CN102354370B - 一种含多通道天线扩展电路的rfid超高频读写器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含多通道天线扩展电路的RFID超高频读写器，其包括MCU处理器、射频电路单元、多通道天线扩展电路以及多个天线端口，该MCU处理器、射频电路单元、多通道天线扩展电路以及多个天线端口依次相连，该MCU处理器还与多通道天线扩展电路相连而选择其中的一个通道作为当前工作通道。本发明与现有技术相比，其能实现多个天线端口的工作，从而实现全面积覆盖；同时本发明由于仅增加了多通道天线扩展电路，从而还具有电路简单、成本低廉以及性能指标高等功效。
Description
技术领域
本发明涉及RFID超高频读写器领域，更具体的说涉及一种含多通道天线扩展电路的UHF864-928M范围内超高频读写器。
背景技术
在传统的射频识别系统中，其普遍采用的为单通道覆盖方式，即仅对应于一个天线端口，但是由于受到外接天线的增益及射频信号波束的方向性约束，使得现有的射频识别系统无法实现全面积或一定范围的有效场强覆盖。
作为工业化应用的今天，一个有效的场强覆盖已经成为不可或缺的需求功能，现有技术中虽然存在一些多通道的解决方案，但是普遍存在电路复杂、成本昂贵、不可保证电路稳定性以及性能指标差（如不可避免存在信号衰减和功耗增加），这样给读写器的大面积大范围覆盖式的应用带来了很大的问题。
有鉴于此，本发明人针对现有射频识别系统的上述缺陷深入研究，遂有本案产生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种含多通道天线扩展电路的RFID超高频读写器，以解决现有技术在实现有效场强覆盖时存在的上述缺陷。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种含多通道天线扩展电路的RFID超高频读写器，其中，包括MCU处理器、射频电路单元、多通道天线扩展电路以及多个天线端口，该MCU处理器、射频电路单元、多通道天线扩展电路以及多个天线端口依次相连，该MCU处理器还与多通道天线扩展电路相连而选择其中的一个通道作为当前工作通道。
进一步，该RFID超高频读写器还包括上位机，该上位机与MCU处理器相连并与MCU处理器之间相互通信。
进一步，该多通道天线扩展电路为双通道天线扩展电路，该双通道天线扩展电路具有非门控制器、模切控制器和LCR匹配模块，该非门控制器中的正端子和反端子分别与模切控制器的第一使能脚和第二使能脚相连，该非门控制器的正端子还与MCU微处理器相连；该模切控制器具有第一输出端和第二输出端，该第一输出端和第二输出端分别与相应的LCR匹配模块相连，该LCR匹配模块端部还连接有连接器。
进一步，该非门控制器采用SN74LVC1G04DBVR，该模切控制器则采用RF1200，该连接器则采用MMCX连接器。
进一步，该非门控制器的正端子与模切控制器的第一使能端均还通过第一电容与大地相连。
进一步，该非门控制器的负端子与模切控制器的第二使能端均还通过第二电容与大地相连。
进一步，该多通道天线扩展电路为四通道天线扩展电路，该四通道天线扩展电路具有模切控制电路和LCR匹配模块，该模切控制电路具有分别与MCU处理器不同输出引脚相连的第一输入端和第二输入端，该模切控制电路还具有第一输出端、第二输出端、第三输出端和第四输出端，该第一输出端、第二输出端、第三输出端和第四输出端分别与相应的LCR匹配模块，该LCR匹配模块端部还连接有连接器。
进一步，该模切控制电路采用RF1450R。
进一步，射频电路单元采用R2000或R500。
进一步，该MCU处理器采用AT91SAM7S256-MU。
采用上述结构后，该MCU处理器的IO端口输出控制使能，并对多通道天线扩展电路进行天线选通及匹配操作，即确定当前工作通道，然后由MCU处理器发送相关数据信息指令经由射频电路单元通过多通道天线扩展电路向指定天线或特定天线端口，经天线辐射向外出去；而当发射信号激活外部电子标签后，电子标签将接收到的辐射信号转化为电能直接驱动天线端口接收到外部标签返回的信号，经多通道天线扩展电路进行选择后，再反馈给射频电路单元而由MCU处理器进行数据解码，从而形成一个完整的信息回路。
由上可知，本发明与现有技术相比，其能实现多个天线端口的工作，从而实现全面积覆盖；同时本发明由于仅增加了多通道天线扩展电路，从而还具有电路简单、成本低廉以及性能指标高等功效。
附图说明
图1为本发明涉及一种含多通道天线扩展电路的RFID超高频读写器的结构框图；
图2为图1中多通道天线扩展电路采用双通道扩展电路时的具体电路图；
图3为图1中多通道天线扩展电路采用四通道扩展电路时的具体电路图；
图4为图1中MCU处理器的具体电路图；
图5为图1中射频电路单元的具体电路图。
图中：
RFID超高频读写器 100
MCU处理器 1 射频电路单元 2
