CN101576964A - 变频工作的射频识别读写器、无线射频识别系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种变频工作的射频识别读写器、无线射频识别系统及方法，其变频工作的射频识别读写器，用于读取因环境因素造成谐振频率发生偏差的RFID标签的信息，其包括微控制器、变频控制器、调制电路及天线。微控制器用于对RFID信号数据进行控制处理。变频控制器与微控制器相连，用于向微控制器分时输出不同频率的时钟信号。调制电路分别与微控制器及变频控制器相连，用于分别接收微控制器与变频控制器输出的RFID命令信号及时钟信号，并调制为一载波信号。天线，与调制电路相连，用于将经该调制电路调制后的载波能量及RFID命令通过射频信号输出。本发明可以有效识别因环境因素造成谐振频率发生偏差的RFID标签上的信息，确保RFID系统的正常工作。

Description

变频工作的射频识别读写器、无线射频识别系统及方法

技术领域

本发明涉及无线射频识别技术，特别涉及可与谐振频率发生偏差的RFID电子标签进行通信的一种变频工作的射频别读写器，以及可识别谐振频率发生偏差的RFID电子标签的无线射频识别系统及方法。

背景技术

RFID(Radio Frequency Identification，无线射频识别)技术是20世纪90年代开始兴起的一种自动识别技术，它是一种利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触式信息传递，并通过所传递的信息达到自动识别的技术。由于RFID技术具有传输速度快、穿透性较强、较强的抗恶劣环境能力以及可重复使用等优点而备受众多的行业与专业人士关注，目前RFID技术已被广泛应用于运输业、制造业、废物管理、邮政跟踪、航空行李调节和公路同行费管理等许多领域。

例如，中国专利号200620119023.5的专利申请提出了一种RFID物品监控系统，如图1所示，此RFID物品监控系统包括监控终端103、物品监控中心主机105、报警单元107及射频标签109。射频标签109嵌入到物品上，监控终端103与射频标签109之间利用RFID无线射频技术进行通信，监控终端103通过网络与物品监控中心主机105连接，物品监控中心主机105端口连接报警单元107。监控终端103把从射频标签109接收到的信号通过网络传送给物品监控中心主机105，物品监控中心主机105通过报警单元107发出警报。此专利在其监控的物品移位、断电、断网等各种情况下，都可以自动向物品监控中心主机105或物品管理者发出报警，实现了对物品的实时监控。

上述这种运用RFID技术的系统必然要包括RFID标签(即图1中的射频标签109)和RFID阅读器(即图1中的监控终端103)，RFID阅读器通过天线输出射频信号以形成电磁场，此电磁场使标签能够返回携带信息的射频信号。而RFID标签通常又包括有源标签和无源标签。有源标签的内部设置有电源，其会主动向RFID阅读器发送射频信号。无源标签内部并不设置有电源，其通过RFID阅读器发出的电磁波获得能量，并向RFID阅读器反馈标签信息。相对于有源标签，无源标签具有更长的使用寿命，被广泛地应用在各个领域。

但是和我们听的收音机道理一样，RFID标签和RFID阅读器也要调制到相同的频率才能工作。对于无源标签来说，要求RFID标签的本身的谐振频率要与RFID阅读器发出的载波频率相匹配。而一旦RFID标签由于现场的一些因素(如多张RFID标签距离太近，互相干扰)影像导致的本身谐振频率与其出厂时的固有频率发生偏差，则会导致RFID标签无法正常接收RFID阅读器的射频信号，从而使RFID标签与RFID阅读器之间的通信受到严重影响，甚至不能通信。

