CN103218645B - 一种适合自组网的读写器及自组网方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适合自组网的读写器及自组网方法，该读写器包含天线、耦合设备、接收模组、发射模组、数字处理电路、锁相环模块以及电源、主控、通信模块，发射模组包括数模转换器、调制模块、第二可变增益放大器及功率放大器，该调制模块连接锁相环模块及该数模转换器，在第一调制选择信号的控制下选择是产生以中心频率为中心载频的ASK调制信号还是产生以中心频率为中心载频的恒幅调制信号输出；接收模组包括下变频器、滤波器、第一可变增益放大器、解调模块以及模数转换器，该解调模块输入端接该第一可变增益放大器，在第二调制选择信号的控制下输出恒幅解调输出或ASK直通信号至该模数转换器，通过本发明，实现了一种适合自组网的读写器。

Description

一种适合自组网的读写器及自组网方法

技术领域

本发明属于电子标签(RFID)领域，涉及一种读写器及其自组网方法，具体为一种适合自组网的读写器及其自组网方法。

背景技术

目前超高频电子标签(UHF RFID)迅猛发展，国内外设计制造超高频电子标签芯片的厂商很多，生产和制造超高频读写器的厂商更多，图1为现有技术中常见的超高频电子标签读写器的结构示意图。如图1所示，读写器包括天线101、环形器102、发射模块103、接收模块104、锁相环电路105、数字处理电路106以及包括电源、主控、通信等模块的其他电路107。

随着电子标签技术的发展，各种应用对超高频读写器和标签的要求越来越严格，在很多场合如需要使用读写器的控制节点很多的流水线及大型仓库，单读写器或多天线读写器不能满足需求，这时需要多个读写器来分别完成一定的工作，但这些读写器都是独立工作的，各自根据协议进行跳频，这难免会出现同频工作，一旦两个读写器工作同频就可能造成两个读写器都无法准确通信，这在流水线这样的实时操作场景是致命的。并且，即使读写器工作在不同频点F₁、F₂，其差频|F₁-F₂|极可能落在两个读写器的基带带通内，若两个读写器距离L较小，这个差频幅度相对于标签返回的功率是非常大的，从而也会导致两个读写器都无法工作。虽然，这个问题通过增加读写器间的距离L可以改善，但是这个距离L一般都大得无法接受，另外，也有试图通过减小功率改善读写器间相互干扰问题的，但这样做的结果会影响读写器的读写距离，不便于读写器的应用。

发明内容

为克服上述现有技术存在的问题，本发明之目的在于提供一种适合自组网的读写器及其自组网方法，不仅实现了一种适合自组网的读写器，同时实现了一种自组网方法以避免使用有线方式如网线等布线的困难及读写器间不能协同工作问题。

为达上述及其它目的，本发明实现了一种适合自组网的读写器，至少包含天线、耦合设备、接收模组、发射模组、数字处理电路、锁相环模块以及电源、主控、通信模块，其中该发射模组包括数模转换器、调制模块、第二可变增益放大器及功率放大器，该调制模块连接该锁相环模块，输入端接该数模转换器，该调制模块在该数字处理电路输出的第一调制选择信号的控制下选择是产生以中心频率为中心载频的ASK调制信号还是产生以中心频率为中心载频的恒幅调制信号输出；该接收模组包括下变频器、滤波器、第一可变增益放大器、解调模块以及模数转换器，该解调模块的输入端接该第一可变增益放大器，在该数字处理电路输出的第二调制选择信号的控制下输出恒幅解调输出或ASK直通信号至该模数转换器。

进一步地，该调制模块包括ASK调制器和恒幅调制器，该ASK调制器和该恒幅调制器均与该锁相环模块连接以获得该中心频率，该ASK调制器和该恒幅调制器输入端接该数模转换器获得调制信号，同时，该ASK调制器和该恒幅调制器还与该数字处理电路相连，以在该数字处理电路输出的第一调制选择信号的控制下选择产生以该中心频率为中心载频的ASK调制信号还是产生以该中心频率为中心载频的恒幅调制信号。

