CN105912970B - 一种基于软件无线电的多频rfid阅读器 - Google Patents

一种基于软件无线电的多频rfid阅读器 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种基于软件无线电的多频RFID阅读器。由于缺乏一个统一的标准，各个国家的射频识别频率未能达到一致，为了适应不同国家的需求，读写器必须能够具备识别多个频率的需求以针对不同国家或地区的RFID产品。本发明提供一种基于软件无线电的多频RFID阅读器，由射频模块、基带模块和电源模块组成，其中电源模块分别与射频模块、基带模块连接；所述射频模块用于实现对基带信号的调制、解调，并发送接收已调信号；所述基带模块实现对整个读写器的控制、编码、解码、校验、读写器与上位机的交互及对射频模块的控制，基带模块包括ARM处理器系统和可编程逻辑，ARM处理器系统与可编程逻辑连接，可编程逻辑与射频模块连接。

Description

一种基于软件无线电的多频RFID阅读器
技术领域
本发明涉及一种基于软件无线电的多频RFID阅读器，特别是涉及一种能够识别多种频率标签的RFID读写器，可以用于高速公路管理，物流货物识别与分类，贵重物品管理，防伪，门禁系统、仓储管理、零售管理、集装箱运输、邮政业务等。
背景技术
RFID读写器又称为“RFID阅读器”，即无线射频识别，通过射频识别信号自动识别目标对象并获取相关数据，无须人工干预，可识别高速运动物体并可同时识别多个RFID标签，操作快捷方便。RFID读写器分为低频，高频、超高频以及微波频段四类读写器。
目前，国内外RFID读写器基带控制部分的实现方法多种多样，以满足不同场合的应用需求。主要的实现方法有单片机、DSP,ARM以及FPGA/CPLD等，另外越来越多的读写器广泛采用多控制器的实现方法，即多个或几种控制单元的组合，如：单片机+单片机，单片机+DSP，单片机+FPGA，DSP+FPGA，ARM+FPGA等。读写器基带控制部分所要用到的控制器的结构，功能和性能差别很大，需要根据具体的应用场合选择控制器及其实现方案。
由于缺乏一个统一的标准，各个国家的射频识别频率未能达到一致，为了适应不同国家的需求，读写器必须能够具备识别多个频率的需求以针对不同国家或地区的RFID产品。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理，解决了识别频率单一的问题，而且能够适应不同国家需求的基于软件无线电的多频RFID阅读器。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：该基于软件无线电的多频RFID阅读器，其特征在于：由射频模块、基带模块和电源模块组成，其中电源模块分别与射频模块、基带模块连接，
所述射频模块用于实现对基带信号的调制、解调，并发送接收已调信号；
所述基带模块实现对整个读写器的控制、编码、解码、校验、读写器与上位机的交互及对射频模块的控制，基带模块包括ARM处理器系统和可编程逻辑，ARM处理器系统与可编程逻辑连接，可编程逻辑与射频模块连接。
本发明所述射频模块包括第一接收通道、第二接收通道、第一发送通道、第二发送通道、第一环形器、第二环形器、第一功率放大器和第二功率放大器，第一接收通道和第二接收通道为独立设置，第一发送通道和第二发送通道为独立设置；
所述第一接收通道与第一环形器连接，第一接收通道接收来自天线的信号，依次进行一次下变频，混频，二次下变频，滤波器滤波，模数转换器进行模数转换，将天线接收到的已调制模拟信号转换为已解调数字信号，并通过射频模块的数据接口传送给基带模块的可编程逻辑；
所述第二接收通道与第二环形器连接，第二接收通道接收来自天线的信号，依次进行一次下变频，混频，二次下变频，滤波器滤波，模数转换器进行模数转换，将天线接收到的已调制模拟信号转换为已解调数字信号，并通过射频模块的数据接口传送给基带模块的可编程逻辑；
