CN101916355B

CN101916355B - 一种基于无线传感器网络技术的多标准rfid识别设备

Info

Publication number: CN101916355B
Application number: CN2010102666841A
Authority: CN
Inventors: 王典洪; 陈分雄; 刘俊; 沈耀东; 陈春晖; 肖万源
Original assignee: China University of Geosciences
Current assignee: China University of Geosciences
Priority date: 2010-08-31
Filing date: 2010-08-31
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2030-08-31
Also published as: CN101916355A

Abstract

本发明涉及一种基于无线传感器网络技术的多标准RFID识别设备，包括USB转串口单元、RFID射频识别控制单元、RFID读头前端单元和无线射频收发单元，所述USB转串口单元和RFID射频识别控制单元组成双向电连接，RFID射频识别控制单元和RFID读头前端单元组成双向电连接，RFID射频识别控制单元与无线射频收发单元组成双向电连接。本发明充分利用了RFID射频识别控制单元中MSP430F2370芯片内部资源，使系统硬、软件设计达到了最小化，具有识别可靠性高、抗干扰能力强、成本低廉和体积小巧的特点，可识别ISO15693,14443A,14443B多种协议标准的电子标签。

Description

一种基于无线传感器网络技术的多标准RFID识别设备

所属技术领域

本发明涉及一种基于无线传感器网络技术的多标准RFID识别设备。

背景技术

无线传感器网络是当前在国际上备受关注的、涉及多学科高度交叉、知识高度集成的前沿热点研究领域。传感器技术、微机电系统、现代网络和无线通信等技术的进步，推动了现代无线传感器网络的产生和发展，无线传感器网络扩展了人们信息获取能力，将客观世界的物理信息同传输网络连接在一起，在下一代网络中将为人们提供最直接、最有效、最真实的信息，具有十分广阔的应用前景，能应用于军事国防、工农业控制、城市管理、生物医疗、环境检测、抢险救灾、危险区域远程控制等领域，已经引起了许多国家学术界和工业界的高度重视，被认为是对21世纪产生巨大影响力的技术之一。

无线传感器网络感知层主要采用RFID技术，嵌入了RFID芯片的物品不仅能方便地被物品主人所感知、定位、追踪，同时其他人也能进行感知、定位、追踪，并且被感知的信息通过无线网络平台进行传输，因此，本发明提出了一种基于无线传感器网络技术的多标准RFID识别设备，可以实时自动识别物品的RFID电子标签内信息，结合无线传感器网络技术的信息传输，可实现无线网络环境下的信息应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于无线传感器网络技术的多标准RFID识别设备，此设备可以实时自动识别物品的RFID电子标签内信息，具有识别可靠性高、抗干扰能力强、成本低廉和体积小巧的特点，可识别ISO15693，14443A，14443B多种协议标准的电子标签。

本发明为了达到上述目的，采用如下的技术方案：提供一种基于无线传感器网络技术的多标准RFID识别设备，包括USB转串口单元、RFID射频识别控制单元、RFID读头前端单元和无线射频收发单元，所述USB转串口单元和RFID射频识别控制单元组成双向电连接，RFID射频识别控制单元和RFID读头前端单元组成双向电连接，RFID射频识别控制单元与无线射频收发单元组成双向电连接；

所述的USB转串口单元包含USB接口和FT232RL芯片，RFID射频识别控制单元采用MSP430F2370芯片，RFID读头前端单元采用TRF7960芯片，无线射频收发单元包含有高精度的晶体振荡器、外接天线、不平衡变压器和无线收发芯片AT86RF230。

本发明所述USB转串口单元和RFID射频识别控制单元组成双向电连接，USB转串口单元的USB接口的第1引脚VUSB通过电感L3同时与FT232RL的第4引脚VCIO，第20引脚VCC，第19引脚RESET#连接；USB接口的第2引脚D-与FT232RL的第16引脚USBDM连接；USB接口的第3引脚D+与FT232RL的第15引脚USBDP连接；USB接口的第4引脚GND接地；USB接口的第1、2和3引脚分别通过电容C27，C26，C25接地；FT232RL的第17引脚3VOUT通过电容C28接地，第7、18、21的引脚GND，第25引脚AGND，第26引脚TEST均接地；

USB转串口单元的FT232RL的第1引脚TXD与RFID射频识别控制单元MSP430F2370的第23引脚UCAORXD连接，第5引脚RXD与MSP430F2370的第22引脚UCA0TXD连接。

