CN106934431A - 蓝牙移动rfid读写器及读写方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种蓝牙移动RFID读写器及读写方法，读写器包括壳体以及设于壳体内的读写系统，所述读写系统包括：控制模块、射频模块、天线、蓝牙通讯模块以及电源模块；所述电源模块分别与所述控制模块、射频模块和蓝牙通讯模块电连接；所述天线连接射频模块，将接收到的信号传输给射频模块，或者将射频模块传输来的信号发生出去，所述射频模块对所接收的信号进行解码，解码后的物品标签信息发送给控制模块；所述读写器控制模块采用异步串行通讯方式与所述蓝牙通讯模块连接。其提供无线蓝牙通讯接口，模块功耗低、体积小，非常适用于嵌入到手持移动设备中以及短距离应用。
Description
技术领域
本发明涉及无线射频识别(RFID)领域，具体涉及一种应用于物流仓储、人员识别、电子票据、电力巡查、政府监管、食品仿伪、包裹跟踪、产品质检、药品管理等多种无线射频识别系统的蓝牙移动RFID读写器及相关读写方法。
背景技术
RFID技术是一种基于射频识别原理实现的自动识别技术，已被广泛地应用于人员管理、仓储管理、交通运输等领域。RFID系统通常包括电子标签、读写器和数据处理器。该电子标签用以存储物品或人员资料。该读写器可在感应范围内采集电子标签存储的资料，并传送至数据处理器等应用系统。该读写器作为连接后端数据处理器与前端电子标签之间的主要通道，其起了举足轻重的作用。
然而，在很多应用中由于有多种不同的数据交换需求，单一的RFID读写设备并不能完全满足需求。特别是在移动巡检、稽查等应用中，RFID读写器需要采用自身电源供电，同时不仅仅需要完成标签的身份识别，还需要据此实现将数据传输至各类移动终端，实现数据流的无缝连接。如何提供一种便捷携带使用的读写器；如何降低读写器的模块功耗，延长读写器使用时间的技术方案也亟待改进。
此外，由于UHF频段的RFID电子标签遵循ISO18000-6协议标准，用户区信息基本上处于透明状态，不具备信息可信任性和保密性，可能造成任何兼容RFID读写器都能对电子标签数据进行读写操作，致使RFID标签内的数据容易被干扰、更改，信息安全性难以得到保证。现有技术中针对不同的RFID标签的安全需求，实现RFID安全性机制所采用的方法密码机制，在进行电子标签写入操作时，安全单元对射频识别电子标签ID号及需要写入射频识别电子标签的数据进行加密和签名，生成加密和签名数据，而后再写入电子标签；但是上述方法中的RFID系统标签与阅读器之间的通信利用的是无线信号，属于一种无线网络，而传统网络形态中隐私保护技术的简单叠加不足以满足RFID系统隐私保护技术的新要求，特别是隐私数据的筛选方法、数据防泄漏技术、密钥的发放方法、授权机制等均需要改进。因此，本发明从上述问题出发，设计一种适应短距离无线射频识别标签且可实现加密功能的RFID读写器。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，设计一种蓝牙移动RFID读写器，提供无线蓝牙通讯接口，模块功耗低、体积小，非常适用于嵌入到手持移动设备中以及短距离应用。本发明蓝牙短距离的RFID读写器还具有独立使用加密功能--其独立使用时无法实现连接远程网络，在加密解密方法方面备受局限(无法将射频识别标签的ID进行网络验证)的问题，本发明读写器还进一步实现有针对性的加密操作，为射频识别标签提供双重加密保障。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是一种蓝牙移动RFID读写器，包括壳体以及设于壳体内的读写系统，所述读写系统包括：控制模块、射频模块、天线、蓝牙通讯模块以及电源模块；所述电源模块分别与所述控制模块、射频模块和蓝牙通讯模块电连接；所述天线连接射频模块，将接收到的信号传输给射频模块，或者将射频模块传输来的信号发生出去，所述射频模块对所接收的信号进行解码，解码后的物品标签信息发送给控制模块；所述读写器控制模块采用异步串行通讯方式与所述蓝牙通讯模块连接。