所述第一发送通道与第一功率放大器连接，第一功率放大器连接与第一环形器连接，射频模块的数据接口接收基带模块的可编程逻辑的未调制数字信号，经过数模转换器转换成模拟信号，经过滤波器滤波，再依次进行一次上变频、混频和二次上变频，转变成已调信号，并通过第一功率放大器对信号的放大，经由天线发射出去；
所述第二发送通道与第二功率放大器连接，第二功率放大器连接与第二环形器连接，射频模块的数据接口接收基带模块的可编程逻辑的未调制数字信号，经过数模转换器转换成模拟信号，经过滤波器滤波，再依次进行一次上变频、混频 和二次上变频，转变成已调信号，并通过第二功率放大器对信号的放大，经由天线发射出去。
本发明所述射频模块上设置有SPI接口，基带模块的ARM处理器系统通过SPI接口对射频模块进行射频参数配置和状态信息的提取。
本发明所述基带模块的可编程逻辑的数据接口通过FMC数据通路与射频模块的数据接口连接。
本发明所述基带模块与射频模块之间的数据交互采用两种接口，第一种是采用并行数据端口来传输数据，其传输模式为CMOS电平，第二种采用差分输入端口和输出端口来传输数据，其传输电平模式为LVDS电平。
本发明所述第一接收通道和第二接收通道均包括三个输入端口，每个端口可以差分输入，也可以单端输入，所述第一发送通道和第二发送通道TX2均具有两个输出端，每个输出端采用差分输出方式。
本发明所述电源模块包括输入端，基带模块通过输入5V信号，按顺序级联，以1.0V、1.8V、1.5V、3.3V的顺序完成上电过程，3.3V最后升起，电源模块对射频模块提供一下三种电源供电：模拟电源1.3V、接口电源1.8V和GP0电源3.3V。
本发明所述射频模块采用高频率范围、高通道带宽、高集成度、可编程性灵活的捷变收发器AD9361，所述基带模块采用全可编程的可扩展处理结构zynq-7000。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：1；结构简单，设计合理；2、基带模块内集成了ARM处理器系统和可编程逻辑两部分，采用FPGA+ARM硬核的架构，这种架构相比单独的FPGA+单独的处理器芯片而言，解决了FPGA和处理器两者通行时的带宽瓶颈问题，相比于FPGA+ARM软核而言，处理器的性能更好，而且占据FPGA资源较少；3、本发明中的射频模块，具有前所未有的高频率范围、高通道带宽、高集成度、灵活的可编程性，突破了一直以来阻碍软件无线电应用的最大技术瓶颈；4、本发明的数据处理速度快，涵盖频率范围广(860Mhz-960Mhz、2.4Ghz-2.45Ghz、5.8Ghz)。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例中的基于软件无线电的多频RFID阅读器的系统图。
图2是基于软件无线电的多频RFID阅读器的硬件原理图。
图3是基带模块的供电原理图。
图4是射频模块的供电原理图。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例1。
参见图1至图4，本实施例的基于软件无线电的多频RFID阅读器由射频模块1、基带模块2和电源模块3组成，其中电源模块3分别与射频模块1、基带模块2连接。
本实施例中的射频模块1用于实现对基带信号的调制、解调，并发送接收已调信号。
本实施例中的基带模块2实现对整个读写器的控制、编码、解码、校验、读写器与上位机的交互及对射频模块1的控制，基带模块2包括ARM处理器系统PS和可编程逻辑PL，ARM处理器系统PS与可编程逻辑PL连接，可编程逻辑PL与射频模块1连接。
本实施例中的射频模块1包括第一接收通道RX1、第二接收通道RX2、第一发送通道TX1、第二发送通道TX2、第一环形器11、第二环形器12、第一功率放大器13和第二功率放大器14，第一接收通道RX1和第二接收通道RX2为独立设置，第一发送通道TX1和第二发送通道TX2为独立设置。
本实施例中的第一接收通道RX1与第一环形器11连接，第一接收通道RX1接收来自天线的信号，第一接收通道RX1与之对应设置有一次下变频、混频、二次下变频、滤波器、模数转换器AD等模块，第一接收通道RX1依次进行一次下变频，混频，二次下变频，滤波器滤波，模数转换器AD进行模数转换，将天线接收到的已调制模拟信号转换为已解调数字信号，并通过射频模块1的数据接口传送给基带模块2的可编程逻辑PL。