发明内容

本发明的目的是提供一种变频工作的射频

别读写器，以解决现有的RFID阅读器与因环境因素造成谐振频率发生偏差的RFID标签无法正常通信的问题。

本发明的另一目的是提供一种无线射频识别系统，以解决现有的RFID阅读器与因环境因素造成谐振频率发生偏差的RFID标签无法正常通信的问题。

本发明的再一目的是提供一种无线射频识别方法，以解决现有的RFID阅读器与因环境因素造成谐振频率发生偏差的RFID标签无法正常通信的问题。

本发明提出一种变频工作的射频

别读写器，用于读取因环境因素造成谐振频率发生偏差的RFID标签的信息，其包括微控制器、变频控制器、调制电路及天线。微控制器用于对RFID信号数据进行控制处理。变频控制器与微控制器相连，用于向微控制器分时输出不同频率的时钟信号。调制电路分别与微控制器及变频控制器相连，用于分别接收微控制器与变频控制器输出的RFID命令信号及时钟信号，并调制为一载波信号。天线，与调制电路相连，用于将经该调制电路调制后的载波能量及RFID命令通过射频信号输出。

依照本发明较佳实施例所述的变频工作的射频

别读写器，变频控制器为锁相环控制模块。

依照本发明较佳实施例所述的变频工作的射频别读写器，其还包括解调电路及模数转换器。解调电路与天线相连，用于将天线接收到的反馈信息解出。模数转换器分别与解调电路及微控制器相连，用于将解调电路解出的数据转换为数字信号，并传输给微控制器。

依照本发明较佳实施例所述的变频工作的射频

别读写器，其还包括功率放大器，其分别与调制电路及天线相连，用于将调制电路调制后的信号进行放大，并将放大后的信号传输给天线。

本发明另提出一种无线射频识别系统，包括若干RFID电子标签、若干RFID阅读器及控制中心，RFID电子标签与RFID阅读器通过符合RFID协议的无线信道相连，RFID阅读器与控制中心通过有线或无线的网络相连。其中，每个RFID阅读器又包括微控制器、变频控制器、调制电路及天线。微控制器用于对RFID信号数据进行控制处理。变频控制器与微控制器相连，用于向微控制器分时输出不同频率的时钟信号。调制电路分别与微控制器及变频控制器相连，用于分别接收微控制器与变频控制器输出的RFID命令信号及时钟信号，并调制为一载波信号。天线，与调制电路相连，用于将经该调制电路调制后的载波能量及RFID命令通过射频信号输出给该RFID电子标签。

依照本发明较佳实施例所述的无线射频识别系统，变频控制器为锁相环控制模块。

依照本发明较佳实施例所述的无线射频识别系统，每个RFID阅读器还包括解调电路及模数转换器。解调电路与天线相连，用于将天线接收到的反馈信息解出。模数转换器分别与解调电路及微控制器相连，用于将解调电路解出的数据转换为数字信号，并传输给微控制器。

依照本发明较佳实施例所述的无线射频识别系统，每个RFID阅读器还包括功率放大器，其分别与调制电路及天线相连，用于将调制电路调制后的信号进行放大，并将放大后的信号传输给该天线。

本发明再提出一种无线射频识别方法，用于使RFID阅读器与谐振频率发生偏差的RFID电子标签进行通信，其包括以下步骤：首先，为RFID阅读器的输出载波设定基准频率。其次，在设定的时间间隔步进改变RFID阅读器的输出射频载波频率。最后，RFID阅读器接收RFID电子标签在匹配的信号频率时返回的标签信号。

依照本发明较佳实施例所述的无线射频识别方法，改变RFID阅读器的输出载波频率时包括以下步骤：首先，在RFID阅读器中设置锁相环控制模块。其次，通过锁相环控制模块在设定时间间隔步进改变RFID阅读器的时钟频率。最后，调制RFID阅读器的时钟信号与命令信号，并形成其输出射频载波信号。

本发明的有益效果是：本发明可以步进改变RFID阅读器的输出载波频率，使其输出一定频率范围的载波，因而即使RFID电子标签的谐振频率因环境因素与其本身的固有频率发生偏差，一样可以获取RFID阅读器输出的射频能量，从而保证与RFID阅读器之间的有效通信。

