CN103699918A - 一种rfid标签读写器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及RFID技术领域，具体地说是一种能够实现对密集的重叠的标签自适应检测的RFID标签读写器，其特征在于所述读写电路包括主控模块、载波调节及信号发生模块、调制电路、射频放大电路、滤波电路、阻抗匹配电路、解调接收电路、射频参数反馈检测电路以及通讯接口电路，其中通讯接口电路与主控模块相连接，调制电路、载波频率调节及信号发生电路的控制端与主控模块相连接，射频参数反馈检测电路以及解调接收电路的输出端分别与主控模块相连接，载波频率调节及信号发生电路的输出端与调制电路相连接，调制电路的输出端与射频放大电路相连接，本发明通过在对射频标签读写之前先进行自适应检测和调整，能够有效提高对密集放置的大量射频标签的读写效率、准确率。

Description

一种RFID标签读写器

技术领域

 本发明涉及RFID技术领域，具体地说是一种能够实现对密集的重叠的标签自适应检测的RFID标签读写器。

背景技术

众所周知，RFID系统主要包括上位机、读写器、射频信号传输线、射频信号发射接收天线及电子标签等部分，其中，读写器是整个RFID系统中最重要的部分。读写器基本的功能是提供与标签进行数据传输的途径以及向标签提供能量；另外，同时读写器还提供复杂的信号处理、控制与通信等功能。因此，读写器的性能直接决定整个RFID系统的性能。

随着RFID技术的广泛应用，其所涉及的领域亦越来越广泛，射频电子标签的规模集中应用已成为大势所趋。然而，在现有技术中存在读写器对大量重叠电子标签检测效果较差的问题，特别是高密集、高重叠率的电子标签应用群，如图书、档案、生产线、防伪溯源、博彩等应用领域。

出现这种现象的主要原因是当电子标签间距较近、重叠面积较大时，电子标签的天线线圈之间相互感应影响，导致标签谐振频率、品质因数、带宽等性能参数发生变化，在这种情形下电子标签读写器对标签进行检测的难度就会加大，主要表现在读写器射频有效辐射范围减小、标签检测不完全、检测标签时间加长，严重影响读写器的识别效率及应用过程的交互感。针对上述问题，现有技术常采用的方式是增大射频信号发射功率，但单纯增大射频信号发射功率并不能根本性解决电子标签读取的问题，同时这样也会降低设备能量使用效率、增加电子标签读写器的设计难度。

因此，如何设计一种高性能电子标签读写器，实现标签密集重叠读取，已成为限制RFID应用领域的瓶颈，也是业界亟待解决的问题。

发明内容

 本发明针对现有技术中存在的缺点和不足，提出一种能够实现对密集的重叠的标签自适应检测的RFID标签读写器。

    本发明可以通过以下措施达到：

一种RFID标签读写器，设有读写电路以及与读写电路相连接的射频天线，其特征在于所述读写电路包括主控模块、载波调节及信号发生模块、调制电路、射频放大电路、滤波电路、阻抗匹配电路、解调接收电路、射频参数反馈检测电路以及通讯接口电路，其中通讯接口电路与主控模块相连接，调制电路、载波频率调节及信号发生电路的控制端与主控模块相连接，射频参数反馈检测电路以及解调接收电路的输出端分别与主控模块相连接，载波频率调节及信号发生电路的输出端与调制电路相连接，调制电路的输出端与射频放大电路相连接，射频放大电路的输出端与滤波电路相连接，滤波电路的输出端与阻抗匹配电路相连接，阻抗匹配电路的输出端与射频天线相连接，射频天线接收的标签耦合检测信息分别送入射频参数反馈检测电路、解调接收电路的输入端。

