CN105718830B - 一种用于uhf rfid读写器的解码器和解码方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于UHF RFID读写器的解码器，包括接收电子标签的回波信号的滤波器、电平判断模块、解码模块、存储模块、接口控制模块和控制模块，其中，所述滤波器的输出端与所述电平判断模块连接，所述电平判断模块的输出端与所述解码模块连接，所述解码模块的输出端与所述存储模块连接，所述存储模块的输出端与所述接口控制模块连接，所述滤波器、解码模块、存储模块、接口控制模块分别与所述控制模块连接。本发明还提供了一种用于UHF RFID读写器的解码方法。本发明的有益效果是：结构较简单。

Description

一种用于UHF RFID读写器的解码器和解码方法

技术领域

本发明涉及解码器，尤其涉及一种用于UHF RFID读写器的解码器和解码方法。

背景技术

RFID是Radio Frequency Identification的缩写，即射频识别技术，是自动识别技术的一种，通过无线射频方式进行非接触双向数据通信，对目标加以识别并获取相关数据。

在RFID国标、国军标空口协议中规定了标签对基带数据进行FM0编码或Miller编码。

传统的解码器的结构较复杂。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种用于UHF RFID读写器的解码器和解码方法。

本发明提供了一种用于UHF RFID读写器的解码器，包括接收电子标签的回波信号的滤波器、电平判断模块、解码模块、存储模块、接口控制模块和控制模块，其中，所述滤波器的输出端与所述电平判断模块连接，所述电平判断模块的输出端与所述解码模块连接，所述解码模块的输出端与所述存储模块连接，所述存储模块的输出端与所述接口控制模块连接，所述滤波器、解码模块、存储模块、接口控制模块分别与所述控制模块连接。

作为本发明的进一步改进，所述滤波器为FIR滤波器，所述接口控制模块为SSC接口控制模块。

作为本发明的进一步改进，所述解码模块包括FM0解码器和米勒2/4/8解码器。

本发明还提供了一种用于UHF RFID读写器的解码方法，包括以下步骤：

S1、通过滤波器对电子标签的回波信号进行数字滤波处理并输出到电平判断模块；通过电平判断模块将AD采样数据转换成1bit高低电平数据输出到解码模块；

S2、通过解码模块进行解码并输出到接口控制模块；

S3、通过接口控制模块将解码结果传给PC端。

作为本发明的进一步改进，步骤S1包括以下子步骤：

S101、对电子标签的回波信号进行低通滤波；

S102、对电子标签的回波信号错位12个采样点相减，得到电平上升和下降边缘；

S103、进行均值滤波，对S102得到的结果进行12个数的滑动窗数据累加；

S104、在步骤S103得到的结果的基础上取得自适应阈值；

S105、将S103的结果乘以2跟动态阈值作比较，得到电平判断结果。

作为本发明的进一步改进，步骤S104为：每N个采样数值取一个最大值，与上一个N个采样数值的最大值的一半比较，大于则更新本次取得的最大值为后面N个采样数值的阈值，否则保持不变，N取大于处理时钟处理回波信号的1.5Tpri的周期数。

作为本发明的进一步改进，步骤S2包括以下子步骤：

S201、通过FM0解码器进行解码；

S202、通过米勒2/4/8解码器进行解码。

本发明的有益效果是：结构较简单。

附图说明

图1是本发明一种用于UHF RFID读写器的解码器的示意图。

图2是本发明一种用于UHF RFID读写器的解码器的解码模块的解码状态示意图。

图3是本发明一种用于UHF RFID读写器的解码器的FM0解码器的解码状态示意图。

图4是本发明一种用于UHF RFID读写器的解码器的米勒M＝2的解码状态示意图。

图5是本发明一种用于UHF RFID读写器的解码器的米勒M＝4的解码状态示意图。

图6是本发明一种用于UHF RFID读写器的解码器的米勒M＝8的解码状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图说明及具体实施方式对本发明进一步说明。