附图说明

图1为中国专利号200620119023.5的专利申请提出的一种RFID物品监控系统示意图；

图2为本发明实施例的一种无线射频识别系统架构图；

图3为本发明实施例的一种RFID阅读器的结构示意图；

图4为本发明实施例的另一种RFID阅读器结构示意图；

图5为本发明实施例的一种无线射频识别方法流程图；

图6为本发明实施例的一种RFID阅读器载波输出过程流程图；

图7为本发明实施例的一种改变RFID阅读器的输出载波频率时的流程图。

具体实施方式

本发明中所涉及的RFID电子标签为无源RFID电子标签，也称被动RFID电子标签。本发明的原理是步进改变RFID阅读器的输出载波频率，使其输出一定频率范围的载波，并且在与RFID电子标签的谐振频率匹配时完成通信，因而即使RFID电子标签的谐振频率因环境因素与其本身的固有频率发生偏差，一样可以获取RFID阅读器输出的射频能量，从而保证与RFID阅读器之间的有效通信。

以下结合附图，具体说明本发明。

请参见图2，其为本发明实施例的一种无线射频识别系统架构图。此无线射频识别系统包括若干RFID电子标签205、若干RFID阅读器203及控制中心201(MCU，Micro Control Unit)。RFID阅读器203与控制中心201通过有线或无线的网络相连，具体来说，RFID阅读器203与控制中心201之间可以通过电缆、光纤等构成的有线网络通信，也可以采用无线广域网(WWAN)进行通信。RFID阅读器203与RFID电子标签205通过符合RFID协议的无线信道相连，并以无线射频信号进行通信。

在实际应用中，RFID电子标签205中存储有能够识别目标的信息，其常常被放置在所要识别和管理的物体上。RFID阅读器203会发出电磁波，并探测在一定距离范围内是否存在RFID电子标签205。本实施例的RFID阅读器203所发出的载波频率在一定时间间隔内会步进地进行改变。当RFID电子标签205进入到RFID阅读器203的电磁场中时，利用频率匹配的电磁波获得能量，并激活内部的微芯片电路，芯片将RFID电子标签205所储存的目标信息转换成射频信号，然后再返回给RFID阅读器203。RFID阅读器203把接收到的信号转换成相关数据，便完成了对物品的识别。最后，RFID阅读器203再将目标信息的数据传输给控制中心201进行控制管理。

值得注意的是，本实施例的RFID阅读器203会步进地改变所输出的载波频率，因此，即使RFID电子标签205的谐振频率与本身的固有频率发生偏差时，也一样可以找到与其匹配的载波频率来获得能量，从而保证了RFID阅读器203与RFID电子标签205的正常通信，增加了系统的可靠性。

请参见图3，其为本发明实施例的一种RFID阅读器203的结构示意图。此RFID阅读器203包括微控制器301、变频控制器303、调制电路305、功率放大器307、天线309、解调电路311及模数转换器313。变频控制器303分别与微控制器301及调制电路305相连，其作用是输出时钟信号，变频控制器303可以是锁相环控制模块。微控制器301与调制电路305相连，用于对RFID信号数据进行控制处理。调制电路305经过功率放大器307后连接到天线309。天线309还与解调电路311相连，解调电路311经过模数转换器313后连接到微控制器301。

此RFID阅读器203工作时，变频控制器303分时输出不同频率的时钟信号，该时钟信号分别输出给微控制器301和调制电路305。微控制器301将自身的时钟频率倍频到所接收信号的十倍，例如若变频控制器303向微控制器301输出频率为fc的时钟信号，则微控制器301将自身的时钟频率倍频到10fc，倍频时钟频率的作用是方便后续的数据采样以及RFID信号的解析。然后微控制器301经过编码后向调制电路305输出符合RFID协议的命令信号。调制电路305接收到命令信号后，将其与变频控制器303输出的时钟信号进行合成后调制成一个载波信号，并经过功率放大器307放大后通过天线309输出。

