一種基于超高頻rfid的遠距離高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于RFID技術及應用系統(tǒng)設計技術領域，尤其涉及一種基于超高頻RFID的遠距離高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]射頻識別(Rad1 Frequency Identificat1n，RFID)技術是一種非接觸式自動識別技術，其工作原理是RFID讀寫器的天線和黏附在人或物上的RFID電子標簽(又稱電子標簽)天線通過電磁波耦合(又稱為電磁波反向散射)或電感耦合實現(xiàn)射頻通信與信息交換，讀寫器自動采集并識別出RFID電子標簽中存儲的目標身份等信息。
[0003]RFID系統(tǒng)的工作流程就是將系統(tǒng)內(nèi)RFID電子標簽、讀寫器、上位機/后臺依次連接起來，完成信息的采集、傳輸、處理與管理。首先RFID讀寫器通過其天線發(fā)出無線電信號，形成讀寫器的一個有效識別范圍，當RFID電子標簽進入這個識別范圍時，RFID電子標簽接收到來自讀寫器的電磁波信號被激活并進行命令解析，按照命令指示將電子標簽中存儲的數(shù)據(jù)信息通過其天線發(fā)送出去；然后讀寫器的天線接收來自RFID電子標簽的射頻信號，讀寫器對信號進行解調(diào)解碼，通過上位機/后臺或讀寫器自身判斷接收的信息的合法性后，針對不同的設定發(fā)出不同的指令，如讀取或改寫電子標簽中存儲器的信息；最后讀寫器將處理后的數(shù)據(jù)信息傳輸至上位機/后臺系統(tǒng)，上位機/后臺對這些信息進行實時更新，并將這些信息共享給用戶。
[0004]經(jīng)過多年的研究和實踐，RFID系統(tǒng)已經(jīng)有了多種的實現(xiàn)方式。按照工作頻率的不同，可將RFID系統(tǒng)劃分為低頻(Low Frequency ,LF)、高頻(High Frequency ,HF)、超高頻(Ultra-high Frequency，UHF)和微波(Microwave，MW)等幾個類型。低頻RFID系統(tǒng)工作在30KHz?300KHz頻段，典型的工作頻率有125KHz、133KHz和134.2KHz。低頻電子標簽一般為無源電子標簽，并且可以有多重形狀，其工作能量通過電子標簽的天線(線圈)與讀寫器的天線(線圈)之間的電感耦合(變壓器耦合)方式獲得，電子標簽與讀寫器進行數(shù)據(jù)交換時，電子標簽必須位于讀寫器天線輻射的近場區(qū)內(nèi)，即讀寫器天線及RFID電子標簽天線均有很強的方向性。由于低頻磁場的高穿透性，識別距離不受周圍附件材料特性的影響(金屬除外)。但是相比于其他頻段的無源電子標簽，其天線成本較高，讀寫距離近，速度慢，多電子標簽防碰撞能力弱。高頻RFID系統(tǒng)工作在3MHz?30MHz頻段，典型的工作頻率為13.56MHz，一般亦是無源電子標簽，工作原理與低頻RFID系統(tǒng)完全相同。相比于低頻RFID系統(tǒng)，高頻RFID系統(tǒng)提高了數(shù)據(jù)傳輸速率，和電子標簽內(nèi)部儲存空間，但是其識別距離雖然相比低頻RFID系統(tǒng)得到了提高，達到了I米量級，仍然無法滿足遠距離識別的要求。超高頻RFID系統(tǒng)工作在300?1000MHz頻率范圍內(nèi)，典型的工作頻段有433.05MHz?434.79MHz、840MHz?845MHz、860MHz?960MHz。相比于低頻和高頻RFID系統(tǒng)，超高頻RFID系統(tǒng)具有更高的數(shù)據(jù)傳輸速率以及更大的電子標簽存儲空間，其防碰撞能力也得到了顯著的提高。較之高頻RFID系統(tǒng)I米量級的識別距離，超高頻RFID系統(tǒng)的識別距離能達到10米量級，帶有電池的超高頻RFID電子標簽的識別距離可達百米量級；較之微波與毫米波RFID系統(tǒng)，超高頻RFID系統(tǒng)的抗干擾能力更強，技術更為成熟，成本更低。因此，非常適合于高速、遠距離、多目標的RFID系統(tǒng)應用。
