本發(fā)明屬于射頻識(shí)別技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于FPGA的RFID接收信號(hào)強(qiáng)度檢測(cè)及解碼方法。

背景技術(shù)：

許多RFID標(biāo)簽采用2FSK來實(shí)現(xiàn)信息的傳輸，由于RFID應(yīng)用環(huán)境的復(fù)雜性，通常要求閱讀器具備較高的抗干擾能力。傳統(tǒng)的2FSK解調(diào)方法包括鑒頻法、相干檢測(cè)法、包絡(luò)檢波法、過零檢測(cè)法、差分檢測(cè)法等。這些方法對(duì)傳輸過程中因?yàn)榭罩懈蓴_導(dǎo)致脈沖幅度變化較大、存在基線漂移、甚至脈沖丟失的情況時(shí)，效果較差，而且對(duì)兩個(gè)載頻的頻率差有較高要求，難以滿足RFID應(yīng)用要求。

綜上所述，傳統(tǒng)的2FSK解調(diào)方法因?yàn)榭罩懈蓴_導(dǎo)致脈沖幅度變化較大、存在基線漂移、甚至脈沖丟失的情況時(shí)，效果較差；對(duì)兩個(gè)載頻的頻率差有較高要求，難以滿足RFID應(yīng)用要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于FPGA的RFID接收信號(hào)強(qiáng)度檢測(cè)及解碼方法，旨在解決傳統(tǒng)的2FSK解調(diào)方法因?yàn)榭罩懈蓴_導(dǎo)致脈沖幅度變化較大、存在基線漂移、甚至脈沖丟失的情況時(shí)，效果較差；對(duì)兩個(gè)載頻的頻率差有較高要求，難以滿足RFID應(yīng)用要求的問題。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種基于FPGA的RFID接收信號(hào)強(qiáng)度檢測(cè)及解碼方法，所述基于FPGA的RFID接收信號(hào)強(qiáng)度檢測(cè)及解碼方法采用FPGA對(duì)信號(hào)固定周期采樣，設(shè)采樣周期為t，將接收信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；在FPGA中進(jìn)行數(shù)字濾波，在濾波后的信號(hào)波形中查找局部極大值：對(duì)數(shù)字序列進(jìn)行比較，當(dāng)連續(xù)三個(gè)值P_i-1、P_i和P_i-1滿足(如圖4，兩個(gè)相鄰極值點(diǎn)之間的部分定義為一個(gè)脈沖，其周期T_j為包含的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)一個(gè)脈沖的幅度A_j定義為波峰數(shù)據(jù)與波谷數(shù)據(jù)的差，即A_j＝MAXj-MIN_j)：

P_i-1＜P_i≤P_i+1

則記錄P_i為極大值點(diǎn)。兩個(gè)相鄰極大值點(diǎn)之間的部分即為一個(gè)脈沖，從而實(shí)現(xiàn)了脈沖識(shí)別。計(jì)算前N個(gè)脈沖的幅度的平均值作為接收信號(hào)強(qiáng)度。設(shè)第j個(gè)脈沖的幅度為A_j，則A_j為該脈沖的最大值MAX_j減去最小值MIN_j，即：

A_j＝MAX_j-MIN_j

則接收信號(hào)強(qiáng)度為：

依據(jù)2FSK的碼元速率，統(tǒng)計(jì)M(一般為16)個(gè)脈沖的總時(shí)間T_bit，從而分辨出載頻f₀和f₁，完成解碼。設(shè)載頻f₀高于載頻f₁，Δt為用戶設(shè)置的一個(gè)常數(shù)，用如下規(guī)則進(jìn)行解碼：

1)若則將該M個(gè)脈沖解碼為“0”；

2)否則解碼為“1”。

以此類推，完成整個(gè)信號(hào)流的解碼。

進(jìn)一步，所述基于FPGA的RFID接收信號(hào)強(qiáng)度檢測(cè)及解碼方法包括以下步驟：

步驟一，初始化階段，脈沖計(jì)數(shù)器n和信號(hào)強(qiáng)度寄存器rss賦初值0；

步驟二，識(shí)別第j個(gè)脈沖，并計(jì)算該脈沖的幅度值A(chǔ)_j，幅度值A(chǔ)_j為該脈沖中所有數(shù)值的最大值減去最小值，即為該脈沖的幅度；

步驟三，已經(jīng)鑒別出一個(gè)脈沖，脈沖計(jì)數(shù)器n加1；將幅度A_j累加到信號(hào)強(qiáng)度寄存器rss，即：rss＝rss+A_j；