值得注意的是，变频控制器303输出不同时钟信号的间隔可以根据设备要求来设定，例如可以设定间隔100ms改变一次输出的时钟频率。时钟频率的变化量用来界定载波频率的变化范围。例如载波频率的步进可以设置为0.2兆赫，而根据频率步进变化量，RFID阅读器203可以设定输出12.96兆赫、13.16兆赫、13.36兆赫、13.56兆赫、13.76兆赫、13.96兆赫、14.16兆赫等七个频率点的载波信号，输出的次序可以是从小到大逐步递增。而当RFID阅读器203输出频率14.16兆赫的射频信号间隔100ms后，可以重新再输出频率12.96兆赫的射频信号，如此循环工作。

因此，只要RFID电子标签205的谐振频率在12.96兆赫到14.16兆赫的范围附近，便能获得RFID阅读器203的载波能量，并向RFID阅读器203返回带有目标信息的射频信号。

当天线309接收到RFID电子标签205返回来的射频信号后，通过解调电路311将数据解出，然后由模数转换器313将数据转换为数字信号，传输到微控制器301。微控制器301对接收到的数字信号进行RFID协议解析，最后得到RFID电子标签205所对应的目标信息。

图3的结构仅为RFID阅读器203的一种实施例，并不能以此限制本发明，如图4所示，其为本发明实施例的另一种RFID阅读器203结构示意图。与图3相比，本实施例将变频控制器303集成在微控制器301中，变频控制器303同样也可以是锁相环控制模块。其工作时，微控制器301根据变频控制器303分时输出的时钟频率，调整自身的时钟频率，并向调制电路305输出RFID命令信号和变频控制器303的时钟频率，然后由调制电路305调制成载波信号后通过天线输出，后续的工作原理与图4的实施例相同。

本发明另一种变频工作的射频

别读写器，用于读取谐振频率发生偏差的RFID电子标签信息，其结构和工作原理与无线射频识别系统中的RFID阅读器203相同，此处不再赘述。

本发明还提出一种无线射频识别方法，用于使RFID阅读器与谐振频率发生偏差的RFID电子标签进行通信，请参见图5，其为本发明实施例的一种无线射频识别方法流程图，其包括以下步骤：

S501，为RFID阅读器的输出载波设定基准频率。

S503，在设定的时间间隔步进改变RFID阅读器的输出射频载波频率。

S505，RFID阅读器接收RFID电子标签在匹配的信号频率时返回的标签信号。

具体来说，基准频率用来标准一个上下浮动的频率范围，时间间隔与步进改变量可以根据硬件设备的要求来设定。例如可以设定RFID阅读器的载波输出基准频率为13.56兆赫，上下各浮动三个频率点，载波频率的步进变化量可以设置为0.2兆赫，时间间隔100毫秒，因此RFID阅读器便会输出12.96兆赫、13.16兆赫、13.36兆赫、13.56兆赫、13.76兆赫、13.96兆赫、14.16兆赫等七个频率点的载波信号，如图6所示，其为本发明实施例的一种RFID阅读器载波输出过程流程图，其包括以下步骤：

S601，RFID阅读器将载波基准频率设定为13.56兆赫。

S603，检测是否间隔100毫秒。若是则进入步骤S605。

S605，检测载波频率是否到达14.16兆赫，若是，则进入步骤S607，若否，则将载波频率步进0.2兆赫后进入步骤S609。

S607，RFID阅读器将输出载波的频率设定为12.96兆赫。

S609，RFID阅读器输出载波。

因此，只要RFID电子标签的谐振频率在12.96兆赫到14.16兆赫的范围附近，便能获得RFID阅读器的载波能量，并向RFID阅读器返回带有目标信息的射频信号。

其中，请参见图7，在改变RFID阅读器的输出载波频率时包括以下步骤：

S701，在RFID阅读器中设置锁相环控制模块。

S703，通过锁相环控制模块在设定时间间隔步进改变RFID阅读器的时钟频率。

S705，调制RFID阅读器的时钟信号与命令信号，并形成其输出射频载波信号。

相比于现有技术，本发明具有以下优点：本发明可以步进改变RFID阅读器的输出载波频率，使其输出一定频率范围的载波，因而即使RFID电子标签的谐振频率因环境因素与其本身的固有频率发生偏差，一样可以获取RFID阅读器输出的射频能量，从而保证与RFID阅读器之间的有效通信。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1、一种变频工作的射频

