CN101770561A

CN101770561A - Rfid多协议读写器切换方法及其控制切换系统

Info

Publication number: CN101770561A
Application number: CN200810231545A
Authority: CN
Inventors: 王忠勇; 邓计才; 宋豫全; 高向川
Original assignee: Zhengzhou University
Current assignee: Zhengzhou University
Priority date: 2008-12-29
Filing date: 2008-12-29
Publication date: 2010-07-07
Anticipated expiration: 2028-12-29
Also published as: CN101770561B

Abstract

本发明公开了一种RFID多协议读写器切换方法，上述RFID多协议读写器根据上位机命令确定接收信号的标准，通过调整由软件控制的可控电路的工作参数和工作状态，使接收通道电路和发射通道电路根据不同协议的输入信号进行处理。采用上述技术方案的本发明，将硬件电路的工作参数通过由软件控制的开关电路来进行自动切换，称之为软开关切换。这样，通过软开关切换实现电路工作状态的变换或转换，使电路能针对多种信号进行自动接收和处理。通过软件控制可自动切换电路的工作参数，使读写器能够完成对不同协议RFID射频卡的读写操作，满足了射频卡对工作参数变化的需求，降低了不同协议射频卡应用的成本，有利于射频卡的大范围推广和普及。

Description

RFID多协议读写器切换方法及其控制切换系统

技术领域

本发明属于无线射频识别技术领域，特别是涉及一种RFID多协议读写器的切换方法，并涉及一种实施该方法的RFID多协议读写器的软开关控制切换系统。

背景技术

无线射频识别技术RFID是一种非接触式自动识别技术，其基本原理是利用射频信号和空间耦合，即电感耦合或电磁耦合的传输特性自动识别目标对象并获取相关数据，通过后台网络使得物品跟踪和信息共享可以在更大范围乃至全球范围进行。作为一种新兴的自动识别技术，无线射频识别技术RFID近年来得到了迅速发展，国内基于RFID的应用包括城市交通一卡通系统和第二代身份证等，并逐渐形成了一个朝气蓬勃的新产业。但另一方面，随着RFID技术的迅速发展，国际上纷纷推出各种通信协议来适应不同的应用场合，协议之间互不兼容，标准不统一已成为制约RFID发展的重要因素之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、工作可靠、能够自动完成不同协议之间自由切换的方法及其RFID多协议读写器的由软件控制的控制切换系统。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明中的RFID多协议读写器根据上位机命令确定接收信号的标准，通过调整由软件控制的可控电路的工作参数和工作状态，使接收通道电路和发射通道电路根据不同协议的输入信号进行处理。

上述的可控电路包括可控带通滤波器和可控解调器。

上述的RFID多协议读写器为ISO15693和14443A、B标准的双协议RFID读写器。

一种RFID多协议读写器的控制切换系统，它包括控制系统、发射通道电路、接收通道电路和上位机串口通信电路；发射通道电路和接收通道电路均与控制系统相连接，控制系统与上位机串口通信电路相连接，上述的接收通道电路包括输入匹配电路、可控带通滤波器、信号放大电路和可控解调电路，其中，输入匹配电路相连可控带通滤波器，可控带通滤波器连接信号放大电路，信号放大电路连接可控解调器，且可控解调器和可控带通滤波器还直接与控制系统相连接；上述发射通道电路所产生的发射信号及发射信号的调制方式受控制系统的控制，其中调制器的输入端与控制系统相连接，调制器的输出端连接功率放大电路，功率放大电路连接输出匹配电路。

上述的可控解调电路包括第一二极管、等效电阻和第四电容，等效电阻和第四电容并联连接后与第一二极管的阴极相连接；上述的等效电阻包括串联连接的第一电阻和第五电阻，其中，第一电阻和第五电阻的公共端连接至控制系统中。

上述的可控带通滤波器为一阶并联谐振带通滤波器，它包括并联连接的第六电容和第三电阻，其中第六电容和第三电阻的公共端连接至控制系统中。

采用上述技术方案的本发明，将硬件电路的工作参数通过由软件控制的开关电路来进行自动切换，称之为软开关切换。这样，通过软开关切换实现电路工作状态的变换或转换，使电路能针对多种信号进行自动接收和处理。通过软件控制可自动切换电路的工作参数，使读写器能够完成对不同协议RFID射频卡的读写操作，满足了射频卡对工作参数变化的需求，降低了不同协议射频卡应用的成本，有利于射频卡的大范围推广和普及。另外，通过电路的灵活设计以及系统成本的考虑，应用软开关切换技术可构成双协议，如ISO15693、14443A、B标准的RFID射频卡读写器，以及在此基础上通过扩展形成双协议以上的多协议读写器，同时也包括应用于其它需要RFID技术的设备或电路上。采用软开关切换电路实现多协议标签将可以满足多种场合应用需要，有利于RFID技术发展和推广。