进一步地，该解调模块包括恒幅解调器和缓冲放大电路，该恒幅解调器和该缓冲放大电路的输入端均接该第一可变增益放大器，同时该恒幅解调器和该缓冲放大电路还与该数字处理电路相连，以在该数字处理电路输出的第二调制选择信号的控制下选择是输出恒幅解调输出还是ASK直通信号至该模数转换 器。

进一步地，该接收模组还包括前端电路，该前端电路设置于该耦合设备与下变频器之间，以在该第二调制选择信号控制下，于该读写器用于组网时，将接收到的接收信号放大后再送入该下变频器。

进一步地，该前端电路包括第一单刀双掷开关、第二单刀双掷开关、衰减器以及低噪声放大器，该第一单刀双掷开关之公共端接射频接收信号，其他两路端口分别接该衰减器及该低噪声放大器，该衰减器及该低噪声放大器另一端接该第二单刀双掷开关的两路端口，该第二单刀双掷开关的公共端口输出射频信号至该下变频器，该第一单刀双掷开关及第二单刀双掷开关在该第二调制选择信号的控制下，选择是将该接收信号经衰减器后送入下变频器还是将该接收信号通过该低噪声放大器进行放大后再送入该下变频器。

为达到上述及其他目的，本发明还提供一种适合自组网的读写器的自组网方法，包括如下步骤：

步骤一，设置自组网读写器，选择第0台读写器作为基站来协调其余N台读写器的工作频率，第1～N台作为普通读写器和标签进行通信；

步骤二，划分自组网频率，选择一个频点作基站通信频率，其他频点作读写卡频率，基站通信频率和读写卡频率的差频不应落在恒幅解调器的带宽内；

步骤三，依据N台读写器的距离分布，将读写器按距离划分，在距离大于L_M时，允许读卡频率复用；

步骤四，依据N台读写器的距离分布，将读写器按距离划分，在距离小于L_M时，该基站读写器负责对所有普通读写器的工作频率进行分配；

步骤五，进行数据传输；

步骤六，当前读写器进行频率更新。

进一步地，步骤五还包括如下步骤：

控制当前读写器进入恒幅解调接收状态；

侦听信道是否闲，若没有收到其它读写器或基站读写器发射的信息，则认为 控制频道空闲，当前读写器立即发起通信向基站读写器传送数据；

基站读写器对接收的数据进行验证并反馈。

进一步地，该基站读写器对接收的数据进行验证并反馈的步骤包括如下步骤：

基站读写器解调数据；

按预先约定的方法进行数据验证纠错；

数据正确则保留并启动发射电路发送广播信息通知收到某读写器的数据，否则可能请求重发或发送广播告知某读写器的数据错误，当前读写器根据广播相应处理。

进一步地，于步骤一中，该第1～N台读写器读写标签时，第一调制选择信号、第二调制选择信号配置读写器接ASK调制、基带直通为普通模式，该第0台读写器的第一调制选择信号及第二调制选择信号配置该读写器为基站模式，发射使用恒幅调制，接收使用恒幅解调器。

进一步地，于步骤四中，分配原则是当前读写器工作频率和临近读写器的工作频率的差频应落在当前读写器的ASK带宽之外。

进一步地，L_M选择依据是当前读写器所收到的临近读写器发射的信号功率P_int应比当前读写器的读写范围内卡返回的功率P_tog小P_ΔdB，P_Δ依赖数字电路解码灵敏度。

与现有技术相比，本发明一种适合自组网的读写器及其自组网方法通过于发射模组增加恒幅调制模块，于接收模组增加恒幅解调模块实现了一种适合自组网的读写器，同时本发明的自组网方法避免了使用有线方式如网线等布线的困难及读写器间不能协同工作问题，同时也避免使用WiFi等无线模块需要同时处理WiFi等无线组网和读写器组网引起的成本、布局冲突及协议更改等连串问题。