其中一个优选的方案中，所述电源模块包括电源管理单元和充电单元，所述电源管理单元由并联的两个LDO构成，所述两个LDO电路一端与控制模块的引脚连接，另一端连接所述充电单元，所述电源模块采用MicroUSB接口输入电源，并通过PMOS管连接至所述充电单元。
在另一个优选的方案中，所述射频模块包括RFID读写单元、射频振荡器、射频接收器、前置放大器以及平衡转换器组成；射频载波信号由射频振荡器产生并被射频处理器放大，射频模块将天线接收的从射频识别标签发射/反射回来的载波解调后与放大后的射频载波信号配对，配对成功后经平衡转换器转换再传给RFID读写单元。
在一个优选的方案中，所述控制模块20连接有LED灯控制电路、蜂鸣器电路和触发按钮电路，所述触发按钮电路连接的触发按钮包括扫描触发键2和菜单选择键3。
在又一个优选方案中，所述射频模块还包括有耦合单元，所述控制模块还连接有安全模块，所述安全模块包括选择单元、加密单元和签名单元；所述选择单元用于将所述射频识别电子标签ID号与其数据库存储的ID号匹配，判断该ID号是否属于加密目标，并生成相应指令；所述加密单元连接所述控制模块，提供加密及解密的安全读写；所述签名单元连接所述控制模块，提供签名和验签的读写功能；所述耦合单元用于通过射频模块生成的射频信号实现射频识别标签的安全读写操作。
本发明另一方面提供了上述蓝牙移动RFID读写器的读写方法，至少包括：(1)打开读写器电源和主机上蓝牙模块绑定生成的串口，是读写器和主机进入蓝牙连接状态；(2)读写器接收主机的指令后，读写器执行命令方法包括：立即执行指令并返回执行结果至主机；或者，等待操作者按下读写器的执行按钮后，执行指令并返回执行结果至主机；或者，待操作者将读写器靠近被读的电子标签，当标签进入读写器天线场后继续完成指令的执行并返回响应数据。
在另一个方案中包括加密方法，至少包括下述步骤：
步骤1所述控制模块通过所述射频模块获得射频识别电子标签ID号；
步骤2所述控制模块将所述射频识别电子标签ID号及需要写入射频识别电子标签的数据发送至所述选择单元；
步骤3所述选择单元的数据库实体对所述射频识别电子标签ID号进行匹配，并判断该ID号对应的射频识别电子标签是否需要加密；如匹配成功，则判定为需要加密，至步骤4；如匹配失败，则判定为不需要加密，至步骤6；
步骤4所述安全模块对需要加密的所述射频识别电子标签ID号及需要写入射频识别电子标签的数据进行加密和签名，生成包含需要写入射频识别电子标签的数据的加密和签名数据；
步骤5所述安全模块将加密和签名数据发送至控制模块(20)，控制模块通过射频模块的耦合单元将加密和签名数据写入射频识别电子标签；
步骤6将实现加密或未实现加密的数据信息发送至控制模块(20)，并通过显示模块进行显示相应结果。
本发明蓝牙移动RFID读写器全面支持对UHF频段ISO18000-6C/EPCC1G2等多种标准协议RFID电子标签的读写操作。提供无线蓝牙通讯接口，可与掌上电脑、PDA、智能手机等任何内置蓝牙通讯的手持设备配合使用，不受设备有线接口形式的限制。
读写器具MicroUSB有线接口，支持USB充电和将本产品作为台式RFID读写器使用；该产品外形小巧，便于携带，操作灵活方便。此外，本发明读写器设有立即执行、单键触发、寻卡触发等多种操作方式，标签读写方便快捷。
本发明蓝牙移动RFID读写器具有独立使用加密功能，实现有针对性的加密操作，为射频识别标签提供双重加密保障。还可直接对选择单元所属数据库进行数据更新，使其有针对性的较大范围进行射频标签的加密解密操作。