本发明所述RFID射频识别控制单元和RFID读头前端单元组成双向电连接；RFID射频识别控制单元MSP430F2370的第1引脚DVCC，第40引脚AVCC同时接+3V的电源；LED0，LED1，LED2，LED3的正极均接+3V的电源，MSP430F2370的第11引脚P1.7，第10引脚P1.6，第9引脚P1.5，第8引脚1.4分别通过电阻R9，R10，R11，R12与LED0，LED1，LED2，LED3的负极连接；

RFID射频识别控制单元MSP430F2370的第4引脚P1.0/TACLK，第2引脚XIN/P2.6，第21引脚P3.3，第19引脚P3.1，第20引脚P3.2，第18引脚P3.0分别与RFID读头前端单元的TRF7960的第28引脚EN，第27引脚SYS_CLK，第26引脚DATA_CLK，第24引脚I/O_7，第23引脚I/O_6，第21引脚I/O_4连接；MSP430F2370的第14引脚P2.2，第13引脚P2.1，第12引脚P2.0分别通过电阻R6，R7，R8与TRF7960的第12引脚AAK/OOK，第13引脚TRQ，第14引脚MOD连接；

RFID读头前端单元TRF7960芯片第19引脚I/O_2通过电阻R3与第16引脚VDD_I/O连接，第18引脚I/O_1通过电阻R4与第16引脚连接，第18引脚I/O_1还通过电阻R5接地，第17引脚I/O_0接地；

RFID读头前端单元的TRF7960的第1引脚VDD_A分别通过电容C1，C2接地，第2引脚VIN接+5V的电源，第2引脚VIN分别通过电容C3，C4接地，第3引脚VDD_RF和第4引脚VDD_PA连接同时分别通过电容C5，C6接地；第5引脚TX_OUT分别通过电容C7，C8与电感L1的第1引脚连接，第8引脚RX_IN1通过电容C9与电感L1的第2引脚连接，电感L1的第2引脚分别通过电容C11，C12接地，电感L1的第2引脚与电感L2的第2引脚连接，第8引脚RX_IN1还通过C10接地；TRF7960的第9引脚RX_IN2通过电容C24接地，TRF7960的第9引脚RX_IN2还通过电容C23与电感L2的第1引脚连接，电感L2与电容C13并联，电感L2的第1引脚通过并联的电容C14，C15接地，电感L2的第1引脚通过电阻R1与并联的电容C16，C17的第2引脚连接，电容C16，C17的第1引脚与电阻R2连接，电阻R2与电容C18并联，电容C18两端连接循环天线的两端；TRF7960的第25引脚接+5V电源，第31引脚OSC_IN接晶振Y1的第1引脚，第31引脚OSC_IN通过电容C22接地，第30引脚OSC_OUT接晶振Y1的第2引脚，第30引脚OSC_OUT通过电容C21接地；TRF7960的第10引脚VSS接地，第11引脚BAND_GAP分别通过电容C20，C19接地，第29引脚VSS_D接地。

本发明所述RFID射频识别控制单元与无线射频收发单元组成双向电连接，RFID射频识别控制单元中MSP430F2370第26引脚P4.0、第27引脚P4.1、第22引脚MOSI、第23引脚MISO、第33引脚P4.7/TBCLK、第31引脚P4.5、第30引脚P4.4、第29引脚P4.3分别与无线射频收发单元的AT86RF230的第24引脚IRQ、第23引脚/SEL、第22引脚MOSI、第20引脚MISO、第19引脚SCLK、第17引脚CLKM、第8引脚/RST、第11引脚SLP_TR连接；无线射频收发单元的外接天线经可调电感L1与不平衡变压器第1引脚相接，不平衡变压器第4引脚经电容C1与AT86RF230的第4引脚RFP连接，不平衡变压器第3引脚经电容C2与AT86RF230的第5引脚RFN连接，AT86RF230的第25引脚XTAL1与晶体振荡器第1引脚连接，AT86RF230的第25引脚XTAL1还通过电容C5接模拟地，AT86RF230的第26引脚XTAL2与晶体振荡器第2引脚连接，AT86RF230的第26引脚XTAL2还通过电容C4接模拟地，AT86RF230的第15引脚VDD、第28引脚VDD均接3.6V电源，AT86RF230的第15引脚VDD、第28引脚VDD还通过并联的电容C7、C8接数字地，AT86RF230的第13引脚与第14引脚相连后，通过电容C6接数字地，AT86RF230的第29引脚通过电容C3接模拟地，AT86RF230的第1、2、27、32、31、30引脚均接模拟地，AT86RF230的第3、6、7、9、10、12、16、18、21引脚均接数字地。

