CN104318193B - 一种rfid变频读卡器及其扫频读标签方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种RFID变频读卡器及其扫频读标签方法，读卡器包括MCU总控芯片、激励信号发射单元及反馈信号接收单元，激励信号发射单元包括：与MCU总控芯片连接的直接数字频率合成器DDS1；与DDS1连接的阻抗匹配电路；与阻抗匹配电路连接的低通滤波器；与低通滤波器连接的增益放大器及发射天线部分；反馈信号接收单元包括：接收天线部分；与MCU总控芯片连接的差分信号源部分，该差分信号源部分用于产生另一路混频器输入信号，该输入信号产生电路结构与激励信号发射单元的信号产生电路结构一致；接收输入信号的混频器以及中频放大器。本发明不但能读取VHF频段标签，也能将信息传送至移动终端，从而显示储存产品信息的新型RFID标签读卡器。
Description
技术领域
本发明涉及一种读卡器，具体的说是涉及一种工作在VHF频段，用于检测无源无芯片的标签，并将检测结果通过蓝牙传送到移动终端上的RFID标签读卡器，其IPC国际专利分类号为G06K 7/00。
背景技术
目前，公知的RFID读卡器工作原理是RFID标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息，或者主动发送某一频率的信号，解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理存储与显示；对应的，可分为无源标签以及有源标签。
但是，对于有源标签来说，有源标签其所需的工作频率一般为UHF超高频，对应的标签同样要求设置高频芯片，因此产品的成本较高；而对于无源标签来说，其工作频率在中高频13.56Mhz附近，数据传输速率较低，或者是在超高频相对集中在902～928MHz工作频段上，频率过高，公知的RFID读卡器不能对其进行高效识别，同时公知的RFID读卡器只能通过声光显示且只能扫描特定的超高频频率，很少有能将标签信息在移动终端上显示的功能。
同时现有RFID标签基本工作在低频，中高频和超高频频段，而且不管是无源或是有源标签都会在标签内附带芯片用以处理信息，这样的标签无论造价还是超高频标签的反向反射特性都有一定缺陷。
发明内容
鉴于已有技术存在的缺陷，本发明的目的是要提供一种不但能读取VHF(50M-500MHz)频段标签，也能在读取标签信息的同时，将信息传送至移动终端，从而显示储存产品信息的新型RFID标签读卡器。
为了实现上述目的，本发明的技术方案：
一种RFID变频读卡器，包括MCU总控芯片、激励信号发射单元以及反馈信号接收单元，其特征在于：
所述的激励信号发射单元包括：
与MCU总控芯片连接的直接数字频率合成器DDS1，用于产生进行扫频的差分信号；
与直接数字频率合成器DDS1连接的阻抗匹配电路，用于保证上述差分信号能够有效传输并将上述差分信号转换成单端信号；
与阻抗匹配电路连接的低通滤波器，用于将上述单端信号中的超高频谐波进行滤波处理；
与低通滤波器连接的增益放大器，用于稳定其输出的信号增益；
以及与增益放大器连接的发射天线部分，用于将标签激励信号发射出去；
所述的反馈信号接收单元包括：
接收天线部分，用于将接收到的标签反馈信号处理后生成一路混频器输入信号；
与MCU总控芯片连接的差分信号源部分，该差分信号源部分用于产生另一路混频器输入信号，该输入信号产生电路结构与所述激励信号发射单元的信号产生电路结构一致，即同样包括直接数字频率合成器DDS2、对应的阻抗匹配电路、对应的低通滤波器以及对应的增益放大器；
接收上述两路输入信号的混频器，用于将两路输入信号混频后产生相应中频信号；
与混频器连接的中频放大器，用于将上述中频信号进行放大处理后反馈至MCU总控芯片。
所述的RFID标签读卡器还包括与MCU总控芯片进行通信的数据通信模块，用于将MCU总控芯片处理后的标签信息发送至移动终端进行信息存储与读取。
其中，所述数据通信模块是指蓝牙通讯模块，同时该蓝牙通讯模块可以由红外通讯模块以及无线通信模块替代。
所述的发射天线部分包括依次顺序连接的发射天线、SMA接头、发射天线匹配电路以及天线发射电路。
