CN104866882A - 一种超高频rfid读写器装置及跳信道方法 - Google Patents
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Abstract
一种超高频RFID读写器装置及跳信道方法，它涉及无线数据通信领域，它的超高频RFID读写器装置包括多信道无线通信模块(1)和FPGA实现读写器(2)，多信道无线通信模块(1)通过串行接口与FPGA实现读写器(2)连接，且FPGA实现读写器(2)包括串并数据转化模块(3)、跳信道调度部分(4)、数据收发模块及上位机接口(5)。它FPGA的I/O数量多，采集速度快，可以并行的处理多个信道传输的数据，网络中标签通过读写器对信道的分配相互协调，尽可能避免碰撞发生，大大降低碰撞率，既能并行的处理多个无线信道传输的数据，同时又能提高读写速度。
Description
技术领域：
本发明涉及无线数据通信领域，具体涉及基于FPGA的实现的超高频RFID读写器装置和跳信道方法。
背景技术：
射频识别技术（RFID，Radio Frequency Identification）实际上是自动识别技术（AEI，Automatic Equipment Identification）在无线电技术方面的具体应用与发展。该项技术的基本思想是，通过采用一些先进的技术手段，实现人们对各类物体或设备（人员、物品） 在不同状态（移动、静止或恶劣环境）下的自动识别和管理。有源RFID具备低发射功率、通信距离长、传输数据量大，可靠性高和兼容性好等优点得到了大力发展。
当前的有源RFID系统可工作在433MHz、2.45GHz、5.8GHz等频率。但是由于2.4GHz属于ISM频段，以此频段为基础的协议繁杂，工作在该频段的设备类型众多，会对工作在2.4GHz的有源RFID系统造成影响。另有源RFID系统内部 ，读写器和标签信息交互时，标签之间会产生竞争和冲突关系，因此提出一种防碰撞方法可以提高系统工作效率。
发明内容：
本发明的目的是提供一种超高频RFID读写器装置及跳信道方法，它FPGA的I/O数量多，采集速度快，可以并行的处理多个信道传输的数据，网络中标签通过读写器对信道的分配相互协调，尽可能避免碰撞发生，大大降低碰撞率，既能并行的处理多个无线信道传输的数据，同时又能提高读写速度。
为了解决背景技术所存在的问题，本发明是采用以下技术方案：它的超高频RFID读写器装置包括多信道无线通信模块(1)和FPGA实现读写器(2)，多信道无线通信模块(1)通过串行接口与FPGA实现读写器(2)连接，且FPGA实现读写器(2)包括串并数据转化模块(3)、跳信道调度部分(4)、数据收发模块及上位机接口(5)。
所述的多信道无线通信模块(1)由CC2530芯片，晶振电路，复位电路，阻抗匹配电路，天线，插接件组成。
所述的串并数据转化模块(3)负责接收多信道无线通信模块(1)，串并数据转化模块(3)提供数据缓存队列，将数据填入缓存提供给跳信道调度部分(4)处理。串并数据转化模块(3)通过串行RS232接口将上位机下发的指令，传送给多信道无线通信模块(1)，进一步传送给多个标签。
所述的跳信道调度部分(4)提供FPGA实现读写器(2)与标签通信中防碰撞的跳信道调度方法。初始化FPGA实现读写器(2)，多信道无线通信模块(1)四个子模块初始化为相同的信道，接收有源标签数据。首先对串口接收到的带有标签ID的数据标记时间戳，然后对记录的时间戳进行统计，当某个ID的标签数据累计读取时间超过某个阈值时，跳信道调度部分(4)发送指令，通过多信道无线通信模块(1)中第N个子模块发送给标签，强制让给该标签更换发射信道，同时跳信道调度部分(4)发送指令修改多信道无线通信模块(1)第N+1个子模块接收信道，信道值与修改发射信道的标签设为同一信道。