附图说明
图1为本发明蓝牙移动读写器的一种实施方式的原理示意图；
图2为电源模块的一种实施方式的结构示意图图；
图3为射频模块的一种实施方式的结构示意图；
图4为读写器实施方式中显示电路图；
图5为读写器实施方式中电源控制电路图；
图6为本发明蓝牙移动读写器的另一种实施方式的原理示意图；
图7为本发明蓝牙移动读写器的一种实施方式的结构示意图；
图8为本发明蓝牙移动读写器的一种读写方法示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明的一种蓝牙移动RFID读写器，应用于手持移动设备、物品及物流管理、仓储管理、动物管理、物品防伪、电子商品监视及制造与加工、生产自动化等各种无线RFID应用方案。所述读写器包括壳体1以及设于壳体1内的读写系统；图1所示，所述读写系统包括：控制模块20、射频模块21、天线22、蓝牙通讯模块23以及电源模块24；所述电源模块24分别与所述控制模块20、射频模块21和蓝牙通讯模块23电连接；所述天线22连接射频模块21，将接收到的信号传输给射频模块21，或者将射频模块21传输来的信号发生出去，所述射频模块21对所接收的信号进行解码，解码后的物品标签信息发送给控制模块20；所述读写器控制模块20采用异步串行通讯方式与所述蓝牙通讯模块23连接。
图2所示，所述电源模块24包括电源管理单元和充电单元，所述电源管理单元由并联的两个LDO构成，所述两个LDO电路一端与控制模块的引脚连接，另一端连接所述充电单元，所述电源模块采用MicroUSB接口输入电源，并通过PMOS管连接至所述充电单元。读写器提供USB接口与主机连接，不仅可以对读写器内置电池充电，同时可将读写器作为台式读写器，由运行于主机上的应用程序控制操作。
图3所示，所述射频模块21包括RFID读写单元、射频振荡器、射频接收器、前置放大器以及平衡转换器组成；射频载波信号由射频振荡器产生并被射频处理器放大，射频模块21将天线22接收的从射频识别标签发射/反射回来的载波解调后与放大后的射频载波信号配对，配对成功后经平衡转换器转换再传给RFID读写单元。
所述控制模块20连接有LED灯控制电路、蜂鸣器电路和触发按钮电路，所述触发按钮电路连接的触发按钮包括扫描触发键2和菜单选择键3，见图7，所述扫描触发键2设置在壳体1侧面，所述菜单选择键3设于壳体1正面。紧挨着菜单选择键3中开关按键的是一个双色LED灯，功能是电池充电指示。当电池正在充电时，红灯亮。电池充满，绿灯亮。中间为蓝牙指示灯，颜色为蓝色，蓝牙未连接时，蓝色指示灯闪烁，蓝牙连接成功，蓝色灯常亮。蓝牙关闭时，蓝色灯不亮。最左侧为RFID读取指示灯，颜色为绿色，当主机读到标签的EPC信息时，绿色指示灯闪烁，同时蜂鸣器响。RFID主机都不到标签EPC时，绿色指示灯不亮。扫描触发键2的作用为：在读写器执行单键触发方式的RFID操作时，操作命令下达后，将等待用户按下此按钮用于触发后续的操作。机身正面设置触发按钮或者机身侧面设置的触发按钮起到同样作用，方便用户以不同的握持方式使用。
所述天线22设于壳体1的后壳内侧，在一个具体实施例中，采用45mm*45mm的陶瓷天线，发射功率为19.5～26dBm，具有标签识读距离长，抗干扰能力强的优点。读卡器使用时，应以机身壳体1的正面(液晶屏幕下方)去接近被操作RFID电子标签。
所述射频模块21采用840～960MHz的频率和RFID电子标签通讯；所述蓝牙通讯模块23与控制模块20之间的通讯波特率为115200bps，数据位：8，停止位：1。
所述控制模块20连接有显示模块25，显示模块25的显示电路见图4，所述显示模块25通过设于壳体1上侧的液晶显示屏实现信息显示。
所述壳体1为长方体构造，见图7，其长宽高尺寸为110mm*58mm*28mm；所述壳体1后部设有8字型手持件4。