所述的接收天线部分包括依次顺序连接的天线接收电路、接收天线、SMA接头以及接收天线匹配电路。
进一步的，所述的接收天线部分还包括与混频器连接的低噪声放大器，其用于将接收到的标签反馈信号进行降噪放大处理。
所述增益放大器通过两路基准电压源来分别提供电源电压信号以及门控信号。
上述增益放大器优选可变增益放大器。
同时所述RFID变频读卡器，还可以包括RFID变频读卡器PCB板，电源开关，照明灯，双色灯，蓝牙开关,Micro USB，天线,电池与短接板中的一种或者多种组合的部件。
本发明还要提供一种RFID变频读卡器扫频读标签方法，其包括：
T1：通过MCU总控芯片使得直接数字频率合成器DDS1产生进行扫频的差分信号；
T2：通过与直接数字频率合成器DDS1连接的阻抗匹配电路对上述差分信号进行最大功率输出处理并将上述差分信号转换成单端信号；
T3：通过与阻抗匹配电路连接的低通滤波器，将上述单端信号中的超高频谐波进行滤波处理；并通过与低通滤波器连接的增益放大器对滤波处理后输出的信号增益放大处理；最后通过与增益放大器连接的发射天线部分，将标签激励信号发射出去；
R1：通过接收天线部分将接收到的标签反馈信号处理后生成一路混频器输入信号；同时通过与MCU总控芯片连接的差分信号源部分，该产生另一路混频器输入信号，该输入信号产生电路机理与所述T1—T3过程的信号产生机理一致，即同样通过直接数字频率合成器DDS2、对应的阻抗匹配电路、对应的低通滤波器以及对应的增益放大器产生一路信号；
R2：通过混频器，将两路输入信号混频后产生相应中频信号；并通过与混频器连接的中频放大器，将上述中频信号进行放大处理后反馈至MCU总控芯片。
所述的方法还包括通过与MCU总控芯片进行通信的数据通信模块将MCU总控芯片处理后的标签信息发送至移动终端进行信息存储与读取。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明不但能读取VHF(50M-500MHz)频段标签，也能在读取标签信息的同时，将信息传送至移动终端，从而显示储存产品信息的新型RFID标签读卡器。
附图说明
图1为本发明的电路结构图；
图2为本发明的直接数字频率合成器与阻抗匹配电路部分电路原理图；
图3为本发明的电路原理图；
图4为本发明的扫频过程示意图；
图5为本发明的扫频方法步骤示意图.
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。
为了改变现有的RFID读卡器只能通过声光显示且只能扫描特定的超高频频率的问题，我们改进了读卡器的电路结构，使其不但能读取VHF(50M-500MHz)频段标签，也能在读取标签信息的同时，将信息传送至移动终端，从而显示储存产品信息。
鉴于此，如图1—图3所示，设计了一种RFID变频读卡器，其主要包括MCU总控芯片、激励信号发射单元以及反馈信号接收单元以及用于将MCU总控芯片处理后的标签信息发送至移动终端进行信息存储与读取的数据通信模块。
其中，所述的激励信号发射单元包括依次顺序连接的直接数字频率合成器DDS1、与直接数字频率合成器DDS1对应的阻抗匹配电路、低通滤波器、可变增益放大器以及发射天线部分：
本部分电路设计原理：MCU总控芯片控制直接数字频率合成器DDS1产生频率在50M-500Mhz的差分信号，经由阻抗匹配电路(可采用Balun阻抗匹配电路)，一方面保证所有的信号都能传送过去，避免阻抗不匹配产生的反射即为了使发射单元的输出阻抗与天线阻抗匹配(这两者不匹配会产生驻波)，进而影响输出功率，另一方面也用于将差分信号转换为单端信号；低通滤波器接收该单端信号将频率合成时产生的各次谐波，无用频率滤除掉；
为了保证信号的强度和发射功率，防止信号在天线间传播的过程中衰减过大在接收端获取不到信号，以及鉴于该数字频率合成器随着频率的变化，其产生的幅度是变化的，所以配合一个自动增益控制芯片即可变增益放大器来稳定输出信号增益。而自动增益控制芯片的控制是通过检波电路的检波，根据检波出来的幅度，计算需要多大增益来实现的，从而使得可变增益放大器工作时输出的波形更圆滑。并使用两个基准电压源来为可变增益放大器提供电源电压和门控信号；信号最后送至发射天线部分发送出去，所述的发射天线部分包括依次顺序连接的发射天线、SMA接头、发射天线匹配电路以及天线发射电路。