本实施例中的第二接收通道RX2与第二环形器12连接，第二接收通道RX2与之对应设置有一次下变频、混频、二次下变频、滤波器、模数转换器AD等模块，第二接收通道RX2接收来自天线的信号，依次进行一次下变频，混频，二次下变频，滤波器滤波，模数转换器AD进行模数转换，将天线接收到的已调制模拟信号转换为已解调数字信号，并通过射频模块1的数据接口传送给基带模块2的可编程逻辑PL。
本实施例中的第一发送通道TX1与第一功率放大器13连接，第一功率放大器13连接与第一环形器11连接，第一发送通道TX1与之对应设置有一次下变频、混频、二次下变频、滤波器、模数转换器DA等模块，射频模块1的数据接口接收基带模块2的可编程逻辑PL的未调制数字信号，经过数模转换器DA转换成模拟信号，经过滤波器滤波，再依次进行一次上变频、混频和二次上变频，转变成已调信号，并通过第一功率放大器13对信号的放大，经由天线发射出去。
本实施例中的第二发送通道TX2与第二功率放大器14连接，第二功率放大器14连接与第二环形器12连接，第二发送通道TX2与之对应设置有一次下变频、混频、二次下变频、滤波器滤波、模数转换器DA等模块，射频模块1的数据接口接收基带模块2的可编程逻辑PL的未调制数字信号，经过数模转换器DA转换成模拟信号，经过滤波器滤波，再依次进行一次上变频、混频和二次上变频，转变成已调信号，并通过第二功率放大器14对信号的放大，经由天线发射出去。
本实施例中的射频模块1上设置有SPI接口SPI，基带模块2的ARM处理器系统PS通过SPI接口SPI对射频模块1进行射频参数配置和状态信息的提取。 通过使用SPI驱动模块，即可完成基带模块2和射频模块1的信息交互，诸如配置射频参数和读取状态信息等。
本实施例中的基带模块2的可编程逻辑PL的数据接口通过FMC数据通路与射频模块1的数据接口连接。
本实施例中的基带模块2与射频模块1之间的数据交互采用两种接口，第一种是采用12位并行数据端口(P0[D11：D0]和P1[D11：D0])来传输数据，其传输模式为CMOS电平，P0口为CMOS电平数据端口“0”的一部分，P1口为CMOS电平数据端口“1”的一部分，第二种采用LVDS差分输入端口(TX[D5：D0])和输出端口(RX[D5：D0])来传输数据，其传输电平模式为LVDS电平，第一接收通道RX1、第二接收通道RX2为LVDS六位差分输入，第一发送通道TX1、第二发送通道TX2为LVDS六位差分输出。这两种传输方式，可以灵活配置以满足数据端口连线的系统需求。工作方式有两种，双向(TDD)模式和全双工(FDD)模式，在FDD模式下，一半位数用于发射数据，一半位数用于接收数据。
本实施例中的第一接收通道RX1包括三个输入端口(RX1A、RX1B、RX1C)，第二接收通道RX2包括三个输入端口(RX2A、RX2B、RX2C)，每个端口可以差分输入，也可以单端输入，因为差分信号是一种平衡信号，信号中正负信号的幅度相同，但是相位相反，最终结果用整信号减去负信号，这样就可以有效的消除系统误差以及噪声等干扰，还可以有效的提供共模抑制比和电源抑制比，所以本实施例采用差分输入。第一发送通道TX1具有两个输出端(TX1A、TX1B)，第二发送通道TX2具有两个输出端(TX2A、TX2B)，每个输出端采用差分输出方式。
如图3所示，本实施例中的电源模块3包括输入端Input，基带模块2通过输入5V信号，按顺序级联，以1.0V、1.8V、1.5V、3.3V的顺序完成上电过程，3.3V最后升起，同时提供复位信号对系统进行复位操作，ARM处理系统ps和可编程逻辑PL各管脚的I/O电平均由处理器提供。如图4所示，电源模块3对射频模块1提供一下三种电源供电：模拟电源1.3V、接口电源1.8V和GP0 电源3.3V，对于优化噪声性能的应用，射频模块1的电源方案采用低噪声电源解决方案。
本实施例中的射频模块1采用高频率范围、高通道带宽、高集成度、可编程性灵活的捷变收发器AD9361，基带模块2采用全可编程的可扩展处理结构zynq-7000。