步驟四，判斷是否達(dá)到N個(gè)脈沖，若是則轉(zhuǎn)步驟五，否則轉(zhuǎn)步驟六；

步驟五：輸出本次操作周期RFID標(biāo)簽返回的平均信號(hào)強(qiáng)度avgrss，即avgrss＝rss/N，轉(zhuǎn)步驟六；

步驟六，判斷是否計(jì)算滿M個(gè)周期，即一個(gè)比特的數(shù)據(jù)，若是則記錄這M個(gè)周期的數(shù)據(jù)數(shù)目為T_bit，并轉(zhuǎn)步驟七；否則轉(zhuǎn)步驟二，繼續(xù)找下一個(gè)脈沖；

步驟七，根據(jù)2FSK編碼規(guī)則，并輸出一個(gè)比特“0”/“1”。設(shè)載頻f₀高于載頻f₁，Δt為用戶設(shè)置的一個(gè)常數(shù)，用如下規(guī)則進(jìn)行解碼：

1)若則將該M個(gè)脈沖解碼為“0”；

2)否則，將該M個(gè)脈沖解碼為“1”。

步驟八，解碼完成則結(jié)束，否則轉(zhuǎn)步驟二繼續(xù)找下一個(gè)脈沖，對(duì)下一個(gè)M個(gè)脈沖進(jìn)行解碼；

步驟九，操作周期結(jié)束。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種所述基于FPGA的RFID接收信號(hào)強(qiáng)度檢測(cè)及解碼方法的RFID閱讀器。

進(jìn)一步，所述閱讀器包括：

FPGA，用于從通信接口接收命令，將發(fā)送數(shù)據(jù)調(diào)制；并完成AD轉(zhuǎn)換電路的數(shù)字信號(hào)的處理，結(jié)果通過通信接口返回給用戶；

發(fā)射電路，與FPGA連接，用于將FPGA調(diào)制的數(shù)據(jù)通過天線發(fā)射出去；

接收電路，與天線有線連接，用于接收天線上的感應(yīng)信號(hào)；

放大濾波電路，與接收電路有線連接，用于對(duì)接收電路接收的天線上的感應(yīng)信號(hào)濾波放大；

AD轉(zhuǎn)換電路，與放大濾波電路和FPGA有線連接，用于將放大濾波電路濾波放大的天線感應(yīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。

進(jìn)一步，所述FPGA包括下列模塊：

嵌入式處理器，用于從通信接口接收命令并解析，若是數(shù)據(jù)發(fā)送，則將被發(fā)送數(shù)據(jù)通過信號(hào)調(diào)制模塊調(diào)制，通過發(fā)射電路發(fā)射出去；

高精度AD控制器，與嵌入式處理器有線連接，用于控制外部的AD轉(zhuǎn)換器對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行固定周期的采樣；

數(shù)字濾波器，通過第一級(jí)先入先出隊(duì)列與AD控制器通訊，用于從第一級(jí)先入先出隊(duì)列中取數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)字濾波，結(jié)果寫入到第二級(jí)先入先出隊(duì)列；

第二級(jí)先入先出隊(duì)列，與數(shù)字濾波器通訊，用于存儲(chǔ)數(shù)字濾波器的濾波結(jié)果；

波形識(shí)別及解碼模塊，與第二級(jí)先入先出隊(duì)列通信，用于讀取數(shù)據(jù)，完成信號(hào)強(qiáng)度計(jì)算和解碼工作。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種利用所述基于FPGA的RFID接收信號(hào)強(qiáng)度檢測(cè)及解碼方法的射頻識(shí)別系統(tǒng)。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種利用所述基于FPGA的RFID接收信號(hào)強(qiáng)度檢測(cè)及解碼方法的2FSK解調(diào)系統(tǒng)。

本發(fā)明提供的基于FPGA的RFID接收信號(hào)強(qiáng)度檢測(cè)及解碼方法，對(duì)存在基線漂移及脈沖幅度變化較大的信號(hào)具有同樣的解碼能力。且特別適合于兩個(gè)載頻頻率f₀和f₁比較接近的應(yīng)用場(chǎng)合。相比于傳統(tǒng)的利用現(xiàn)有集成電路進(jìn)行解碼的方案，本發(fā)明對(duì)FSK的兩個(gè)頻率差的要求較小，具有更好的靈敏性和通用性，傳統(tǒng)方案中，傳統(tǒng)方案中，一個(gè)集成電路只針對(duì)一種頻率信號(hào)，且兩個(gè)載頻頻率f₀和f₁的頻率差是基本固定的；而本發(fā)明只需要通過選擇AD采樣頻率和調(diào)整解碼用的常數(shù)Δt，即可實(shí)現(xiàn)任意頻率信號(hào)的解碼，即使f₀和f₁的頻率差很大或很小。本發(fā)明無需復(fù)雜的硬件電路和專用的FSK解碼芯片；工作頻率可配置，特別適合于要求工作于多種頻率的閱讀器；提供了信號(hào)強(qiáng)度估計(jì)功能。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的手持式RFID閱讀器結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的FPGA內(nèi)部功能模塊結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的基于FPGA的RFID接收信號(hào)強(qiáng)度檢測(cè)及解碼方法流程圖。

圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的脈沖識(shí)別原理示意圖。

圖中：1、FPGA；1-1、A/D控制器；1-2、第一級(jí)先入先出隊(duì)列；1-3、數(shù)字濾波器；1-4、第二級(jí)先入先出隊(duì)列；1-5、波形識(shí)別及解碼模塊；1-6、嵌入式處理器；1-7、信號(hào)調(diào)制模塊；2、發(fā)射電路；3、接收電路；4、放大濾波電路；5、AD轉(zhuǎn)換電路；6、通信接口。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的應(yīng)用原理作詳細(xì)的描述。

本發(fā)明實(shí)施例提供的閱讀器(如圖1所示)和應(yīng)答器，閱讀器載波頻率為83K，應(yīng)答器返回信號(hào)上行頻率f₀為83KHz、f₁為81KHz。本發(fā)明實(shí)施例中的閱讀器由FPGA1、發(fā)射電路2、接收電路3、放大濾波電路4、AD轉(zhuǎn)換電路5和通信接口6構(gòu)成。

FPGA1從通信接口6接收命令，將發(fā)送數(shù)據(jù)調(diào)制，通過發(fā)射電路2、天線發(fā)射出去。接收電路3接收天線上的感應(yīng)信號(hào)，通過放大濾波電路4進(jìn)行濾波放大，在FPGA1的控制下，通過AD轉(zhuǎn)換電路5轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并在FPGA1內(nèi)部完成信號(hào)的處理，結(jié)果通過通信接口6返回給用戶。

如圖2所示，F(xiàn)PGA1的功能模塊包括高精度A/D控制器1-1、第一級(jí)先入先出隊(duì)列(FIFO1)1-2、數(shù)字濾波器1-3、第二級(jí)先入先出隊(duì)列(FIFO2)1-4、波形識(shí)別及解碼模塊1-5、嵌入式處理器1-6、信號(hào)調(diào)制模塊1-7。

FPGA的控制核心是嵌入式處理器，它從通信接口接收命令并解析，若是數(shù)據(jù)發(fā)送，則將被發(fā)送數(shù)據(jù)通過信號(hào)調(diào)制模塊調(diào)制，通過發(fā)射電路發(fā)射出去；之后，通過高精度AD控制器對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行固定周期的采樣，采樣數(shù)據(jù)存入FIFO1；數(shù)字濾波器從FIFO1中取數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)字濾波，結(jié)果寫入到FIFO2；波形識(shí)別、RSS計(jì)算、2FSK解碼模塊從FIFO讀取數(shù)據(jù)，完成信號(hào)強(qiáng)度計(jì)算和解碼工作。

如圖3所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的基于FPGA的RFID接收信號(hào)強(qiáng)度檢測(cè)及解碼方法包括以下步驟：

S301：初始化階段，脈沖計(jì)數(shù)器n和信號(hào)強(qiáng)度寄存器rss賦初值0；

S302：識(shí)別第j個(gè)脈沖，并計(jì)算該脈沖的幅度值A(chǔ)_j，幅度值A(chǔ)_j為該脈沖中所有數(shù)值的最大值減去最小值，即為該脈沖的幅度；

S303：已經(jīng)鑒別出一個(gè)脈沖，脈沖計(jì)數(shù)器n加1；將幅度A_j累加到信號(hào)強(qiáng)度寄存器rss，即：rss＝rss+A_j；

S304：判斷是否達(dá)到N個(gè)脈沖，若是則S305，否則轉(zhuǎn)S306；

S305：輸出本次操作周期RFID標(biāo)簽返回的平均信號(hào)強(qiáng)度avgrss，即avgrss＝rss/N，轉(zhuǎn)S306；

S306：判斷是否計(jì)算滿M個(gè)周期，即一個(gè)比特的數(shù)據(jù)，若是則記錄這M個(gè)周期的數(shù)據(jù)數(shù)目為T_bit，并轉(zhuǎn)S307；否則轉(zhuǎn)S302，繼續(xù)找下一個(gè)脈沖；

S307：根據(jù)2FSK編碼規(guī)則，并輸出一個(gè)比特“0”/“1”。設(shè)載頻f₀高于載頻f₁，Δt為用戶設(shè)置的一個(gè)常數(shù)，用如下規(guī)則進(jìn)行解碼：

1)若則將該M個(gè)脈沖解碼為“0”；

2)否則，將該M個(gè)脈沖解碼為“1”。

S308：解碼完成則轉(zhuǎn)S309，否則轉(zhuǎn)S302繼續(xù)找下一個(gè)脈沖，對(duì)下一個(gè)M個(gè)脈沖進(jìn)行解碼；

S309：操作周期結(jié)束，啟動(dòng)下一個(gè)操作周期。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。