多通道天线扩展电路 3 天线端口 4
上位机 5。
具体实施方式
为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。
如图1至图5所示，其为本发明涉及的一种含多通道天线扩展电路3的RFID超高频读写器100，该RFID超高频读写器100包括MCU处理器1、射频电路单元2、多通道天线扩展电路3以及多个天线端口4，该MCU处理器1、射频电路单元2、多通道天线扩展电路3以及多个天线端口4依次相连，该MCU处理器1还与多通道天线扩展电路3相连而选择其中的一个通道作为当前工作通道。具体的，在本实施例中，射频电路单元2采用R2000或R500；而该MCU处理器1则采用AT91SAM7S256-MU，当然该RFID超高频读写器100还可以包括上位机5，该上位机5与MCU处理器1相连并与MCU处理器1之间相互通信。
本发明较佳实施例的发送过程为：上位机5电脑层通过发送RFID电子标签读写指令、由MCU处理器1进行解析处理后通过PA控制IO端口输出控制使能，并对多通道天线扩展电路3进行天线选通及匹配操作，即确定当前工作通道，然后由MCU处理器1发送相关数据信息指令经由射频电路单元2通过多通道天线扩展电路3向指定天线或特定天线端口4，经天线辐射向外出去。
本发明较佳实施例的接收过程为：当发射信号激活外部电子标签后，电子标签将接收到的辐射信号转化为电能直接驱动天线端口4接收到外部标签返回的信号，经多通道天线扩展电路3进行选择后，再反馈给射频电路单元2而由MCU处理器1进行数据解码，在返回给上位机5而形成一个完整的信息回路。
如图2所示，其示出的为该多通道天线扩展电路3的一种具体实施例，在本实施例中，该多通道天线扩展电路3为双通道天线扩展电路，其具有非门控制器U371、模切控制器U905和LCR匹配模块，该非门控制器U371中的正端子和反端子分别与模切控制器的第一使能脚和第二使能脚相连，即非门控制器U371的第2脚和第4脚分别连接至模切控制器U905的第6脚VRF1、第4脚VRF2，通过非门控制器U371第2脚和第4脚之间的非门关系，保证了模切开关的第一使能脚6脚和第二使能脚4脚也形成0.1或1.0的非门关系。为了完成多天线的扩展电路默认选通通道，该非门控制器的正端子还与MCU微处理器相连，从而通过MCU处理器1端引来ANT0主动使能来实现多通道扩展电路的默认即初始选通通道，连接于模切控制器U905的第6脚，一旦MCU处理器1传来高电平使能，即ANT0为1,那么模切控制器U905的第6脚则立刻切换为高电平，同时由于非门控制器U371的非门关系，直接导致了非门控制器U371第4脚输出低电平，VRF1脚高电平使能选通RF-IN信号经模切控制器U905导通至第一输出端RF1。当MCU处理器1使能由高电平向低电平转换时ANT0为0，同样地，模切控制器U905的6脚转为低电平，而4脚VRF2则为高电平，驱动模切控制器U905致使RF-IN向第二输出端RF2导通，同时关闭向第一输出端RF1的端口输出。因为非门关系形成RFC2使能端始终无法与RFC1使能端站在相同的高电平或低电平的控制位上面，以此保证了模切控制器U905选通电路的零并发信号流的问题，即RFC同时输出于第一输出端RF1和第二输出端RF2。另外，由于受到诸多不确定因素的影响如气候、温度、湿度等都会导致RF高频信号在进行多层传导、切换过程中的信号衰减、EMC串扰等问题，该第一输出端RF1和第二输出端RF2分别与相应的LCR匹配模块相连，其中对应于第一输出端RF1的LCR匹配模块，该LCR匹配模块为L200以及C926的LC滤波谐振电路，对应于第二输出端RF2的LCR匹配模块，该LCR匹配模块为L302与C925的LC滤波谐振电路，从而用于保证信号的可靠无损传输；根据串扰系数的高低以及超高频率的抑频特性，可以通过调整C925和C926的容量大小来实现，频率越高，容易越小；另外根据和电路阻抗设计的高低，同时调整L302、L200的感值可取得更完美的纯净信号输出以及功率增益。
该LCR匹配模块端部还连接有连接器，该连接器与天线相连。具体的，在本实施例中，该非门控制器U371采用SN74LVC1G04DBVR，该模切控制器U905则采用RF1200，该连接器则采用MMCX连接器。
为了保证MCU处理器1的ANT0控制能使信号稳定，该非门控制器U371的正端子与模切控制器U905的第一使能端均还通过第一电容C595与大地相连。而该非门控制器U371的负端子与模切控制器U905的第二使能端均还通过第二电容C596与大地相连；从而起到消除使能切换过程中所产生的EMC干扰。
如图3所示，其示出的为该多通道天线扩展电路3的一种具体实施例，在本实施例中，该多通道天线扩展电路3为四通道天线扩展电路，其具有模切控制电路U906和LCR匹配模块，该模切控制电路具有分别与MCU处理器1不同输出引脚相连的第一输入端VRF1和第二输入端VRF2，该模切控制电路还具有第一输出端RF1、第二输出端RF2、第三输出端RF3和第四输出端RF4，该第一输出端RF1、第二输出端RF2、第三输出端RF3和第四输出端RF4分别与相应的LCR匹配模块，该LCR匹配模块端部还连接有连接器。在本实施例中，该模切控制电路采用RF1450R。