附图说明

图1为现有技术中超高频电子标签读写器的电路结构图；

图2为本发明一种适合自组网的读写器的系统架构图；

图3为本发明较佳实施例中ASK/FSK调制解调模块的结构示意图；

图4为本发明较佳实施例中前端电路的结构示意图；

图5为本发明一种适合自组网读写器的自组网方法的步骤流程图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。

图2为本发明一种适合自组网的读写器的系统架构图。如图2所示，本发明一种适合自组网的读写器，包括天线201、定向耦合设备202(以下以环形器说明)、发射模组203、接收模组204、锁相环模块205、数字处理电路206以及包括电源、主控、通信等模块的其他电路207。

天线201，从空间接收射频RF信号或向空间发射射频RF信号，通过射频电缆与环形器202相连；环形器202用于实现射频天线的收发复用，其分别与接收模组204及发射模组203连接，其也可以为其他定向耦合设备，此为现有技术，在此不予详述；发射模组203，包括DAC(数模转换器)、调制模块、可变增益放大器2及功率放大器，调制模块连接锁相环模块105，输入来自DAC，输出是以中心频率Fo为中心载频的调制信号，其作用是在数字处理电路206输出的调制选择信号ASKsel1的控制下选择是产生以Fo为中心载频的ASK调制还是产生以Fo为中心载频的恒幅调制信号，ASK调制用于与标签的正常通信，恒幅调制则用于与其它读写器的通信；接收模组204，包括下变频器、滤波器、可变增益放大器1、解调模块以及ADC模数转换器，解调模块的输入是经过可变增益放大器1放大的基带信号，其输出是恒幅解调输出或ASK直通信号，该输出被接至ADC模数转换器，解调模块的作用是在数字处理电路206输出的调制选择信号ASKsel2的控制下选择选择恒幅解调器还是选择直通电路(缓冲放大)，直通电路用于与标签的正常通信，恒幅解调器则用于与其它读写器的通信；锁相环模块205用于产生发射接收时的连续载波(发射时提供载波，接收时提供本振和发射载波)，其包括锁相环及缓冲器，锁相环由MCU控制频率，缓冲器输出连接接收模块的下变频器及发射模块的调制器；数字处理电路206，接收ADC模数转换器输出的数字信号，进行处理，将处理结果上传给系统，发射时将基带数据的数字信号输出给DAC数模转换器；以及其他电路207，包含系统控制、稳压电路以及通信接口等模块，这些均是现有读写器的常用模块，在此则不予详述。

图3为本发明较佳实施例中调制模块和解调模块的结构示意图。在本发明较佳实施例中，调制模块包括ASK调制器和恒幅调制器，在本发明较佳实施例中，恒幅调制器为FSK调制器，但也可为其他如CDMA调制器或GMSK调制器，本发明不以此为限，以下则以FSK调制器为例说明。ASK调制器和FSK调制器均与锁相环模块205连接以获得中心频率Fo，ASK调制器和FSK调制器输入端接DAC以获得调制信号TXdata，同时ASK调制器和FSK调制器还与数字处理电路206相连，以在数字处理电路206输出的调制选择信号ASKsel1的控制下选择产生以Fo为中心载频的ASK调制信号还是产生以Fo为中心载频的FSK调制信号。解调模块包括恒幅解调器和缓冲放大电路(直通)，相应地，在本发明较佳实施例中，恒幅解调器为FSK鉴频器，但也可为CDMA解调器或GMSK解调器，以下则以FSK鉴频器为例。FSK鉴频器和缓冲放大电路的输入端均接可变增益放大器1，即接收经过放大的基带信号，同时FSK鉴频器和缓冲放大电路还与数字处理电路206相连，以在数字处理电路206输出的调制选择信号ASKsel2的控制下选择是输出FSK解调输出还是ASK直通信号至ADC模数转换器。