所述的数据收发模块及上位机接口(5)负责将读取到的多标签数据通过RJ45接口或者串口，传送给上位机软件进行进一步的处理；数据收发模块及上位机接口(5)负责通过RJ45接口或者串口接收上位机下发的指令传送给多信道无线通信模块(1)下发给2.4GHz有源标签。
本发明FPGA的I/O数量多，采集速度快，可以并行的处理多个信道传输的数据，网络中标签通过读写器对信道的分配相互协调，尽可能避免碰撞发生，大大降低碰撞率，既能并行的处理多个无线信道传输的数据，同时又能提高读写速度。
附图说明：
图1为本发明中超高频RFID读写器框架示意图，
图2 为本发明中跳信道方法流程图。
具体实施方式：
参照图1，本具体实施方式采用以下技术方案：它的超高频RFID读写器装置包括多信道无线通信模块(1)和FPGA实现读写器(2)，多信道无线通信模块(1)通过串行接口与FPGA实现读写器(2)连接，且FPGA实现读写器(2)包括串并数据转化模块(3)、跳信道调度部分(4)、数据收发模块及上位机接口(5)。
所述的多信道无线通信模块(1)由CC2530芯片，晶振电路，复位电路，阻抗匹配电路，天线，插接件组成。多信道无线通信模块(1)提供插接件，可插拔，可任意增减。多信道无线通信模块(1)通过串口与FPGA实现读写器(2)通信。将读取的标签数据，通过串口发送给FPGA。通过FPGA处理后发送给上位机进一步处理。
所述的串并数据转化模块(3)负责接收多信道无线通信模块(1)，串并数据转化模块(3)提供数据缓存队列，将数据填入缓存提供给跳信道调度部分(4)处理。串并数据转化模块(3)通过串行RS232接口将上位机下发的指令，传送给多信道无线通信模块(1)，进一步传送给多个标签。
所述的跳信道调度部分(4)提供FPGA实现读写器(2)与标签通信中防碰撞的跳信道调度方法。初始化FPGA实现读写器(2)，多信道无线通信模块(1)四个子模块初始化为相同的信道，接收有源标签数据。首先对串口接收到的带有标签ID的数据标记时间戳，然后对记录的时间戳进行统计，当某个ID的标签数据累计读取时间超过某个阈值时，跳信道调度部分(4)发送指令，通过多信道无线通信模块(1)中第N个子模块发送给标签，强制让给该标签更换发射信道，同时跳信道调度部分(4)发送指令修改多信道无线通信模块(1)第N+1个子模块接收信道，信道值与修改发射信道的标签设为同一信道。
所述的数据收发模块及上位机接口(5)负责将读取到的多标签数据通过RJ45接口或者串口，传送给上位机软件进行进一步的处理；数据收发模块及上位机接口(5)负责通过RJ45接口或者串口接收上位机下发的指令传送给多信道无线通信模块(1)下发给2.4GHz有源标签。
参照图2，跳信道方法的工作流程为：
步骤201、首先初始化读写器。多信道无线通信模块(1)四个子模块初始化为相同的信道，接收有源标签数据。
步骤202、无线信道数据通过射频单元cc2530将无线信号转换为有线信息，发送给FPGA。然后，由FPGA对接入信息首先进行信息有效性的校对，确认符合协议帧格式的有效信息后，添加时间戳。时间戳采用定时器计数的方法实现。时间戳采用64位数据，低32位用来记录纳秒域，高32位用来记录秒域，逐域递进的方式记录时间戳更加保证定时器的稳定性。同时因为定时器时钟为20MHz，而数据识别模块的时钟是16倍于波特率的时钟153600 Hz。这样使能信号则由慢时钟域跨越到快时钟域，本具体实施方式采用了边沿同步机制来解决跨时钟域的问题。定时器时钟频率采用20MHz, 周期为50ns，即时间戳的精度可达到50ns。
步骤203、对记录的时间戳进行统计，当某个ID的标签数据累计读取时间，判断是否超过某个阈值时，如果超过T值，转入204步骤；如果未超过T值，继续执行步骤202；
步骤204、如果超过T值，FPGA发送跳信道指令，通过多信道无线通信模块(1)中第N个子模块发送给标签，强制让给该标签更换发射信道，同时跳信道调度部分(4)发送指令修改多信道无线通信模块(1)第N+1个子模块接收信道，信道值与修改发射信道的标签设为同一信道。