附图说明

图1为本发明的软开关控制切换图；

图2为本发明的原理框图；

图3为本发明中实施例1的可控解调电路图；

图4为本发明中实施例1的可控带通滤波器的电路图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，本发明中RFID多协议读写器根据上位机命令确定接收信号的标准，通过调整由软件控制的可控电路的工作参数和工作状态，这样，硬件电路的工作参数就可以由上位机的软件来控制，在本发明中将其称之为软开关切换。通过上述软开关切换实现硬件电路工作状态的变换或转换，使接收通道电路和发射通道电路可根据不同协议的多种输入信号进行处理。上述的可控电路主要包括可控带通滤波器和可控解调器。在本实施例中，RFID多协议读写器为ISO15693和14443A、B标准的双协议RFID读写器。

其主要的切换过程如图1所示，RFID的多协议读写器中的控制系统首先启动接收通道电路，然后根据上位机的命令确定接收信号的标准。如果是14443A、B标准，则控制系统中的微处理器通过控制逻辑从I/O口RB2输出0模式至可控解调电路，改变其电路参数实现14443A、B信号的检波处理，另外其控制系统中的I/O口RB3输出为高阻状态，进而调整可控带通滤波器的中心频率；如果是15693标准，则控制系统中的I/O口RB2输出为高阻状态至可控解调电路，另外其控制系统中的I/O口RB3输出为0模式，来调整可控带通滤波器的中心频率。在改变了其硬件电路的工作参数后，其接收通道电路就可以接收处理不同通信协议之间信号，而发射通道电路中发射信号及发射信号的调制方式也受控制系统的控制。

为实施本发明中的方法，采用了以下的硬件电路设计：

如图2所示，RFID多协议读写器的软开关控制切换系统包括控制系统、发射通道电路、接收通道电路和上位机串口通信电路。发射通道电路和接收通道电路均通过天线与RFID卡进行通信，另外，发射通道电路和接收通道电路均与控制系统相连接，控制系统与上位机串口通信电路相连接，上位机串口通信电路连接外设的上位机，上述的上位机可以为一台PC机，上述的控制系统是以高速单片机为核心设计的，上述的上位机串口通信电路包括RS232接口电路和USB接口电路，均为本领域普通技术人员所熟知的技术。这样，上位机的命令即可通过上位机串口通信电路发送至控制系统，控制系统再根据命令作出相应动作。另外，为使本发明可以正常工作，本发明中还应包括电源电路等外围电路，上述的电源电路均与控制系统、发射通道电路、接收通道电路和上位机串口通信电路相连接，电源电路为本领域普通技术人员所熟知的技术。

在本发明中，接收通道电路包括输入匹配电路、可控带通滤波器、信号放大电路和可控解调电路。上述的输入匹配电路相连可控带通滤波器，可控带通滤波器连接信号放大电路，信号放大电路连接可控解调器，且可控解调器和可控带通滤波器还直接与控制系统相连接。这样，在本发明中，可控带通滤波器和可控解调器是基于软开关切换设计的多参数可控电路，控制信号来自于控制系统，在控制信号作用下，可控电路可以工作于不同的信号频率，从而进行不同协议输入信号的处理。

在本发明中，发射通道电路所产生的发射信号及发射信号的调制方式受控制系统的控制，其中调制器的输入端与控制系统相连接，调制器的输出端连接功率放大电路，功率放大电路连接输出匹配电路。在本实施例中，RFID多协议读写器为13.56MHz的ISO15693和14443A、B标准的双协议RFID读写器。