本发明一种基于无线传感器网络技术的多标准RFID识别设备具有如下优点：

1.本发明的识别设备采用带有单片机的MSP430F2370芯片和少量外围电路即可构成完整的识别系统，充分利用了单片机内部资源，使系统硬、软件设计达到了最小化。

2.本发明的识别设备具有识别可靠性高、抗干扰能力强、成本低廉和体积小巧的特点，可识别IS015693，14443A，14443B多种协议标准的电子标签。

附图说明

图1是本发明一种基于无线传感器网络技术的多标准RFID识别设备构成框图。

图2是本发明的USB转串口单元和RFID射频识别控制单元连接电路图。

图3是本发明中RFID的射频识别控制单元和读头前端单元连接电路图。

图4是续图3中读头前端单元TRF7960芯片部分引脚连接电路图。

图5是本发明的RFID射频识别控制单元与无线射频收发单元连接电路图。

具体实施方式

下面以具体实施例结合附图对本发明作进一步说明：

实施例1：本发明一种基于无线传感器网络技术的多标准RFID识别设备系统构成如图1所示，包括USB转串口单元1、RFID射频识别控制单元2、RFID读头前端单元3和无线射频收发单元4，所述的USB转串口单元1和RFID射频识别控制单元2组成双向电连接，RFID射频识别控制单元2和RFID读头前端单元3组成双向电连接，RFID射频识别控制单元2与无线射频收发单元4组成双向电连接。

所述的USB转串口单元1采用了FT232RL芯片，RFID射频识别控制单元2采用单片机MSP430F2370芯片，RFID读头前端单元3采用了TRF7960芯片，无线射频收发单元4包含有高精度的晶体振荡器、外接天线、不平衡变压器和无线收发芯片AT86RF230。

参见图2，本发明的识别设备，USB转串口单元和RFID射频识别控制单元工作过程是：用户可以通过USB接口将本设备与PC机连接，通过USB转串口单元发送命令到射频识别控制单元，同时射频识别控制单元可以通过USB转串口单元把数据传输到PC机上进行数据处理。

参见图3、图4，为本发明的核心控制电路，其工作过程是：TRF7960通过SPI口与MSP430F2370通信，MSP430F2370的第13引脚P3.1与TRF7960的第13引脚IRQ连接，当读头前端检测到有效标签，IRQ就置高电平，射频识别控制单元检测到IRQ为高电平，就设置MSP430F2370的第18引脚为低电平，TRF7960与MSP430F2370的SPI通信有效，射频识别控制单元把数据存储在数据寄存器中以便向PC机发送；同时射频识别控制单元根据不同的数据帧结构执行相应的数据处理函数，判断出不同协议的标签，通过外接的LED灯指示出不同标准的标签。

RFID读头前端单元的核心是TRF7960芯片，TRF7960的第8引脚RX1_AM，第9引脚RX2_PM为信号输入的端，电阻R1，R2，C16，C17，C18，通过相互调节达到50欧姆的阻抗，以使接收的信号最佳，电阻R2，电容C18前端的PCB天线构成了磁场，TRF7960的第5引脚TX_OUT不断向磁场附近发送数据请求命令，当有标签靠近磁场的时候，标签通过电磁耦合接收到命令，同时向读头前端发送数据请求应答命令，标签此时处于准备状态，当读头接收到数据请求应答命令，开始读取标签的序列号，同时调用相关数据处理函数，如果数据校验正确就把标签信息发送到射频识别控制单元，否者重新读取信息。

在图5中，无线射频收发单元工作原理可简析为：当AT86RF230发送数据时，单片机MSP430F2370把需要传送的数据通过SPI接口传送到AT86RF230的寄存器中，数据经过基频处理、频率合成、功率放大，然后经过AT86RF230的第4引脚RFP通过天线发射；当AT86RF230接收数据时，数据通过天线经AT86RF230的第5脚RFN输入，然后经过低噪声放大、多相滤波器、复合带通滤波、模数转换，最后把接收到数据存储在AT86RF230的寄存器中，然后通过SPI接口与MSP430F2370进行通信，把数据存储到MSP430F2370的寄存器中；

SPI接口完成AT86RF230与MSP430F2370之间的数据交换过程为：将AT86RF230的第23引脚/SEL设置为低电平，MSP430F2370将启动一次通信过程，AT86RF230和MSP430F2370将需要发送的数据放入相应的移位寄存器中，MSP430F2370的第33引脚P4.7/TBCLK上产生发送或接收数据的同步时钟脉冲，MSP430F2370的数据从MSP430F2370第22引脚MOSI串行移出，从AT86RF230的第22引脚MOSI串行移入；AT86RF230的数据从AT86RF230的第20引脚MISO串行移出，从MSP430F2370第23引脚MISO串行移入。

