CN101051353A - 双频段多协议射频识别设备系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双频段多协议射频识别设备系统。该系统同时采用了13.56MHz和433.92MHz两个频段，充分利用了电磁波的近场电磁耦合和远场电磁反向散射的不同特性，同时兼容ISO/IEC 18000－3，ISO/IEC 14443A和ISO/IEC 18000－7协议，在近距离识别无源射频标签的同时，可作为有源射频标签使用，并可自动将所识别的信息远距离传递给后台控制模块。无源射频标签识别距离为0～10cm，有源射频标签识别距离0～500m可调。用户使用本产品时，无源射频标签上信息可自动被远距离无线传输至后端，无需物理布线，特别适用于需要远距离后台控制的用户。
Description
技术领域：
本发明涉及无线射频识别(RFID)技术领域，特别是无源射频识别设备和有源射频识别技术领域。
背景技术：
射频识别(Radio Frequency Identification，简称RFID)是一种非接触式的自动识别技术，它通过无线射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，具有快速、准确、可靠的特点。RFID系统因应用不同其组成会有所不同，但基本都由电子标签、读写器和数据交换与管理系统三大部分组成。RFID的应用最早可以追溯到第二次世界大战时期被用来在空中作战行动中进行敌我识别。随着技术的进步，RFID应用领域日益扩大，现已涉及到人们日常生活的各个方面，并将成为未来信息社会建设的一项基础技术。
RFID标签依据发送射频信号的方式不同，分为主动式(Active)和被动式(Passive)两种。主动式电子标签主动向读写器发送射频信号，通常由内置电池供电，又称为有源电子标签；被动式标签不带电池，又称为无源电子标签，其发射电波及内部处理器运行所需能量均来自阅读器产生的电磁波。被动式标签在接收到阅读器发出的电磁波信号后，将部分电磁能量转化为供自己工作的能量。有源电子标签通常具有更远的通信距离，其价格相对较高，主要应用于贵重物品远距离检测等应用领域。无源标签具有价格便宜的优势，但其工作距离、存储容量等受到能量来源的限制。
电子标签与阅读器之间通过耦合元件实现射频信号的空间耦合，在耦合通道内，根据时序关系，实现能量的传递和数据的转换。发生在阅读器和电子标签之间的射频信号的耦合类型有两种：
(1)电感耦合
电感耦合采取的变压器模型，通过空间高频交变磁场实现耦合，依据的是电磁感应定律。电感耦合方式一般适用于中、低频工作的近距离射频识别系统，典型的工作频率有：125kHz，225kHz和13.56MHz。识别作用距离小于1m，典型工作距离为5～10cm，主要用于短距离、低成本的应用中，如多数的门禁控制、校园卡、煤气表、水表等。
(2)电磁反向散射
电磁反向散射耦合采取的是雷达原理模型，发射出去的电磁波，碰到目标后反射，同时携带回目标消息，依据的是电磁波的空间传播规律。典型的工作频率有：433MHz，915MHz，2.45GHz和5.8GHz。识别距离大于1m，甚至可高达几百米，主要用于需要较长的读写距离和高读写速度的场合，多在火车监控、高速公路收费等系统中应用。
目前RFID行业标准以及相关产品标准还不统一，电子标准签迄今为止全球也还没有正式形成一个统一的(包括各个频段)国际标准。很多国家都正在抓紧时间制定各自的标准，我国射频识别技术还正处在研发阶段。常用的RFID国际标准主要有用于对动物识别的ISO/IEC 11784和ISO/IEC 11785，用于非接触智能卡的ISO/IEC 15693(Vicinity cards)、ISO/IEC 14443(Proximitycards)等。
ISO/IEC 14443和ISO/IEC 15693标准在1995年开始操作，其完成则是在2000年之后，二者皆以13.56MHz交变信号为载波频率。ISO/IEC 15693读写距离较远，而ISO/IEC 14443读写距离稍近，但应用较广泛。目前的第二代电子身份证采用的标准是ISO/IEC 14443 TYPE B协议。ISO/IEC 14443定义了TYPE A、TYPE B两种类型协议，通信速率为106kbit/s，它们的不同主要在于载波的调制深度及位的编码方式。TYPE A采用开关键控(On-Off keying)的Manchester编码，TYPE B采用NRZ-L的BPSK编码。ISO/IEC 18000-x是一系列标准，只规定了空气接口协议，对数据内容和数据结构无限制。其中ISO/IEC18000-7是针对433.92MHz频段的RFID的空中接口协议的较新的标准。
现有的射频识别设备通常只支持一种协议，或是工作在同一频段。无源射频识别设备只能近距离读取卡上信息，并将信息通过物理线路传给后台，或直接存储等待人工现场采集后再由后台处理。这都给现场施工、信息实时化管理带来了困难。
发明内容：
本发明的目的是提供一种双频段多协议射频识别设备系统。该设备系统将近距离无源射频标签上和有源射频标签上的信息远距离无线传输至后台。不仅解决了现有无源射频识别器无法远距离识别、远距离信息实时采集的难题，同时解决了有源射频标签的价格、供电等问题。
实现上述发明的具体技术方案如下：