[0005]超高頻RFID電子標簽有無源和有源兩種類型，其區(qū)別主要在于RFID電子標簽的能量供給方式不同，識別距離不同。無源便簽內(nèi)部沒有電源供電，工作時，將讀寫器發(fā)射的射頻信號整流為直流能量供給相應電路，同時解調(diào)射頻信號，將電子標簽內(nèi)存數(shù)據(jù)通過反向散射調(diào)制來自讀寫器的射頻載波的方式發(fā)射至讀寫器。由于電子標簽只能從射頻信號中提取能量，因此識別距離有限。有源RFID電子標簽內(nèi)置有電源，其工作的能量來自內(nèi)置電源，無需通過反向散射調(diào)制機制來返回數(shù)據(jù)，可主動發(fā)起射頻通信，有源電子標簽相比于無源電子標簽，具有更遠的識別距離和通信可靠性。
[0006]但是，現(xiàn)有的RFID技術一般僅具有身份識別的功能，存在功能單一、應用領域較窄等問題。此外，現(xiàn)有的技術雖然已發(fā)展到RFID與傳感器技術的結(jié)合，但受限于RFID國際標準對其數(shù)據(jù)速率的規(guī)定，現(xiàn)有的技術一般是將RFID與低速傳感器結(jié)合，尚未出現(xiàn)RFID與高速傳感器結(jié)合的技術。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為解決上述技術問題，本發(fā)明提出了一種基于超高頻RFID的遠距離高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，結(jié)合超高頻RFID與無線高速遠距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g，應用于高速傳感器信息無線傳輸上，極大擴展了 RFID系統(tǒng)功能與應用領域。
[0008]本發(fā)明的技術方案為:一種基于超高頻RFID的遠距離高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，包括:閱讀系統(tǒng)以及電子標簽，所述閱讀系統(tǒng)包括:上位機以及閱讀器;所述上位機控制閱讀器向電子標簽發(fā)送傳感器信息采集命令;所述電子標簽根據(jù)閱讀器發(fā)送過來的傳感器信息采集命令，對高速傳感器數(shù)據(jù)進行采集、量化，電子標簽通過無線傳輸方式將量化后的數(shù)據(jù)發(fā)送至閱讀器，閱讀器將數(shù)據(jù)傳送給上位機進行顯示。
[0009]進一步地，所述電子標簽包括:直流電源模塊、DC-DC模塊、VGA輸入模塊、ADC模塊、FPGA芯片、調(diào)制解調(diào)電路、天線，所述直流電源模塊將AC電源轉(zhuǎn)換為DC電壓，所述DC-DC模塊用于產(chǎn)生第一電壓以及第二電壓，所述第一電壓用于為ADC模塊供電，所述第二電壓用于為FPGA芯片以及調(diào)制解調(diào)電路供電，所述ADC模塊在FPGA芯片的控制下將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并將該數(shù)字信號傳送至FPGA芯片，所述FPGA芯片將ADC模塊傳送過來的數(shù)字信號存入內(nèi)部SRAM單元中，所述天線在FPGA芯片的控制下將數(shù)字信號發(fā)送給閱讀器。
[0010]進一步地，所述閱讀器采用循環(huán)發(fā)送讀取命令的方式。
[0011]進一步地，閱讀器識別電子標簽的過程為:讀寫器向電子標簽發(fā)送Select命令，設定電子標簽屬性以及標志；讀寫器向電子標簽發(fā)送Query命令，電子標簽返回RN16，電子標簽狀態(tài)轉(zhuǎn)為R印Iy狀態(tài)；閱讀器向電子標簽發(fā)送ACK命令，電子標簽向讀寫器返回EPC。
[0012]更進一步地，閱讀器在識別到電子標簽后，閱讀器向電子標簽發(fā)送Req_RN命令，使電子標簽進入開放或者保護狀態(tài)，同時閱讀器接收到電子標簽返回的RN16，并將RN16作為句柄納入Sensor_collect命令中發(fā)送給電子標簽。