其中，所述的反馈信号接收单元包括依次顺序连接的接收天线部分、同样包括直接数字频率合成器DDS2、对应的阻抗匹配电路、对应的低通滤波器以及对应的可变增益放大器、混频器以及中频放大器。
接收天线部分将接收到的信号传送到混频器的一个输入端，混频器的另一输入端是接收同样被MCU总控芯片控制的另一路信号源(DDS2)产生的信号，其产生方式与第一路相同，上述两个输入信号经由混频器进行差频产生中频信号(本公司设计的产品其中频信号一般为455khz)，再经中频放大器对中频信号进行信号放大处理，所述中频信号还可以通过检波滤波电路(包括限幅器进行限幅)对其进行检波滤波后再经中频放大器对中频信号进行信号放大处理，产生rssi输出，即得到稳定的超外差检波的基带信号输出信号，再将该信号通过ADC反馈给MCU总控芯片，以便完成信号的处理以及判断标签的有无。
所述的接收天线部分包括依次顺序连接的天线接收电路、接收天线、SMA接头以及接收天线匹配电路。
进一步的，所述的接收天线部分还包括与混频器连接的低噪声放大器，其用于将接收到的标签反馈信号进行降噪放大处理。
同时本发明的检测原理是：当有标签靠近天线时，天线上的信号将在标签上产生电磁耦合，导致接收天线收到的信号的幅度方面产生了很大的衰减，检测出这种衰减之后达到检测到标签的目的。
在实际研究中，申请人还发现天线设计标准参数为：其谐振点不应该在200MHz以内，要求在无标签时且天线距离在大于50cm的情况下，接收天线接收到的信号与发射天线发射的信号比为-50db(衰减小于大约10dB，带内天线增益为-20dB)，其在整个200MHz带宽区间内接收到的信号能量区域稳定，检波后信号趋于平坦。
为了解决普通读卡器的只能声光显示，且不能进行信息存储的问题，我们还加入了蓝牙通讯模块，用于沟通移动终端和MCU，使得标签信息能在移动终端进行存储显示。
同时本发明还可以包括读卡器PCB板，电源开关，照明灯，双色灯，蓝牙开关,MicroUSB，天线,电池与短接板等其他部件，在读卡器外表面上设有电源开关，照明灯，双色灯，蓝牙开关，读卡器最底层为天线层，可设有Micro USB以及天线部分，最底层上一层为PCB层，再上一层由电池与短接板组成。
本发明还要提供一种RFID变频读卡器扫频读标签方法，如图4、图5所示，其包括对标签的信号激励过程以及信号反馈过程，其中T表示发送、发射之意，R表示接收、反馈之意，其具体：
T1：通过MCU总控芯片使得直接数字频率合成器DDS1产生进行扫频的差分信号，即利用MCU总控芯片为总控，通过编程控制DDS1产生进行扫频的差分信号进行输出；
T2：通过与直接数字频率合成器DDS1连接的阻抗匹配电路对上述差分信号进行最大功率输出处理并将上述差分信号转换成单端信号，目的是使得信号完整的传送，避免因阻抗不匹配产生的反射，从而影响信号的完整性。另一方面也能将差分信号输出转换为需要的单端信号输出使用；
T3：通过与阻抗匹配电路连接的低通滤波器(滤除易产生的超高频的谐波，将信号频率稳定在可控的范围内)，将上述单端信号中的超高频谐波进行滤波处理；并通过与低通滤波器连接的增益放大器(因为该数字频率合成器随着频率的增减，其产生的幅度是变化的，加上后端电路，信号势必有所衰减)对滤波处理后输出的信号增益放大处理；最后通过与增益放大器连接的发射天线部分，将标签激励信号发射出去；
R1：通过接收天线部分将接收到的标签反馈信号处理后生成一路混频器输入信号；同时通过与MCU总控芯片连接的差分信号源部分，该产生另一路混频器输入信号，该输入信号产生电路机理与所述T1—T3过程的信号产生机理一致，即同样通过直接数字频率合成器DDS2、对应的阻抗匹配电路、对应的低通滤波器以及对应的增益放大器产生一路信号；
R2：通过混频器，将两路输入信号混频后产生相应中频信号；并通过与混频器连接的中频放大器，将上述中频信号进行放大处理(产生rssi输出)后反馈至MCU总控芯片，从而判断是否检测到标签；当有标签靠近发射天线时，发射天线上的信号将在标签上产生电磁耦合，导致接收天线收到的信号产生了-30db左右的衰减，经过混频后可以得到衰减较大的输出，从而判断检测到标签。。而返回的输出结果也可以通过MCU串口进行不同方式输出。