具体地说，RFID多协议读写器的工作原理是：13.56MHz晶振信号既是微处理器的时钟信号，同时又作为发射载波信号使用，整个读写器以高速单片机为控制系统的核心设计，上述的高速单片机可以为PIC18F252。RFID多协议读写器接通电源后，在系统程序的控制下，RFID多协议读写器通过天线向外发射13.56MHz的调制射频信号，并形成一定范围的检测区；当射频标签进入检测区时，通过电感耦合将射频能量转换为感应电压，并通过桥式整流变成直流，再经滤波、稳压后成为射频标签的工作电压；之后射频卡根据通信协议从射频脉冲中解调出命令和数据并送到控制逻辑，控制逻辑接收指令完成存储、发送数据或其它操作，射频标签如果需要发送数据，它将根据通信协议约定将数据编码用一种副载波或两种副载波进行副载波负载调制，然后通过天线发送给读写器。一般来说，工作于13.56MHZ的RFID国际标准中，ISO14443A标准采用曼彻斯特Manchester编码，其副载波频率为847KHZ；ISO14443B标准采用NRZ编码，其副载波频率同样也为847KHZ；ISO15693标准采用曼彻斯特Manchester编码，其副载波频率为423.75kHz或484.28kHz。上述的编码技术均为本领域普通技术人员所熟知的技术。读写器接收信号后，通过软开关切换改变电路参数，对收到的标签信号进行检波和滤波处理，解调后送入微处理器进行完整性校验等处理，最后获取标签信息完成RFID卡读取操作。

为自由切换可控电路，本发明中的可控解调电路和可控带通滤波器的工作原理如下：

如图3所示，本发明中的可控解调电路包括第一二极管D1、等效电阻和第四电容C4，等效电阻和第四电容C4并联连接后与第一二极管D1的阴极相连接。上述的等效电阻包括串联连接的第一电阻R1和第五电阻R5，其中，第一电阻R1和第五电阻R5的公共端连接至控制系统中。

基于本发明软开关切换的可控解调电路工作原理如下：

为保证电路对不同协议标签信号的兼容，检波电路应具备可切换性。对于15693标准，标签到读写器的通信采用带副载波的负载调制方式。读写器以协议头的第一位来确定选择一种副载波还是两种副载波，使用一种副载波时，频率f_s＝423.75KHz；使用两种副载波时，频率f_s1＝423.75KHz，频率f_s2＝484.28KHz；对于14443标准，副载波频率皆为847.5KHz。因此检波电路要同时具备较好检波423.75KHz、484.28KHz、847.5KHz信号的能力。

电路由二极管、电容和电阻组成，输入信号为天线上的已调幅载波。当信号的正半周到来时二极管D1导通，电流对电容C充电，充电时间常数为R_DC，其中R_D为D1的导通电阻，随着C的充电，输出电压上升；当信号的负半周到来时二极管D1截止，电容C向电阻放电，放电时间常数为RC，由干RC＞＞R_DC，所以电容C上的电荷未放完时二极管D1又导通，C再充电，如此周而复始的出现，输出电压就随已调波的包络线而变化。

电路中检波处理的好坏取决于RC时间常数，电容C选择68PF，而电阻R由R1、R5组成一等效可控电阻，对于15693标准的副载波423.75KHz和484.28KHz，其相对载波13.56MHz小很多，时间常数RC要大一点；而14443标准的副载波847.5KHz相对较高，RC要小一些。所以对于15693标准，置单片机I/O口RB2为高阻状态，相当于断开，等效电阻R＝R1+R5；对于14443标准，置RB2为输出0模式，相当于接地，所以R＝R1。两种情况下f_c＝1/(RC)＝0.147MHz或0.181MHz，载波频率fs＝13.56MHz，皆满足fc＜＜fs，电路能够进行正常的检波处理。

如图4所示，可控带通滤波器为一阶并联谐振带通滤波器，它包括并联连接的第六电容C6和第三电阻R3，第六电容C6和第三电阻R3的公共端连接至控制系统中。

基于本发明软开关切换的可控滤波电路工作原理如下：

滤波电路采用一阶并联谐振带通滤波，同时为兼容不同频率的信号，其中心频率和带宽应该具备可控的特点。控制带通滤波器的中心频率和带宽采用外接并联电容、电阻的方法，如图3所示，并联电容C6、电阻R3的另一端接单片机的I/O口RB3。置RB3为输出高阻模式，相当于断开，并联电容、电阻对谐振电路无效；置RB3为输出0模式，相当于接地，并联电容、电阻对谐振电路有效并联。