[0013]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明的一種基于超高頻RFID的遠距離高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，包括:上位機、閱讀器以及電子標簽;所述電子標簽包括:直流電源模塊、DC-DC模塊、ADC模塊、FPGA芯片、調(diào)制解調(diào)電路、天線；本發(fā)明采用的有源超高頻電子標簽識別距離可達百米量級，實現(xiàn)遠距離數(shù)據(jù)傳輸，ADC將高速傳感器輸入的高速數(shù)據(jù)信號中的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，F(xiàn)PGA將該數(shù)據(jù)存入內(nèi)部SRAM中，再以相對較低的無線數(shù)據(jù)傳輸速率將數(shù)據(jù)發(fā)送給閱讀器;并且閱讀器并且采用循環(huán)發(fā)送讀取命令方式，一次讀取命令只讀取少量的數(shù)據(jù)，待閱讀器接收到發(fā)生的數(shù)據(jù)后，再發(fā)送下一條讀取命令讀取下一組數(shù)據(jù)，直到完成全部數(shù)據(jù)的傳輸，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，并大大提升?shù)據(jù)傳輸效率。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明提供的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2為本發(fā)明提供的閱讀器與標簽通信處理流程圖。
[0016]圖3為本發(fā)明提供的傳感器信息采集，讀寫器和標簽交互過程。
[0017]圖4為本發(fā)明提供的電子標簽系統(tǒng)架構(gòu)。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步的說明:
[0019]如圖1所示，本發(fā)明的一種基于超高頻RFID的遠距離高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，包括:上位機、閱讀器以及電子標簽;所述電子標簽包括:直流電源模塊、DC-DC模塊、ADC模塊、FPGA芯片、調(diào)制解調(diào)電路、天線;通過上位機控制閱讀器發(fā)送傳感器信息采集命令，電子標簽接收到傳感器信息采集命令后，通過FPGA控制ADC進行采樣、量化，并將ADC輸出數(shù)據(jù)存儲于FPGA內(nèi)部SRAM中，閱讀器發(fā)送讀取電子標簽信息命令，電子標簽將存儲于SRAM中的傳感器數(shù)據(jù)通過無線方式發(fā)送給閱讀器，并將數(shù)據(jù)上傳于上位機顯示。本發(fā)明采用的電子芯片為超高頻RFID芯片。
[0020]本發(fā)明通過FPGA芯片實現(xiàn)數(shù)字控制邏輯，F(xiàn)PGA芯片用于實現(xiàn)IS018000-6C協(xié)議及自定義的數(shù)據(jù)傳輸與處理命令，具體為:滿足相關標準的數(shù)字基帶處理電路及對ADC高速數(shù)據(jù)的采集、處理及發(fā)送控制。FGPA芯片內(nèi)部SRAM存儲器，讀寫速度不低于100Mb/s，滿足對于高速數(shù)據(jù)的存儲需求。FPGA用于
[0021]數(shù)字控制邏輯對相關標準命令的解析/處理及對ADC輸出數(shù)據(jù)的采集/處理流程如圖2所示。當閱讀器發(fā)送盤存命令時，電子標簽處理命令并返回相應數(shù)據(jù)；當閱讀器發(fā)送傳感器信息采集命令Sensor_collect時，數(shù)字基帶電路控制ADC對高速傳感器信息進行采樣、量化，實現(xiàn)將高速傳感器中的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，數(shù)字基帶電路將ADC量化后得