如图1所示，一种用于UHF RFID读写器的解码器，包括接收电子标签的回波信号的滤波器101、电平判断模块102、解码模块103、存储模块104、接口控制模块105和控制模块106，其中，所述滤波器101的输出端与所述电平判断模块102连接，所述电平判断模块102的输出端与所述解码模块103连接，所述解码模块103的输出端与所述存储模块104连接，所述存储模块104的输出端与所述接口控制模块105连接，所述滤波器101、解码模块103、存储模块104、接口控制模块105分别与所述控制模块106连接。

如图1所示，读写器用天线接收标签回波信号，并下变频至零中频，经过ADC采样成位宽12bit、数据率为20.48Mhz的数据给FPGA，由FPGA进行数字滤波处理，边沿检测，FM0、miller码（M2\M4\M8）同步码检测以及解码。当接收回波信号结束后，解码通道根据解码结果反馈相应的控制信息给控制模块106。

如图1所示，所述滤波器101为FIR滤波器，FIR(Finite Impulse Response)滤波器：有限长单位冲激响应滤波器，又称为非递归型滤波器，是数字信号处理系统中最基本的元件，它可以在保证任意幅频特性的同时具有严格的线性相频特性，同时其单位抽样响应是有限长的，因而滤波器是稳定的系统。因此，FIR滤波器在通信、图像处理、模式识别等领域都有着广泛的应用。

如图1所示，所述接口控制模块105为SSC接口控制模块。

如图1所示，所述解码模块103包括FM0解码器和米勒2/4/8解码器。

如图1所示，滤波器101根据回波信号特点，设计低通滤波器，滤除高频分量，改善信号质量。

如图1所示，电平判断模块102将AD采样数据转成1bit高低电平数据输出。

如图1所示，控制模块106控制解码过程，以及对解码结果的处理。

如图1所示，存储模块104解码结果暂存FPGA中。

如图1所示，SSC接口控制模块将解码结果传给PC端。

如图1所示，一种用于UHF RFID读写器的解码方法，包括以下步骤：

S1、通过滤波器101对电子标签的回波信号进行数字滤波处理并输出到电平判断模块102；通过电平判断模块102将AD采样数据转换成1bit高低电平数据输出到解码模块103；

S2、通过解码模块103进行解码并输出到接口控制模块104；

S3、通过接口控制模块104将解码结果传给PC端。

以80kbps的回波信号为例：

信号滤波以及电平判断模块设计如下：

第一步：信号经过带通滤波，降低带外噪声；

第二步：信号错位12个采样点相减，得到电平上升和下降边缘；

第三步，本步骤理论依据是均值滤波。对第二步结果进行12个数的滑动窗数据累加，对有用信号进一步放大，对噪声有一定平滑滤波效果，有效地提高了信噪比；

第四步，在第三步结果基础上取得自适应阈值。方法是每N个采样数值取一个最大值，与上一个N个采样数值的最大值的一半比较，大于则更新本次取得的最大值为后面N个采样数值的阈值，否则保持不变。（N取大于处理时钟处理回波信号的1.5Tpri的周期数，这样避免3个1/0的信号取不到合适的阈值）

第五步，为保证精度，将第三步的结果乘以2跟动态阈值作比较，得到电平判断结果。

如图2所示，FM0/Miller解码模块设计，解码通道模块的重点为以下4个方面。

1、信号整形，使信号受时钟频率、占空比影响误判率降低。当处理时钟为20.48MHz，Tpri为80khz时，理论上1个电平持续128个处理时钟周期，协议规定的容限为10%，即为128±12.8，两个电平持续256个处理时钟周期，协议规定的容限为10%，即为256±25.6，但是解调信号受到各方面的影响，不可能完全按照上面理论值计算出来的波形，所以需要整形模块。设计思路为当收到高（低）电平持续时间在50-206个处理周期时，判为1个高（低）电平，当高（低）电平持续时间在207-320个处理周期时，判为2个高（低）电平，高（低）电平持续时间大于320个处理周期时，判为3个高（低）电平，当电平脉冲过短，低于50个处理周期时，将该脉冲当作毛刺，忽略该脉冲。这样设计，可解码的回波实际反向链路频率容差大。