本发明为了提高无线射频收发单元的性能，设计了AT86RF230第1、2、27、30、31、32引脚接模拟地，第3、6、7、9、10、12、16、18、21引脚接数字地，利用不平衡变压器将2路差分输出变成一路50欧姆输出，与AT86RF230天线进行阻抗匹配，AT86RF230天线端口为2路100欧姆的差分输出，接单端馈电天线，若实际测试阻抗达不到50欧姆，则可通过调节电感L1，及电容C1，C2来实现阻抗匹配。同时AT86RF230支持无线传感器网络ZigBee软件协议栈。

本发明的一种基于无线传感器网络技术的多标准RFID识别设备，可以实时自动识别物品的RFID电子标签内信息，具有识别可靠性高，信息处理能力强，功耗小，保密性强等优点，本设备结合无线传感器网络技术的信息传输，可实现无线网络环境下的信息应用，具有广阔的市场应用前景。

Claims

1.一种基于无线传感器网络技术的多标准RFID识别设备，其特征在于：包括USB转串口单元、RFID射频识别控制单元、RFID读头前端单元和无线射频收发单元，所述USB转串口单元和RFID射频识别控制单元组成双向电连接，RFID射频识别控制单元和RFID读头前端单元组成双向电连接，RFID射频识别控制单元与无线射频收发单元组成双向电连接；所述的USB转串口单元包含USB接口和FT232RL芯片，RFID射频识别控制单元采用MSP430F2370芯片，RFID读头前端单元采用TRF7960芯片，无线射频收发单元包含有高精度的晶体振荡器、外接天线、不平衡变压器和无线收发芯片AT86RF230。

2.根据权利要求1所述的一种基于无线传感器网络技术的多标准RFID识别设备，其特征在于：所述USB转串口单元和RFID射频识别控制单元组成双向电连接，USB转串口单元的USB接口的第1引脚VUSB通过电感L3同时与FT232RL的第4引脚VCIO，第20引脚VCC，第19引脚RESET#连接；USB接口的第2引脚D-与FT232RL的第16引脚USBDM连接；USB接口的第3引脚D+与FT232RL的第15引脚USBDP连接；USB接口的第4引脚GND接地；USB接口的第1、2和3引脚分别通过电容C27，C26，C25接地；FT232RL的第17引脚3VOUT通过电容C28接地，第7、18、21的引脚GND，第25引脚AGND，第26引脚TEST均接地；

3.根据权利要求1所述的一种基于无线传感器网络技术的多标准RFID识别设备，其特征在于：所述RFID射频识别控制单元和RFID读头前端单元组成双向电连接，RFID射频识别控制单元MSP430F2370的第1引脚DVCC，第40引脚AVCC同时接+3V的电源；LED0，LED1，LED2，LED3的正极均接+3V的电源，MSP430F2370的第11引脚P1.7，第10引脚P1.6，第9引脚P1.5，第8引脚1.4分别通过电阻R9，R10，R11，R12与LED0，LED1，LED2，LED3的负极连接；

4.根据权利要求1所述的一种基于无线传感器网络技术的多标准RFID识别设备，其特征在于：RFID射频识别控制单元与无线射频收发单元组成双向电连接，RFID射频识别控制单元中MSP430F2370第26引脚P4.0、第27引脚P4.1、第22引脚MOSI、第23引脚MISO、第33引脚P4.7/TBCLK、第31引脚P4.5、第30引脚P4.4、第29引脚P4.3分别与无线射频收发单元的AT86RF230的第24引脚IRQ、第23引脚/SEL、第22引脚MOSI、第20引脚MISO、第19引脚SCLK、第17引脚CLKM、第8引脚/RST、第11引脚SLP_TR连接；

无线射频收发单元的外接天线经可调电感L1与不平衡变压器第1引脚相接，不平衡变压器第4引脚经电容C1与AT86RF230的第4引脚RFP连接，不平衡变压器第3引脚经电容C2与AT86RF230的第5引脚RFN连接，AT86RF230的第25引脚XTAL1与晶体振荡器第1引脚连接，AT86RF230的第25引脚XTAL1还通过电容C5接模拟地，AT86RF230的第26引脚XTAL2与晶体振荡器第2引脚连接，AT86RF230的第26引脚XTAL2还通过电容C4接模拟地，AT86RF230的第15引脚VDD、第28引脚VDD均接3.6V电源，AT86RF230的第15引脚VDD、第28引脚VDD还通过并联的电容C7、C8接数字地，AT86RF230的第13引脚与第14引脚相连后，通过电容C6接数字地，AT86RF230的第29引脚通过电容C3接模拟地，AT86RF230的第1、2、27、32、31、30引脚均接模拟地，AT86RF230的第3、6、7、9、10、12、16、18、21引脚均接数字地。