本发明中主控模块作为读写器核心控制部分，其主要完成整个读写系统中各模块的控制，标签检测后信息的处理及与上位机的数据交互，主控模块的MCU作为读写器系统工作的协调部分，是各电路模块信息、数据交互中心，载波频率调节及信号发生电路，在主控模块协调控制下，输出不同频率的信号并作为信号源输出，为调制电路提供载波信号；调制电路，对载波信号源发出的载波信号进行调制，按主控模块的命令（对标签的读写命令）加载至载波信号，作为原始信号传输至射频信号后级处理电路；射频放大电路，对调制后的射频载波信号进行功率放大，以保证实际应用需求，通过放大电路处理后射频信号具备高功率发射的基本条件；滤波电路和阻抗匹配电路，对已放大的射频信号进行阻抗变换及滤波，完成载波信号波形整理、品质因数确立、输出阻抗匹配等参数设置；解调接收电路，对返回射频信号执行检波、滤波、中频放大、混频、A/D转换等操作，将射频信号中标签返回的标签信息等数据，由射频信号中解出并送至主控模块，为主控模块提供与上位机交互的标签数据；射频参数反馈检测电路，作为射频信号参数的检测电路，可完成对射频信号发射电压、射频信号的反射系数、电压驻波比等射频信号参数检测，该电路通过射频信号的采集、衰减、滤波、A/D转换等操作，将射频信号转换为数字二值信号传送至主控模块，为主控模块提供参考数据；通讯接口电路，主要作用是连接读写器与上位机，该部分电路为读写器与上位机数据的交互提供最基础的物理链路，通过电平、协议、数据格式等参数的转换，为读写器与上位机提供一条稳定、可靠的数据交互桥梁。

本发明使用时，系统上电，主控模块执行初始化操作；然后执行标签频率自适应操作，包括：读写器先进行电子标签频率检测；判断所检测到标签频率是否与现有载波频率相符；若相符则结束频率自适应调整，若不相符调整载波频率及后级射频信号处理电路，继续判断标签频率与载波频率的关系；直至检测标签频率与载波频率相符，表示标签频率自适应操作结束；读写器执行标签相关读写操作。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：（1）载波频率自适应：可适用于不同重叠标签检测，应用范围广、适应性强；（2）射频发射、接收各模块电路参数可调：可灵活处理及调整，适用于不同应用模型及应用要求；（3）标签检测性能高：读写器自适应调节处理机制，能最佳与使用环境匹配，提高标签检测性能；（4）稳定性及准确性高：系统各模块电路多采用数字电路，稳定性及准确性高、控制简单。

附图说明：

附图1是本发明的结构示意图。

附图2是本发明的工作流程图。

附图3是本发明中载波频率调节及信号发射电路的结构示意图。

附图标记：主控模块1、载波调节及信号发生模块2、调制电路3、射频放大电路4、滤波电路5、阻抗匹配电路6、解调接收电路7、射频参数反馈检测电路8、通讯接口电路9、射频天线10、

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如附图1所示，本发明设有读写电路以及与读写电路相连接的射频天线10，其特征在于所述读写电路包括主控模块1、载波调节及信号发生模块2、调制电路3、射频放大电路4、滤波电路5、阻抗匹配电路6、解调接收电路7、射频参数反馈检测电路8以及通讯接口电路9，其中通讯接口电路9与主控模块1相连接，调制电路3、载波频率调节及信号发生电路2的控制端与主控模块1相连接，射频参数反馈检测电路8以及解调接收电路7的输出端分别与主控模块1相连接，载波频率调节及信号发生电路2的输出端与调制电路3相连接，调制电路3的输出端与射频放大电路4相连接，射频放大电路4的输出端与滤波电路5相连接，滤波电路5的输出端与阻抗匹配电路6相连接，阻抗匹配电路6的输出端与射频天线10相连接，射频天线10接收的标签耦合检测信息分别送入射频参数反馈检测电路8、解调接收电路7的输入端。

