送134. I赫茲特定頻率的射頻信號，使附著電子標(biāo)簽的目標(biāo)進(jìn)入發(fā)射天線的工作區(qū)域時產(chǎn)生感應(yīng)電流的天線和實現(xiàn)數(shù)據(jù)調(diào)制、解調(diào)及收發(fā)信號的讀寫電路；能把解調(diào)和解碼后的有效數(shù)據(jù)根據(jù)邏輯運算識別該標(biāo)簽的身份做出相應(yīng)的處理和控制，并發(fā)出指令控制讀寫器完成不同的讀寫操作的控制電路；能把電子標(biāo)簽的相關(guān)數(shù)據(jù)輸出的接口電路；能存儲電子標(biāo)簽的相關(guān)數(shù)據(jù)的存儲電路；還包括能在LCD液晶屏上呈現(xiàn)讀寫的結(jié)果的顯示電路和用于顯示所述多接口讀寫器的運行狀態(tài)的指示電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便攜式134.I赫茲RFID多接口讀寫器，其特征在于所述的電源電路可用220V市電經(jīng)整流、濾波、穩(wěn)壓、升壓、降壓后輸出穩(wěn)定的+5V和+3. 3V的直流電完成；+5V穩(wěn)壓器采用TPS60110。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種使攜式134.2K赫茲RFID多接口讀寫器，其特征在于所述的讀寫電路主要由能兼容EM4205、EM4105多種傳輸協(xié)議的EM4095組成；所述EM4095的工作頻率為100KHz-150KHz。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便攜式134.2K赫茲RFID多接口讀寫器，其特征在于 所述的控制電路由微控制器STC89C58組成；它負(fù)責(zé)啟動EM4095并接收由EM4095解調(diào)的編碼數(shù)據(jù)，還擔(dān)負(fù)著與計算機應(yīng)用系統(tǒng)通信的任務(wù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便攜式134.I赫茲RFID多接口讀寫器，其特征在于 所述的接口電路可采用USB或藍(lán)牙通信標(biāo)準(zhǔn)來實現(xiàn)讀寫器和計算機應(yīng)用系統(tǒng)服務(wù)器之間的通信；通信芯片選用FT232芯片；藍(lán)牙通訊功能能和智能設(shè)備建立無線連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便攜式134.2K赫茲RFID多接口讀寫器，其特征在于 所述的存儲電路采用ATMEL公司的ATMC256芯片，存儲容量是256Kbit ；由于EM4305電子標(biāo)簽的最大容量是512bit，所以由ATMC256芯片構(gòu)成的存儲電路能保存512個以上對象的完整信息。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便攜式134.I赫茲RFID多接口讀寫器，其特征在于 所述的顯示電路由IXD液晶屏構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便攜式134.2K赫茲RFID多接口讀寫器，其特征在于 所述的指示電路主要由一個發(fā)光二極管、一個三極管、2個IOK電阻組成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便攜式134.^(赫茲RFID多接口讀寫器，其特征在于讀寫器既能對電子標(biāo)簽的UID進(jìn)行讀取，還能對附帶足夠信息量的電子標(biāo)簽的512bit EEPROM區(qū)域進(jìn)行有效高速的讀取和改寫。
專利摘要本實用新型的便攜式134.2K赫茲RFID多接口讀寫器包括電源電路；發(fā)送特定頻率的射頻信號，使附著電子標(biāo)簽的目標(biāo)進(jìn)入發(fā)射天線工作區(qū)域時產(chǎn)生感應(yīng)電流的天線和實現(xiàn)數(shù)據(jù)調(diào)制、解調(diào)及收發(fā)信號的讀寫電路；把解調(diào)和解碼后的數(shù)據(jù)根據(jù)邏輯運算識別該標(biāo)簽身份做出相應(yīng)的處理和控制，并發(fā)出指令控制讀寫器完成不同讀寫操作的控制電路；輸出標(biāo)簽數(shù)據(jù)的接口電路；存儲標(biāo)簽數(shù)據(jù)的存儲電路；在液晶屏上呈現(xiàn)讀寫結(jié)果的顯示電路和顯示讀寫器運行狀態(tài)的指示電路。本實用新型讀寫速度快、能對標(biāo)簽的EEPROM進(jìn)行操作、讀寫距離遠(yuǎn)，實現(xiàn)了對無源低頻玻璃管植入標(biāo)簽的非接觸式讀寫操作、存儲、輸出和顯示，抗干擾能力強，具有比較好的保密和安全性能。
文檔編號G06K17/00GK202153360SQ20102063169
公開日2012年2月29日 申請日期2010年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月30日
發(fā)明者俞自翔 申請人:北京筑和信息技術(shù)有限公司