2、解码状态机最初处于IDLE，全局控制模块指示开始解码，状态跳入查找帧头。根据当前接收回波是FM0码还是米勒码，与相应的本地帧头码做匹配。当匹配到正确帧头，状态机跳入接收数据阶段，如果超时（时长自定义）没有匹配到正确帧头，则跳到IDLE状态，根据解码长度判断解码结束，或解码错误，则状态回到IDLE，否则保持状态。

3、FM0解码状态机设计

FM0解码思想：根据1信号整形后电平判决结果，匹配帧头后，串并转换成位宽2bit的数据，根据以下状态机进行判断，本状态机可以检测出规则错误的FM0码，当出现错误码型，停止译码，跳到IDLE状态。图3中状态说明：fm0_sop:帧头中v的编码为11；fm0_sopn:帧头中v的编码为00；fm0_0:fm0码为01译码为0；fm0_1:fm0码为00译码为1；fm0_0n:fm0码为10译码为0；fm0_1n:fm0码为11译码为1。

4、米勒解码状态机设计

米勒码帧头采用匹配法，匹配到整个帧头数据后，接下来便是解数据状态。

解码方法：检测回波信号上升沿，M=2时，通过计数器计算相邻两个上升沿的时间长度，将不含宽脉冲的定义为a跳转条件，含宽脉冲的定义为b跳转条件。米勒M=2的解码算法设计图如图4所示，状态有11个状态。

解码方法：检测回波信号上升沿，M=4时，通过计数器计算3个上升沿的时间长度，将不含宽脉冲的定义为a跳转条件，含宽脉冲的定义为b跳转条件。米勒M=4的解码算法设计图如图5所示，状态有21个状态。

解码方法：检测回波信号上升沿，M=8时，通过计数器计算5个上升沿的时间长度，将不含宽脉冲的定义为a跳转条件，含宽脉冲的定义为b跳转条件。米勒M=8的解码算法设计图如图6所示，状态有41个状态。

米勒解码结果在状态机中输出状态位置如下（其他状态不输出），同时记录解码输出后还有未完全接收的部分编码时间长度，如M=8，d1状态下，输出解码结果1，而1编码的8/16还未接收到，所以完整编码后面还有4Tpri的数据：

M=2时，d1，d4，d5，d8，d9；

M=4时，d1，d4，d6，d9，d10，d12，d15，d16，d17；

M=8时，d1，d4，d7，d8，d9，d11，d14，d15，d18，d19，d23，d24，，d28，d30，d31，d34，d36，d37。

本发明提供的一种用于UHF RFID读写器的解码器和解码方法，收标签回波信号的数字滤波处理、电平判断、FM0、miller码（M2\M4\M8）帧头检测以及解码，优点在于结构简单，将基带信号调制解调电路集成到FPGA中，简化了RFID读写器的射频电路结构；标签回波信号实际反向链路频率容差大于协议规定。FPGA（Field－Programmable Gate Array），即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种用于UHF RFID读写器的解码方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、通过滤波器对电子标签的回波信号进行数字滤波处理并输出到电平判断模块；通过电平判断模块将AD采样数据转换成1bit高低电平数据输出到解码模块；

S2、通过解码模块进行解码并输出到接口控制模块；

S3、通过接口控制模块将解码结果传给PC端；

其中，

步骤S1包括以下子步骤：

S101、对电子标签的回波信号进行低通滤波；

S102、对电子标签的回波信号错位12个采样点相减，得到电平上升和下降边缘；

S103、进行均值滤波，对S102得到的结果进行12个数的滑动窗数据累加；

S104、在步骤S103得到的结果的基础上取得自适应阈值；

S105、将S103的结果乘以2跟动态阈值作比较，得到电平判断结果；

步骤S104为：每N个采样数值取一个最大值，与上一个N个采样数值的最大值的一半比较，大于则更新本次取得的最大值为后面N个采样数值的阈值，否则保持不变，N取大于处理时钟处理回波信号的1.5Tpri的周期数。

2.根据权利要求1所述的用于UHF RFID读写器的解码方法，其特征在于，步骤S2包括以下子步骤：

S201、通过FM0解码器进行解码；

S202、通过米勒2/4/8解码器进行解码。