如图1所示，本实施例中一套完整的RFID系统由上位机、读写器、天线、标签四部分组成。
本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明说明书的内容或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于软件无线电的多频RFID阅读器，其特征在于：由射频模块、基带模块和电源模块组成，其中电源模块分别与射频模块、基带模块连接；
所述射频模块用于实现对基带信号的调制、解调，并发送接收已调信号；
所述基带模块实现对整个读写器的控制、编码、解码、校验、读写器与上位机的交互及对射频模块的控制，基带模块包括ARM处理器系统和可编程逻辑，ARM处理器系统与可编程逻辑连接，可编程逻辑与射频模块连接；
所述射频模块包括第一接收通道、第二接收通道、第一发送通道、第二发送通道、第一环形器、第二环形器、第一功率放大器和第二功率放大器，第一接收通道和第二接收通道为独立设置，第一发送通道和第二发送通道为独立设置；
所述第一接收通道与第一环形器连接，第一接收通道接收来自天线的信号，依次进行一次下变频，混频，二次下变频，滤波器滤波，模数转换器进行模数转换，将天线接收到的已调制模拟信号转换为已解调数字信号，并通过射频模块的数据接口传送给基带模块的可编程逻辑；
所述第二接收通道与第二环形器连接，第二接收通道接收来自天线的信号，依次进行一次下变频，混频，二次下变频，滤波器滤波，模数转换器进行模数转换，将天线接收到的已调制模拟信号转换为已解调数字信号，并通过射频模块的数据接口传送给基带模块的可编程逻辑；
所述第一发送通道与第一功率放大器连接，第一功率放大器连接与第一环形器连接，射频模块的数据接口接收基带模块的可编程逻辑的未调制数字信号，经过数模转换器转换成模拟信号，经过滤波器滤波，再依次进行一次上变频、混频和二次上变频，转变成已调信号，并通过第一功率放大器对信号的放大，经由天线发射出去；
所述第二发送通道与第二功率放大器连接，第二功率放大器连接与第二环形器连接，射频模块的数据接口接收基带模块的可编程逻辑的未调制数字信号，经过数模转换器转换成模拟信号，经过滤波器滤波，再依次进行一次上变频、混频和二次上变频，转变成已调信号，并通过第二功率放大器对信号的放大，经由天线发射出去。
2.根据权利要求1所述的基于软件无线电的多频RFID阅读器，其特征在于：所述射频模块上设置有SPI接口，基带模块的ARM处理器系统通过SPI接口对射频模块进行射频参数配置和状态信息的提取。
3.根据权利要求1所述的基于软件无线电的多频RFID阅读器，其特征在于：所述基带模块的可编程逻辑的数据接口通过FMC数据通路与射频模块的数据接口连接。
4.根据权利要求1所述的基于软件无线电的多频RFID阅读器，其特征在于：所述基带模块与射频模块之间的数据交互采用两种接口，第一种是采用并行数据端口来传输数据，其传输模式为CMOS电平，第二种采用差分输入端口和输出端口来传输数据，其传输电平模式为LVDS电平。
5.根据权利要求4所述的基于软件无线电的多频RFID阅读器，其特征在于：所述第一接收通道和第二接收通道均包括三个输入端口，每个端口可以差分输入，也可以单端输入，所述第一发送通道和第二发送通道TX2均具有两个输出端，每个输出端采用差分输出方式。
6.根据权利要求1所述的基于软件无线电的多频RFID阅读器，其特征在于：所述电源模块包括输入端，基带模块通过输入5V信号，按顺序级联，以1.0V、1.8V、1.5V、3.3V的顺序完成上电过程，3.3V最后升起，电源模块对射频模块提供一下三种电源供电：模拟电源1.3V、接口电源1.8V和GP0电源3.3V。
7.根据权利要求1所述的基于软件无线电的多频RFID阅读器，其特征在于：所述射频模块采用高频率范围、高通道带宽、高集成度、可编程性灵活的捷变收发器AD9361，所述基带模块采用全可编程的可扩展处理结构zynq-7000。
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