别读写器，用于读取因环境因素造成谐振频率发生偏差的RFID标签的信息，其特征在于，包括：

一微控制器，用于对RFID信号数据进行控制处理；

一变频控制器，与该微控制器相连，用于向该微控制器分时输出不同频率的时钟信号；

一调制电路，其分别与该微控制器及该变频控制器相连，用于分别接收该微控制器与该变频控制器输出的RFID命令信号及时钟信号，并调制为一载波信号；

一天线，与该调制电路相连，用于将经该调制电路调制后的载波能量及RFID命令通过射频信号输出。

2、如权利要求1所述的变频工作的射频别读写器，其特征在于，该变频控制器为一锁相环控制模块。

3、如权利要求1所述的变频工作的射频

别读写器，其特征在于，其还包括：

一解调电路，与该天线相连，用于将该天线接收到的反馈信息解出；

一模数转换器，分别与该解调电路及该微控制器相连，用于将该解调电路解出的数据转换为数字信号，并传输给该微控制器。

4、如权利要求1所述的变频工作的射频

别读写器，其特征在于，其还包括一功率放大器，其分别与该调制电路及该天线相连，用于将该调制电路调制后的信号进行放大，并将放大后的信号传输给该天线。

5、一种无线射频识别系统，包括若干RFID电子标签、若干RFID阅读器及一控制中心，该RFID电子标签与该RFID阅读器通过符合RFID协议的无线信道相连，该RFID阅读器与该控制中心通过有线或无线的网络相连，其特征在于，每个RFID阅读器又包括：

一微控制器，用于对RFID信号数据进行控制处理；

一变频控制器，与该微控制器相连，用于向该微控制器分时输出不同频率的时钟信号；

一调制电路，其分别与该微控制器及该变频控制器相连，用于分别接收该微控制器与该变频控制器输出的RFID命令信号及时钟信号，并调制为一载波信号；

一天线，与该调制电路相连，用于将经该调制电路调制后的载波能量及RFID命令通过射频信号输出给该RFID电子标签。

6、如权利要求5所述的无线射频识别系统，其特征在于，该变频控制器为一锁相环控制模块。

7、如权利要求5所述的无线射频识别系统，其特征在于，每个RFID阅读器还包括：

一解调电路，与该天线相连，用于将该天线接收到的反馈信息解出；

一模数转换器，分别与该解调电路及该微控制器相连，用于将该解调电路解出的数据转换为数字信号，并传输给该微控制器。

8、如权利要求5所述的无线射频识别系统，其特征在于，每个RFID阅读器还包括一功率放大器，其分别与该调制电路及该天线相连，用于将该调制电路调制后的信号进行放大，并将放大后的信号传输给该天线。

9、一种无线射频识别方法，用于使一RFID阅读器与谐振频率发生偏差的一RFID电子标签进行通信，其特征在于，包括以下步骤：

为该RFID阅读器的输出载波设定一基准频率；

在设定的时间间隔步进改变该RFID阅读器的输出射频载波频率；

该RFID阅读器接收该RFID电子标签在匹配的信号频率时返回的标签信号。

10、如权利要求9所述的无线射频识别方法，其特征在于，改变该RFID阅读器的输出载波频率时包括以下步骤：

在该RFID阅读器中设置一锁相环控制模块；

通过该锁相环控制模块在设定时间间隔步进改变该RFID阅读器的时钟频率。

调制该RFID阅读器的时钟信号与命令信号，并形成其输出射频载波信号。

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