本具体实施方式FPGA的I/O数量多，采集速度快，可以并行的处理多个信道传输的数据，网络中标签通过读写器对信道的分配相互协调，尽可能避免碰撞发生，大大降低碰撞率，既能并行的处理多个无线信道传输的数据，同时又能提高读写速度。
Claims (6)
1.一种超高频RFID读写器装置及跳信道方法，其特征在于它的超高频RFID读写器装置包括多信道无线通信模块(1)和FPGA实现读写器(2)，多信道无线通信模块(1)通过串行接口与FPGA实现读写器(2)连接，且FPGA实现读写器(2)包括串并数据转化模块(3)、跳信道调度部分(4)、数据收发模块及上位机接口(5)。
2.一种超高频RFID读写器装置及跳信道方法，其特征在于跳信道方法的工作流程为：
步骤(201)、首先初始化读写器，多信道无线通信模块(1)四个子模块初始化为相同的信道，接收有源标签数据；
步骤(202)、无线信道数据通过射频单元cc2530将无线信号转换为有线信息，发送给FPGA；然后，由FPGA对接入信息首先进行信息有效性的校对，确认符合协议帧格式的有效信息后，添加时间戳，时间戳采用定时器计数的方法实现；时间戳采用64位数据，低32位用来记录纳秒域，高32位用来记录秒域，逐域递进的方式记录时间戳更加保证定时器的稳定性；同时因为定时器时钟为20MHz，而数据识别模块的时钟是16倍于波特率的时钟153600 Hz；
步骤(203)、对记录的时间戳进行统计，当某个ID的标签数据累计读取时间，判断是否超过某个阈值时，如果超过T值，转入(204)步骤；如果未超过T值，继续执行步骤(202)；
步骤(204)、如果超过T值，FPGA发送跳信道指令，通过多信道无线通信模块(1)中第N个子模块发送给标签，强制让给该标签更换发射信道，同时跳信道调度部分(4)发送指令修改多信道无线通信模块(1)第N+1个子模块接收信道，信道值与修改发射信道的标签设为同一信道。
3.根据权利要求1所述的一种超高频RFID读写器装置及跳信道方法，其特征在于所述的多信道无线通信模块(1)由CC2530芯片，晶振电路，复位电路，阻抗匹配电路，天线，插接件组成。
4.根据权利要求1所述的一种超高频RFID读写器装置及跳信道方法，其特征在于所述的串并数据转化模块(3)负责接收多信道无线通信模块(1)，串并数据转化模块(3)提供数据缓存队列，将数据填入缓存提供给跳信道调度部分(4)处理，串并数据转化模块(3)通过串行RS232接口将上位机下发的指令，传送给多信道无线通信模块(1)，进一步传送给多个标签。
5.根据权利要求1所述的一种超高频RFID读写器装置及跳信道方法，其特征在于所述的跳信道调度部分(4)提供FPGA实现读写器(2)与标签通信中防碰撞的跳信道调度方法；初始化FPGA实现读写器(2)，多信道无线通信模块(1)四个子模块初始化为相同的信道，接收有源标签数据；首先对串口接收到的带有标签ID的数据标记时间戳，然后对记录的时间戳进行统计，当某个ID的标签数据累计读取时间超过某个阈值时，跳信道调度部分(4)发送指令，通过多信道无线通信模块(1)中第N个子模块发送给标签，强制让给该标签更换发射信道，同时跳信道调度部分(4)发送指令修改多信道无线通信模块(1)第N+1个子模块接收信道，信道值与修改发射信道的标签设为同一信道。
6.根据权利要求1所述的一种超高频RFID读写器装置及跳信道方法，其特征在于所述的数据收发模块及上位机接口(5)负责将读取到的多标签数据通过RJ45接口或者串口，传送给上位机软件进行进一步的处理；数据收发模块及上位机接口(5)负责通过RJ45接口或者串口接收上位机下发的指令传送给多信道无线通信模块(1)下发给2.4GHz有源标签。
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