较佳的，接收模组204还包括一前端电路，该前端电路设置于环形器202与下变频器之间，以在调制选择信号ASKsel2控制下，于该读写器用于组网时，将射频接收信号放大后再送入下变频器。图4为本发明较佳实施例中前端电路 的结构示意图。如图4所示，前端电路包括两个单刀双掷开关S1/S2、衰减器以及LNA(低噪声放大器)，单刀双掷开关S1公共端接射频接收信号RFin，其他两路端口分别接衰减器及LNA，衰减器及LNA另一端接单刀双掷开关S2的两路端口，单刀双掷开关S2的公共端口输出射频信号RFout至下变频器，单刀双掷开关S1/S2在调制选择信号ASKsel2的控制下，选择是将接收信号RFin经衰减器后送入下变频器还是将接收信号RFin进行放大后再送入下变频器，即该读写器用于组网时，调制选择信号ASKsel2控制单刀双掷开关S1/S2接LNA，以将射频接收信号RFin进行低噪声放大后再送入下变频器，以提高读写器的灵敏度，而该读写器作为普通读写器时，单刀双掷开关S1/S2接衰减器。

图5为本发明一种适合自组网读写器的自组网方法的步骤流程图。如图5所示，本发明一种适合自组网读写器的自组网方法，包括如下步骤：

步骤501，自组网读写器设置。假设N+1台读写器一起组网工作，选择第0台读写器作为基站来协调其余N台读写器的工作频点及数据交换，第1～N台作为普通读写器和标签进行通信。N+1台读写器身份标记(ID)编号0～N。第1～N台读写器读写标签时，调制选择信号ASKsel1、ASKsel2配置读写器接ASK调制、基带直通(ASK放大缓冲)，为普通模式；第0台读写器主要用于读写器间通信，调制选择信号ASKsel1、ASKsel2配置该读写器为基站模式，发射使用FSK调制，接收使用FSK鉴频器，当然软件协调为基站模式，主要控制各读写器协调工作。

步骤502，自组网频率划分，选择一个频点F_B作基站通信频率，其他频点作读写卡频率，基站通信频率F_B和读写卡频率的差频不应落在FSK鉴相器的带宽内；

步骤503，读卡频率复用。依据N台读写器的距离分布，将读写器按距离划分，在距离大于L_M时，允许读卡频率复用，L_M选择依据是当前读写器所收到的临近读写器发射的信号功率P_int应比当前读写器的读写范围内卡返回的功率P_tag小P_ΔdB，P_Δ依赖数字电路解码灵敏度。

步骤504，读卡频率分配。依据N台读写器的距离分布，将读写器按距离划分，在距离小于L_M时，基站读写器(第0台读写器)负责对所有普通读写器(第1～N台读写器)的工作频率进行分配，分配原则是当前读写器工作频率和临近读写器的工作频率的差频应落在当前读写器的ASK带宽之外，这样避免读写器间的相互干扰。

步骤505，数据传输，普通读写器做完读卡后，若需要向基站读写器传输数据，首先控制当前读写器进入FSK接收状态，具体为读写器发射电路关闭无功率输出，ASKsel2控制前端电路接通低噪声放大器LNA并断开衰减器，ASKsel2同时控制解调模块关闭ASK直通路径打开FSK鉴频器对FSK信号进行解调，设置工作频率为基站工作频率F_B，然后准备发起数据传输，在没有在收到其它读写器或基站读写器在发射时，当前读写器认为控制频道空闲，当前读写器立即发起通信向基站读写器传送数据，数据包含帧头、当前读写器ID、需要传输的数据、帧尾。第三步，基站读写器验证，基站读写器解调数据，进行按预先约定的方法进行数据验证纠错，数据正确则保留并启动发射电路发送广播信息通知收到某读写器ID的数据，否则可能请求重发或发送广播告知读写器ID的数据错误，当前读写器根据广播相应处理，其它读写器可能收到也可能没收到，但不影响将来通信。