一种双频段多协议射频识别设备系统，由包含无源射频处理模块与无源基带处理模块的无源RFID识别器单元和包含有源射频处理模块与有源基带处理模块的有源RFID标签及数传单元组成；所述用来识别无源电子标签的无源射频处理模块与无源基带处理模块通信连接；所述用来被有源RFID识别器识别并传输数据的有源射频处理模块与有源基带处理模块通信连接；所述有源基带处理模块与无源基带处理模块通信连接；其特征在于，
所述无源RFID识别器单元的硬件电路包括微处理器AT89S52，还有分别与该微处理器电路连接的液晶显示、蜂鸣器驱动电路、复位电路、采用FM1715芯片的无源RFID读写模块、接口模块RS-485，以及与上述接口模块连接的有源RFID单元和与无源RFID读写模块连接的天线电路。
所述有源RFID标签及数传单元的硬件电路包括微处理器MSP430，还有分别与该微处理器电路连接的复位电路、接口模块RS-485、采用多通道单芯片射频收发芯片CC1020的有源射频收发模块，以及与上述接口模块连接的无源RFID识别器单元和与有源射频收发模块连接的天线电路。
以及所述系统同时采用了13.56MHz和433.92MHz两个频段，并同时兼容ISO/IEC 18000-3，ISO/IEC 14443A和ISO/IEC 18000-7协议，在近距离识别无源射频标签的同时，可作为有源射频标签使用，并可自动将所识别的信息远距离传递给后台控制模块。并且无源射频标签识别距离为0～10cm，有源射频标签识别距离0～500m可调。
本发明通过利用无源RFID技术和有源RFID技术的结合，所构成的一种全新的双频段多协议的射频识别设备，其有点在于用户在使用该设备时，所识别的无源射频标签上的信息以及有源标签的信息可自动被远距离无线传输至后台，无需物理布线，特别适用于需要远距离后台控制的场合。这样不仅解决了现有无源射频识别器无法远距离识别、远距离信息实时采集的难题，同时解决了有源射频标签的供电问题。并且由于设备用户可以直接使用无源电子标签，价格低廉、携带方便，所以本发明可被广泛应用于对人员、物品、车辆等的信息化管理中。可以说使用范围广，符合市场需求，而且易推广。
附图说明：
以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明中无源RFID识别器单元的结构示意图。
图3为本发明中有源RFID标签及数传单元的结构示意图。
图4为本发明系统的工作流程示意图。
具体实施方式：
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
如图1所示，本发明提供的双频段多协议射频识别设备系统，由包含无源射频处理模块与无源基带处理模块的无源RFID识别器单元和包含有源射频处理模块与有源基带处理模块的有源RFID标签及数传单元组成。其中，用来识别无源电子标签的无源射频处理模块与无源基带处理模块通信连接；用来被有源RFID识别器识别并传输数据的有源射频处理模块与有源基带处理模块通信连接；另外，有源基带处理模块与无源基带处理模块通信连接。
如图2所示，系统中的无源RFID识别器单元的硬件电路包括微处理器AT89S52，还有分别与该微处理器电路连接的液晶显示、蜂鸣器驱动电路、复位电路、采用FM1715芯片的无源RFID读写模块、接口模块RS-485，以及与上述接口模块连接的有源RFID单元和与无源RFID读写模块连接的天线电路。其中，无源RFID读写模块及其芯片FM1702是整个读写器的核心，它完成对无源标签识别的所有必须功能，包括RF信号的产生、调制、解调、安全认证和防冲突等。微处理器完成对射频读卡模块的设置，并通过接口模块完成与有源RFID单元的通信，包括将无源标签信息告知有源基带处理模块等。
如图3所示，系统中的有源RFID标签及数传单元的硬件电路包括微处理器MSP430，还有分别与该微处理器电路连接的复位电路、接口模块RS-485、采用多通道单芯片射频收发芯片CC1020的有源射频收发模块，以及与上述接口模块连接的无源RFID识别器单元和与有源射频收发模块连接的天线电路。其中，有源射频收发模块作为有源电子标签发射识别信息，并根据微处理器的指示，完成远距离无线部分的信号收发。微处理器MSP430完成对射频读卡模块的设置，并通过接口模块完成与有源RFID单元的通信，包括将无源标签信息告知有源基带处理模块等；同时完成对有源射频处理模块的设置，并依照有源RFID识别器传输的指令，将从无源基带处理模块得到的无源标签ID信息传给有源射频处理模块。
另外，本发明系统同时运用了无源射频识别技术(13.56MHz)和有源射频识别技术(433.92MHz)。并且利用了电磁波的近场电磁耦合和远场电磁反向散射的不同特性，同时兼容ISO/IEC 18000-3，ISO/IEC 14443A和ISO/IEC 18000-7协议，在近距离识别无源射频标签的同时，可作为有源射频标签使用，并可自动将所识别的信息远距离传递给后台控制模块。无源射频标签识别距离为0～10cm，有源射频标签识别距离0～500m可调。用户使用本产品时，所识别的无源射频标签上的信息以及有源标签的信息可自动被远距离无线传输至后端，无需物理布线，特别适用于需要远距离后台控制的用户。
如图4所示，本发明列举的实施例将设备直接安装在车辆等需要识别的物体上，作为有源电子标签标识此物体，同时用户需配置无源电子标签，依约定在本产品的无源识别区域内刷卡，在离车辆等需要识别的区域一定距离(0～500米)安装有源识别器，后台信息中心就可以通过该有源识别器识别工作范围内存在的有源电子标签和无源电子标签的信息。