对于14443标准，置RB3为输入高阻模式，C6、R3断开。其副载波信号频率为847.5KHz，基带信号f频率为106KHz，所以带通滤波器中心频率：

fo＝847.5KHz

3dB带宽

B≥2f＝212KHz

所以其并联谐振的Q值为

fo/B≤4

取电感L1值为100μH，电容C5取值360pF，谐振颇率在847.5kHz左右；由此可以计算其并联电阻

R2≤QωL≤2K

实际调试中取值1.2k较为合适。

对于15693标准，置RB3为输出0模式，C6、R3对谐振电路有效并联。其有423.75KHz和484.28KHz的两个副载波信号，简化设计中心频率为：

fo＝(f₁+f₂)/2＝452KHz

基带信号f频率为26.5KHz，所以下截止频率：

f₁-f＝423.75KHz-26.5KHz＝397KHz

上截止频率：

f₂+f＝484.28KHz+26.5KHz＝511KHz

3dB带宽：

B≥511-397＝114KHz

Q值为：

fo/B≤4

其并联电阻：

R≤QωL≤1.13K

取电感L1不变，电容C6取值1000pF，谐振颇率在452kHz左右；调试中取R3为3.3k，则并联谐振的等效电阻：

R＝R2//R3＝0.88k＜1.13k

满足要求。

实施例2

本实施例与实施例1不同的是，在本实施例中，RFID多协议读写器为13.56MHz的ISO18000-3和14443A、B标准的双协议RFID读写器。其中，ISO18000-3有两个模式：模式1与ISO15693协议兼容，因此其可控电路可采用与ISO15693协议的可控电路相一致的软开关切换电路；而模式2为采用MFM编码，其副载波的中心频率为969～3013kHz。基于这一点，在对应ISO18000-3模式2的可控电路中，检波电路中的时间常数RC也要稍小一些，带通滤波的带宽范围要相应大一些。

其他技术特征与实施例1相同。

基于本发明软开关切换的可控电路除应用于可控滤波和检波电路外，还可应用于其它需要变换参数的电路中；并且通过电路设计上的扩展，电路参数的变换可应用于其他不同的通信协议中。

Claims

1.一种RFID多协议读写器切换方法，其特征在于：所述RFID多协议读写器根据上位机命令确定接收信号的标准，通过调整由软件控制的可控电路的工作参数和工作状态，使接收通道电路和发射通道电路根据不同协议的输入信号进行处理。

2.根据权利要求1所述的RFID多协议读写器切换方法，其特征在于：所述的可控电路包括可控带通滤波器和可控解调器。

3.根据权利要求1所述的RFID多协议读写器切换方法，其特征在于：所述的RFID多协议读写器为ISO15693和14443A、B标准的双协议RFID读写器。

4.一种为实施权利要求1所述方法的RFID多协议读写器的控制切换系统，它包括控制系统、发射通道电路、接收通道电路和上位机串口通信电路；所述的发射通道电路和接收通道电路均与控制系统相连接，控制系统与上位机串口通信电路相连接，其特征在于：所述的接收通道电路包括输入匹配电路、可控带通滤波器、信号放大电路和可控解调电路，所述的输入匹配电路连接可控带通滤波器，可控带通滤波器连接信号放大电路，信号放大电路连接可控解调器，且所述的可控解调器和可控带通滤波器还直接与控制系统相连接；所述发射通道电路所产生的发射信号及发射信号的调制方式受控制系统的控制，其中调制器的输入端与控制系统相连接，调制器的输出端连接功率放大电路，功率放大电路连接输出匹配电路。

5.根据权利要求4所述的RFID多协议读写器的控制切换系统，其特征在于：所述的可控解调电路包括第一二极管(D1)、等效电阻和第四电容(C4)，所述等效电阻和第四电容(C4)并联连接后与第一二极管(D1)的阴极相连接；所述的等效电阻包括串联连接的第一电阻(R1)和第五电阻(R5)，其中，第一电阻(R1)和第五电阻(R5)的公共端连接至控制系统中。

6.根据权利要求4所述的RFID多协议读写器的控制切换系统，其特征在于：所述的可控带通滤波器为一阶并联谐振带通滤波器，它包括并联连接的第六电容(C6)和第三电阻(R3)，所述第六电容(C6)和第三电阻(R3)的公共端连接至控制系统中。

7.根据权利要求4所述的RFID多协议读写器的控制切换系统，其特征在于：所述的RFID多协议读写器为ISO15693和14443A、B标准的双协议RFID读写器。