步骤506，频率更新，按照协议，普通读写器需要一段时间后更改工作频率，其目的主要是防止在某频率不能读到所有卡，同时也是一种简单防干扰方式，多读写器场合，在需要更新频率时，可以按数据传输方式向基站读写器请求更新，基站读写器根据上述原则及本基站数据历史给予更新。

较佳的，在步骤506之后，还可以包括数据联网的步骤。本发明中的N+1台读写器构成一相对封闭的系统，若需要将数据存储或向上层传输，可以增加PC与基站读写器连接，数据定时上传PC，然后再利用PC向各种网络传输数据。

显而易见，本发明避免了使用有线方式如网线等布线的困难及读写器间不能协同工作问题，同时也避免使用WiFi等无线模块需要同时处理WiFi等无线 组网和读写器组网引起的成本、布局冲突及协议更改等连串问题。

可见，本发明一种适合自组网的读写器及其自组网方法通过于发射模组增加恒幅调制模块，于接收模组增加恒幅解调模块实现了一种适合自组网的读写器，同时本发明的自组网方法避免了使用有线方式如网线等布线的困难及读写器间不能协同工作问题，同时也避免使用WiFi等无线模块需要同时处理WiFi等无线组网和读写器组网引起的成本、布局冲突及协议更改等连串问题。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (10)

1.一种适合自组网的读写器，至少包含天线、耦合设备、接收模组、发射模组、数字处理电路、锁相环模块以及电源、主控、通信模块，其特征在于：该发射模组包括数模转换器、调制模块、第二可变增益放大器及功率放大器，该调制模块连接该锁相环模块，该调制模块的输入端接该数模转换器，该调制模块在该数字处理电路输出的第一调制选择信号的控制下选择是产生以中心频率为中心载频的ASK调制信号还是产生以中心频率为中心载频的恒幅调制信号输出；该接收模组包括下变频器、滤波器、第一可变增益放大器、解调模块以及模数转换器，该解调模块的输入端接该第一可变增益放大器，该解调模块在该数字处理电路输出的第二调制选择信号的控制下输出恒幅解调输出或ASK直通信号至该模数转换器。

2.如权利要求1所述的一种适合自组网的读写器，其特征在于：该调制模块包括ASK调制器和恒幅调制器，该ASK调制器和该恒幅调制器均与该锁相环模块连接以获得该中心频率，该ASK调制器和该恒幅调制器输入端接该数模转换器获得调制信号，同时，该ASK调制器和该恒幅调制器还与该数字处理电路相连，以在该数字处理电路输出的第一调制选择信号的控制下选择产生以该中心频率为中心载频的ASK调制信号还是产生以该中心频率为中心载频的恒幅调制信号。

3.如权利要求1所述的一种适合自组网的读写器，其特征在于：该解调模块包括恒幅解调器和缓冲放大电路,该恒幅解调器和该缓冲放大电路的输入端均接该第一可变增益放大器，同时该恒幅解调器和该缓冲放大电路还与该数字处理电路相连，以在该数字处理电路输出的第二调制选择信号的控制下选择是输出恒幅解调输出还是ASK直通信号至该模数转换器。

4.如权利要求1所述的一种适合自组网的读写器，其特征在于：该接收模组还包括前端电路，该前端电路设置于该耦合设备与下变频器之间，以在该第二调制选择信号控制下，于该读写器用于组网时，将接收到的接收信号放大后再送入该下变频器。