该MCU处理器1的ANT0, ANT1输出使能并按以下组合实现信号流的选通控制，从而将RF-IN超高频信号通过RF1450的矩阵切换功能轻易实现单一时间的唯一选通通道，同样，根据信号及阻抗的设计规划，该模切控制电路的6,8,13,15几个输出脚上分别设置了3.3NH的电感，即LCR匹配模块的具体实现方式。具体对应关系如下表：
| ANT0（VRF1） | ANT1（VRF2） | RF1 | RF2 | RF3 | RF4 |
| 0 | 0 | 选通 | 截止 | 截止 | 截止 |
| 0 | 1 | 截止 | 选通 | 截止 | 截止 |
| 1 | 0 | 截止 | 截止 | 选通 | 截止 |
| 1 | 1 | 截止 | 截止 | 截止 | 选通 |
需要说明的是，本发明并不限于二通道和四通道，其还可以采用其他数量的通道，其属于本领域人员类推可以获得地，故不对每种的实施例进行分别举例，比如可以实现1x2, 2x2, 1x4, 4x4等多级级联的矩阵型的拓展天线无线网络。。
由上可知，本发明与现有技术相比，其能实现多个天线端口4的工作，从而实现全面积覆盖；同时本发明由于仅增加了多通道天线扩展电路3，从而还具有电路简单、成本低廉以及性能指标高等功效。
上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。
Claims (11)
1.一种含多通道天线扩展电路的RFID超高频读写器，包括MCU处理器、射频电路单元、多通道天线扩展电路以及多个天线端口，该MCU处理器、射频电路单元、多通道天线扩展电路以及多个天线端口依次相连，该MCU处理器还与多通道天线扩展电路相连而选择其中的一个通道作为当前工作通道，其特征在于，该多通道天线扩展电路为双通道天线扩展电路，该双通道天线扩展电路具有非门控制器、模切控制器和LCR匹配模块，该非门控制器中的正端子和反端子分别与模切控制器的第一使能脚和第二使能脚相连，该非门控制器的正端子还与MCU微处理器相连；该模切控制器具有第一输出端和第二输出端，该第一输出端和第二输出端分别与相应的LCR匹配模块相连，该LCR匹配模块端部还连接有连接器。
2.如权利要求1所述的一种含多通道天线扩展电路的RFID超高频读写器，其特征在于，该RFID超高频读写器还包括上位机，该上位机与MCU处理器相连并与MCU处理器之间相互通信。
3.如权利要求1所述的一种含多通道天线扩展电路的RFID超高频读写器，其特征在于，该非门控制器采用SN74LVC1G04DBVR，该模切控制器则采用RF1200，该连接器则采用MMCX连接器。
4.如权利要求1所述的一种含多通道天线扩展电路的RFID超高频读写器，其特征在于，该非门控制器的正端子与模切控制器的第一使能端均还通过第一电容与大地相连。
5.如权利要求1所述的一种含多通道天线扩展电路的RFID超高频读写器，其特征在于，该非门控制器的负端子与模切控制器的第二使能端均还通过第二电容与大地相连。
6.如权利要求1所述的一种含多通道天线扩展电路的RFID超高频读写器，其特征在于，射频电路单元采用R2000或R500。
7.如权利要求1所述的一种含多通道天线扩展电路的RFID超高频读写器，其特征在于，该MCU处理器采用AT91SAM7S256-MU。
8.一种含多通道天线扩展电路的RFID超高频读写器，包括MCU处理器、射频电路单元、多通道天线扩展电路以及多个天线端口，该MCU处理器、射频电路单元、多通道天线扩展电路以及多个天线端口依次相连，该MCU处理器还与多通道天线扩展电路相连而选择其中的一个通道作为当前工作通道，其特征在于，该多通道天线扩展电路为四通道天线扩展电路，该四通道天线扩展电路具有模切控制电路和LCR匹配模块，该模切控制电路具有分别与MCU处理器不同输出引脚相连的第一输入端和第二输入端，该模切控制电路还具有第一输出端、第二输出端、第三输出端和第四输出端，该第一输出端、第二输出端、第三输出端和第四输出端分别与相应的LCR匹配模块，该LCR匹配模块端部还连接有连接器。
9.如权利要求8所述的一种含多通道天线扩展电路的RFID超高频读写器，其特征在于，该模切控制电路采用RF1450R。
10.如权利要求8所述的一种含多通道天线扩展电路的RFID超高频读写器，其特征在于，射频电路单元采用R2000或R500。
11.如权利要求8所述的一种含多通道天线扩展电路的RFID超高频读写器，其特征在于，该MCU处理器采用AT91SAM7S256-MU。
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