所述的方法还包括通过与MCU总控芯片进行通信的数据通信模块将MCU总控芯片处理后的标签信息发送至移动终端进行信息存储与读取。
其中，所述数据通信模块是指蓝牙通讯模块，同时该蓝牙通讯模块可以由红外通讯模块以及无线通信模块替代。
所述的发射天线部分包括依次顺序连接的发射天线、SMA接头、发射天线匹配电路以及天线发射电路。
所述的接收天线部分包括依次顺序连接的天线接收电路、接收天线、SMA接头以及接收天线匹配电路。
进一步的，所述的接收天线部分还包括与混频器连接的低噪声放大器，其用于将接收到的标签反馈信号进行降噪放大处理。
所述增益放大器通过两路基准电压源来分别提供电源电压信号以及门控信号。
综上所述，本发明能够在频率为50M-500Mhz之间进行扫频，能够读取该频段的无源有源标签，并且能够通过它其中的蓝牙模块进行与手持移动终端的沟通。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种RFID变频读卡器，包括MCU总控芯片、激励信号发射单元以及反馈信号接收单元，其特征在于：
所述的激励信号发射单元包括：
与MCU总控芯片连接的直接数字频率合成器DDS1，用于产生进行扫频的差分信号；
与直接数字频率合成器DDS1连接的阻抗匹配电路，用于保证上述差分信号能够有效传输并将上述差分信号转换成单端信号；
与阻抗匹配电路连接的低通滤波器，用于将上述单端信号中的超高频谐波进行滤波处理；
与低通滤波器连接的增益放大器，用于稳定输出的信号增益；
以及与增益放大器连接的发射天线部分，用于将标签激励信号发射出去；
所述的反馈信号接收单元包括：
接收天线部分，用于将接收到的标签反馈信号处理后生成一路混频器输入信号；
与MCU总控芯片连接的差分信号源部分，该差分信号源部分用于产生另一路混频器输入信号，该输入信号产生电路结构与所述激励信号发射单元的信号产生电路结构一致，即同样包括直接数字频率合成器DDS2、对应的阻抗匹配电路、对应的低通滤波器以及对应的增益放大器；
接收上述两路输入信号的混频器，用于将两路输入信号混频后产生相应中频信号；
与混频器连接的中频放大器，用于将上述中频信号进行放大处理后反馈至MCU总控芯片；且所述的RFID标签读卡器还包括与MCU总控芯片进行通信的数据通信模块，用于将MCU总控芯片处理后的标签信息发送至移动终端进行信息存储与读取。
2.根据权利要求1所述的RFID变频读卡器，其特征在于：所述的发射天线部分包括依次顺序连接的发射天线、SMA接头、发射天线匹配电路以及天线发射电路；所述的接收天线部分包括依次顺序连接的天线接收电路、接收天线、SMA接头以及接收天线匹配电路。
3.根据权利要求2所述的RFID变频读卡器，其特征在于：所述的接收天线部分还包括与混频器连接的低噪声放大器，其用于将接收到的标签反馈信号进行降噪放大处理。
4.根据权利要求1所述的RFID变频读卡器，其特征在于：所述增益放大器通过两路基准电压源来分别提供电源电压信号以及门控信号。
5.根据权利要求4所述的RFID变频读卡器，其特征在于：所述增益放大器采用可变增益放大器。
6.根据权利要求1所述的RFID变频读卡器，其特征在于：还可以包括RFID变频读卡器PCB板，电源开关，照明灯，双色灯，蓝牙开关,Micro USB，天线,电池与短接板中的一种或者多种组合的部件。
7.一种RFID变频读卡器扫频读标签方法，其特征在于：包括：
T1：通过MCU总控芯片使得直接数字频率合成器DDS1产生进行扫频的差分信号；
T2：通过与直接数字频率合成器DDS1连接的阻抗匹配电路对上述差分信号进行最大功率输出处理并将上述差分信号转换成单端信号；
T3：通过与阻抗匹配电路连接的低通滤波器，将上述单端信号中的超高频谐波进行滤波处理；并通过与低通滤波器连接的增益放大器对滤波处理后输出的信号增益放大处理；最后通过与增益放大器连接的发射天线部分，将标签激励信号发射出去；