5.如权利要求4所述的一种适合自组网的读写器，其特征在于：该前端电路包括第一单刀双掷开关、第二单刀双掷开关、衰减器以及低噪声放大器，该第一单刀双掷开关之公共端接射频接收信号，其他两路端口分别接该衰减器及该低噪声放大器，该衰减器及该低噪声放大器另一端接该第二单刀双掷开关的两路端口，该第二单刀双掷开关的公共端口输出射频信号至该下变频器，该第一单刀双掷开关及第二单刀双掷开关在该第二调制选择信号的控制下，选择是将该射频接收信号经衰减器后送入下变频器还是将该射频接收信号通过该低噪声放大器进行放大后再送入该下变频器。

6.一种适合自组网的读写器的自组网方法，该适合自组网的读写器至少包含天线、耦合设备、接收模组、发射模组、数字处理电路、锁相环模块以及电源、主控、通信模块，该发射模组包括数模转换器、调制模块、第二可变增益放大器及功率放大器，该调制模块连接该锁相环模块，该调制模块的输入端接该数模转换器，该调制模块在该数字处理电路输出的第一调制选择信号的控制下选择是产生以中心频率为中心载频的ASK调制信号还是产生以中心频率为中心载频的恒幅调制信号输出；该接收模组包括下变频器、滤波器、第一可变增益放大器、解调模块以及模数转换器，该解调模块的输入端接该第一可变增益放大器，该解调模块包括恒幅解调器和缓冲放大电路，该解调模块在该数字处理电路输出的第二调制选择信号的控制下输出恒幅解调输出或ASK直通信号至该模数转换器，该自组网方法包括如下步骤：

步骤一，设置自组网读写器，选择第0台读写器作为基站读写器来协调其余N台读写器的工作频点，第1～N台作为普通读写器和标签进行通信；

步骤二，划分自组网频率，选择一个频点作基站通信频率，其他频点作读写卡频率，基站通信频率和读写卡频率的差频不应落在该恒幅解调器的带宽内；

步骤三，依据N台普通读写器的距离分布，将普通读写器按距离划分，在距离大于L_M时，允许读写卡频率复用；

步骤四，依据N台普通读写器的距离分布，将普通读写器按距离划分，在距离小于L_M时，该基站读写器负责对所有普通读写器的工作频率进行分配；

步骤五，进行数据传输；

步骤六，当前要进行数据传输的普通读写器进行频率更新。

7.如权利要求6所述的一种适合自组网的读写器的自组网方法，其特征在于，步骤五还包括如下步骤：

控制当前要进行数据传输的普通读写器进入恒幅解调接收状态；

侦听信道是否闲，若没有收到除当前要进行数据传输的普通读写器外的其它普通读写器或该基站读写器发射的信息，则认为控制频道空闲，当前要进行数据传输的普通读写器立即发起通信向该基站读写器传送数据；

该基站读写器对接收的数据进行验证并反馈。

8.如权利要求7所述的一种适合自组网的读写器的自组网方法，其特征在于，该基站读写器对接收的数据进行验证并反馈的步骤包括如下步骤：

该基站读写器解调数据；

按预先约定的方法进行数据验证纠错；

数据正确则保留并启动发射模组发送广播信息通知收到某普通读写器的数据，否则可能请求重发或发送广播告知某普通读写器的数据错误，数据错误的普通读写器根据广播相应处理。

9.如权利要求6所述的一种适合自组网的读写器的自组网方法，其特征在于：于步骤一中，该第1～N台读写器读写标签时，第一调制选择信号、第二调制选择信号配置该第1～N台读写器接ASK调制、基带直通为普通模式，该第0台读写器的第一调制选择信号及第二调制选择信号配置该第0台读写器为基站模式，发射使用恒幅调制，接收使用恒幅解调器。

10.如权利要求6所述的一种适合自组网的读写器的自组网方法，其特征在于：L_M选择依据是当前要进行数据传输的普通读写器所收到的临近读写器发射的信号功率P_int应比当前要进行数据传输的普通读写器的读写范围内卡返回的功率P_tag小P_ΔdB，P_Δ依赖数字电路解码灵敏度。