本发明蓝牙移动RFID读写器在使用时，需将其与掌上电脑、PDA、智能手机等手持设备通过蓝牙无线建立连接，须进行蓝牙绑定操作；其与PC机的连接使用Micro USB连接线，本机通过USB接口与PC连接后，自动进入充电状态，并在PC上生成USB虚拟串口(VCP)，同时蓝牙模块自动关闭。
本发明蓝牙移动RFID读写器的另一个实施例如图6所示，读写器的射频模块21还包括有耦合单元，所述控制模块20还连接有安全模块26，所述安全模块26包括选择单元261、加密单元262和签名单元263。
所述选择单元261用于将所述射频识别电子标签ID号与其数据库存储的ID号匹配，判断该ID号是否属于加密目标，并生成相应指令；所述加密单元262连接所述控制模块20，提供加密及解密的安全读写；所述签名单元263连接所述控制模块20，提供签名和验签的读写功能；所述耦合单元用于通过射频模块21生成的射频信号实现射频识别标签的安全读写操作。所述选择单元261在一个具体实施方式中，包括可读写的数据存储芯片，还用于上位机对其进行存储标签ID的写入或删除；实现在无网络状态下，对预知电子标签的针对性加密。
具体的，所述的加密单元262通过公钥加密所述的射频识别电子标签ID号及需要写入射频识别电子标签的数据，获得加密数据；所述签名单元263通过私钥签名所述的射频识别电子标签ID号及需要写入射频识别电子标签的数据，获得签名数据。
基于上述实施例，本发明蓝牙移动RFID读写器还包括一种读写方法，所述读写方法至少包括：
步骤1所述控制模块20通过所述射频模块21获得射频识别电子标签ID号；
步骤2所述控制模块20将所述射频识别电子标签ID号及需要写入射频识别电子标签的数据发送至所述选择单元261；
步骤3所述选择单元261的数据库实体对所述射频识别电子标签ID号进行匹配，并判断该ID号对应的射频识别电子标签是否需要加密；如匹配成功，则判定为需要加密，至步骤4；如匹配失败，则判定为不需要加密，至步骤6；
步骤4所述安全模块26对需要加密的所述射频识别电子标签ID号及需要写入射频识别电子标签的数据进行加密和签名，生成包含需要写入射频识别电子标签的数据的加密和签名数据；
步骤5所述安全模块26将加密和签名数据发送至控制模块20，控制模块20通过射频模块21的耦合单元将加密和签名数据写入射频识别电子标签；
步骤6将实现加密或未实现加密的数据信息发送至控制模块20，并通过显示模块25进行显示相应结果。
该实施例读写器的电子标签读取方法则通过下述步骤：
所述控制模块20通过射频模块21获得射频识别电子标签内数据并判断是否有加密数据；如有加密数据则将获得的数据发送至所述安全模块26，所述安全模块26对射频识别电子标签内数据的加密信息进行解密和验签，获得解密和验证数据；所述安全模块26判断解密和验证数据的完整性和真实性，并将判断结果和所述的解密和验证数据返回至控制模块20，并将相应结果显示在显示模块25上。其中，加密单元通过私钥解密所述的射频识别电子标签内数据，获得解密数据；签名单元通过公钥验签所述的射频识别电子标签内数据，获得验证数据。
一种RFID读写器的读写方法的另一个实施例，所述方法至少包括
打开读写器电源和主机上蓝牙模块绑定生成的串口，是读写器和主机进入蓝牙连接状态；
读写器接收主机的指令后，读写器执行命令方法包括以下三种方式：
(1)立即执行方式：读写器收到主机的指令后，立即执行指令并返回执行结果；
(2)等待按键按下后执行：读写器收到主机指令后，等待操作者按下读写器上的触发按键，按键按下后继续完成指令的执行并返回响应数据；
(3)等待读写器接近标签后执行：读写器收到主机指令后，开始等待操作者将读写器靠近被读的电子标签(RFID TAG)，当读写器离电子标签足够近(即标签进入读写器天线场后)时继续完成指令的执行并返回响应数据。