R1：通过接收天线部分将接收到的标签反馈信号处理后生成一路混频器输入信号；同时通过与MCU总控芯片连接的差分信号源部分，该产生另一路混频器输入信号，该输入信号产生电路机理与所述T1—T3过程的信号产生机理一致，即同样通过直接数字频率合成器DDS2、对应的阻抗匹配电路、对应的低通滤波器以及对应的增益放大器产生一路信号；
R2：通过混频器，将两路输入信号混频后产生相应中频信号；并通过与混频器连接的中频放大器，将上述中频信号进行放大处理后反馈至MCU总控芯片；同时通过与MCU总控芯片进行通信的数据通信模块将MCU总控芯片处理后的标签信息发送至移动终端进行信息存储与读取。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A RFID frequency conversion card reader and its frequency scanning tag reading method Effective date of registration: 20210105 Granted publication date: 20170901 Pledgee: Industrial and Commercial Bank of China Limited Dalian Xinghai sub branch Pledgor: RISING (DALIAN) Co.,Ltd. Registration number: Y2021210000002 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20220516 Granted publication date: 20170901 Pledgee: Industrial and Commercial Bank of China Limited Dalian Xinghai sub branch Pledgor: RISING (DALIAN) Co.,Ltd. Registration number: Y2021210000002 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: An RFID variable frequency card reader and its frequency scanning tag reading method Effective date of registration: 20220610 Granted publication date: 20170901 Pledgee: Dalian technology Financing Guarantee Co.,Ltd. Pledgor: RISING (DALIAN) Co.,Ltd. Registration number: Y2022980007612 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20230808 Granted publication date: 20170901 Pledgee: Dalian technology Financing Guarantee Co.,Ltd. Pledgor: RISING (DALIAN) Co.,Ltd. Registration number: Y2022980007612 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: An RFID variable frequency card reader and its frequency scanning label reading method Effective date of registration: 20230921 Granted publication date: 20170901 Pledgee: China CITIC Bank Co.,Ltd. Dalian Branch Pledgor: RISING (DALIAN) Co.,Ltd. Registration number: Y2023980058217 |