如附图2所示，本发明工作时当主控模块1下发频率检测命令后，通过载波频率调节及信号发射电路2发射不同频率载波信号，射频参数反馈检测电路8分别得到不同频率下各射频参数的反馈值，并将射频电路参数送至主控模块1，通过分析判断得出标签频率；

如附图3所示，载波频率调节及信号发射电路2采用数字频率合成芯片，上述集成芯片通过外部控制引脚，控制该芯片输出不同频率信号，该信号作为载波信号为调制电路信号源，标签频率检测过程采用频带扫描模式工作，即通过在某一特定频带选择不同频率作为载波信号输出，通过不同频率发射后射频信号反馈检测电路的信号参数检测得到对应参数进行对比分析，由于待检测的电子标签的天线为一闭合线圈，射频天线10也是一个线圈，电子标签在所处环境下接收到不同频率信号的感抗参数不同，由线圈之间的互感耦合原理可知，天线线圈在电子标签不同感抗参数下所表现的互感参数及反射系数不同，当电子标签在接收到其所在环境谐振频率时感抗参数最大，此时天线互感参数最大、反射系数最小，进而可知标签此时所处环境的谐振频率。

如上所述，若某时刻数字频率合成芯片被控制输出为某频率信号，后级发射及接收相关波形做相应调整。射频放大电路中输出级LC谐振频率调整为13.56MHz；射频信号匹配及滤波电路将该频率下的输出阻抗调整为50欧姆，匹配滤波网络的反射系数调整为1；接收电路中选频网络的谐振频率调整为13.56MHz，解调、中频放大、滤波等部分的电路参数也调整为对应频率下的较佳值，所述需在频率下调整的电路器件参数均采用数字可调器件实现。

射频参数反馈检测电路，针对不同参数选择不同信号采集点，后对信号进行处理得到所需参数值。射频信号发射电压检测，通过取射频信号发射电压处的电压值，经过信号检波处理送至信号放大器，后经采样送至主控芯片得到射频发射电压数值；射频信号反射系数（Γ）表示被反射信号占总传输信号的比例，当反射信号存在时（即射频信号不完全传输）信号会形成驻波，此时信号正峰值将会在一定范围内变化，若信号正峰值的最大值为                                               

，最小值为

，则反射系数可表示为：

通过电压检测得到信号正峰值的极大值、极小值，通过主控模块计算得到射频信号反射系数；电压驻波比（可用VSWR表示），如上述由于射频信号存在驻波，则电压驻波比VSWR与正峰值的极大值

及极小值

的数学关系式为：

通过上述关系式中控电路亦可得到电压驻波比参数。

    本发明与现有技术相比，具有以下优点：（1）载波频率自适应：可适用于不同重叠标签检测，应用范围广、适应性强；（2）射频发射、接收各模块电路参数可调：可灵活处理及调整，适用于不同应用模型及应用要求；（3）标签检测性能高：读写器自适应调节处理机制，能最佳与使用环境匹配，提高标签检测性能；（4）稳定性及准确性高：系统各模块电路多采用数字电路，稳定性及准确性高、控制简单。

Claims (1)

1.一种RFID标签读写器，设有读写电路以及与读写电路相连接的射频天线，其特征在于所述读写电路包括主控模块、载波调节及信号发生模块、调制电路、射频放大电路、滤波电路、阻抗匹配电路、解调接收电路、射频参数反馈检测电路以及通讯接口电路，其中通讯接口电路与主控模块相连接，调制电路、载波频率调节及信号发生电路的控制端与主控模块相连接，射频参数反馈检测电路以及解调接收电路的输出端分别与主控模块相连接，载波频率调节及信号发生电路的输出端与调制电路相连接，调制电路的输出端与射频放大电路相连接，射频放大电路的输出端与滤波电路相连接，滤波电路的输出端与阻抗匹配电路相连接，阻抗匹配电路的输出端与射频天线相连接，射频天线接收的标签耦合检测信息分别送入射频参数反馈检测电路、解调接收电路的输入端。

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