本发明设计的双频段多协议射频识别设备可安装在需要识别的物体上，这里以车辆为例。车主持有无源电子标签在此设备附近刷卡时，无源电子标签的ID号可传递给有源电子标签。当放置在远端的有源识别器发出查询信息的命令时，此双频段多协议射频识别设备则可通过天线把自身的有源标签ID号和车主的无源标签ID一起打包发送给有源识别器。有源识别器通过RS-485将信息传递给PC机等上位中心控制单元。另外，此双频段射频识别设备可以直接使用车载电源，解决了通常困扰有源RFID设备的功耗问题。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (3)
1、一种双频段多协议射频识别设备系统，由包含无源射频处理模块与无源基带处理模块的无源RFID识别器单元和包含有源射频处理模块与有源基带处理模块的有源RFID标签及数传单元组成；所述用来识别无源电子标签的无源射频处理模块与无源基带处理模块通信连接；所述用来被有源RFID识别器识别并传输数据的有源射频处理模块与有源基带处理模块通信连接；所述有源基带处理模块与无源基带处理模块通信连接；其特征在于，
所述无源RFID识别器单元的硬件电路包括微处理器AT89S52，还有分别与该微处理器电路连接的液晶显示、蜂鸣器驱动电路、复位电路、采用FM1715芯片的无源RFID读写模块、接口模块RS-485，以及与上述接口模块连接的有源RFID单元和与无源RFID读写模块连接的天线电路；
所述有源RFID标签及数传单元的硬件电路包括微处理器MSP430，还有分别与该微处理器电路连接的复位电路、接口模块RS-485、采用多通道单芯片射频收发芯片CC1020的有源射频收发模块，以及与上述接口模块连接的无源RFID识别器单元和与有源射频收发模块连接的天线电路.
2、根据权利要求1的双频段多协议射频识别设备系统，其特征在于，所述系统同时采用了13.56MHz和433.92MHz两个频段，并同时兼容ISO/IEC18000-3，ISO/IEC 14443A和ISO/IEC 18000-7协议，在近距离识别无源射频标签的同时，可作为有源射频标签使用，并可自动将所识别的信息远距离传递给后台控制模块。
3、根据权利要求1的双频段多协议射频识别设备系统，其特征在于，所述系统中无源射频标签识别距离为0～10cm，有源射频标签识别距离0～500m可调。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: SHANGHAI FUKONG HUALONG MICROSYSTEMS TECHNOLOGY C Free format text: FORMER OWNER: SHANGHAI HUALONG INFORMATION TECHNOLOGY DEVELOPMENT CENTER Effective date: 20080425 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20080425 Address after: Shanghai city Pudong New Area Chunxiao Road No. 439 building 11 post encoding: 201203 Applicant after: Shanghai Fukong Hualong Microsystem Technology Co., Ltd. Address before: Shanghai city Pudong New Area Chunxiao Road No. 439 Building No. 11 post encoding: 201203 Applicant before: Shanghai Hualong Information Technology Development Center |
|
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: SHANGHAI HUALONG INFORMATION TECHNOLOGY DEVELOPME Free format text: FORMER OWNER: SHANGHAI FUKONG HUALONG MICROSYSTEMS TECHNOLOGY CO., LTD. Effective date: 20081010 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20081010 Address after: Shanghai city Pudong New Area Chunxiao Road No. 439 building 11 post encoding: 201203 Applicant after: Shanghai Hualong information Technology Development Company Address before: Shanghai city Pudong New Area Chunxiao Road No. 439 building 11 post encoding: 201203 Applicant before: Shanghai Fukong Hualong Microsystem Technology Co., Ltd. |
|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20091223 Termination date: 20140516 |