所述方法还包括LED灯控制电路根据具体情况分别控制多路电路：当读写器接收射频信号并匹配成功，即读到标签EPC信息时，特定颜色的LED灯闪烁提示，同时蜂鸣器电路响应；当读写器接收射频信号不匹配时，特定颜色的LED灯不亮。
关于LED灯的控制还包括下述方法：
RFID操作指示灯：在读写器天线射频信号打开，可以对RFID电子标签进行寻卡、读写等操作时，指示灯点亮，该指示灯为绿色。
蓝牙状态指示灯：用于指示读写器的蓝牙无线工作状态。在作为便携读写器使用时，打开电源开关后，读写器的蓝牙无线通讯自动进入寻网状态，此时蓝牙状态指示灯连续闪烁；当主机与读写器绑定连接后，蓝牙状态指示灯持续点亮。该指示灯为蓝色。
充电状态指示灯：当读写器与主机使用USB连接后，可以为读写器内置的聚合物锂离子电池充电，充电过程中，充电指示灯为红色常亮，充电完成后，充电指示灯为绿色常亮。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种蓝牙移动RFID读写器，包括壳体(1)以及设于壳体(1)内的读写系统，其特征在于，所述读写系统包括：控制模块(20)、射频模块(21)、天线(22)、蓝牙通讯模块(23)以及电源模块(24)；所述电源模块(24)分别与所述控制模块(20)、射频模块(21)和蓝牙通讯模块(23)电连接；所述天线(22)连接射频模块(21)，将接收到的信号传输给射频模块(21)，或者将射频模块(21)传输来的信号发生出去，所述射频模块(21)对所接收的信号进行解码，解码后的物品标签信息发送给控制模块(20)；所述读写器控制模块(20)采用异步串行通讯方式与所述蓝牙通讯模块(23)连接。
2.如权利要求1所述的蓝牙移动RFID读写器，其特征在于，所述电源模块(24)包括电源管理单元和充电单元，所述电源管理单元由并联的两个LDO构成，所述两个LDO电路一端与控制模块的引脚连接，另一端连接所述充电单元，所述电源模块采用MicroUSB接口输入电源，并通过PMOS管连接至所述充电单元。
3.如权利要求1所述的蓝牙移动RFID读写器，其特征在于，所述射频模块(21)包括RFID读写单元、射频振荡器、射频接收器、前置放大器以及平衡转换器组成；射频载波信号由射频振荡器产生并被射频处理器放大，射频模块(21)将天线(22)接收的从射频识别标签发射/反射回来的载波解调后与放大后的射频载波信号配对，配对成功后经平衡转换器转换再传给RFID读写单元。
4.如权利要求1所述的蓝牙移动RFID读写器，其特征在于，所述控制模块(20)连接有LED灯控制电路、蜂鸣器电路和触发按钮电路，所述触发按钮电路连接的触发按钮包括扫描触发键(2)和菜单选择键(3)，所述扫描触发键(2)设置在壳体(1)侧面，所述菜单选择键(3)设于壳体(1)正面；
所述控制模块(20)连接有显示模块(25)，所述显示模块(25)通过设于壳体(1)上侧的液晶显示屏实现信息显示。
5.如权利要求1所述的蓝牙移动RFID读写器，其特征在于，所述天线(22)设于壳体(1)的后壳内侧，采用45mm*45mm的陶瓷天线，发射功率为19.5～26dBm。
6.如权利要求1所述的蓝牙移动RFID读写器，其特征在于，所述射频模块(21)采用840～960MHz的频率和RFID电子标签通讯；所述蓝牙通讯模块(23)与控制模块(20)之间的通讯波特率为115200bps；
所述壳体(1)为长方体构造，其长宽高尺寸为110mm*58mm*28mm；所述壳体(1)后部设有8字型手持件(4)。
7.如权利要求1所述的蓝牙移动RFID读写器，其特征在于，所述射频模块(21)还包括有耦合单元，所述控制模块(20)还连接有安全模块(26)，所述安全模块(26)包括选择单元(261)、加密单元(262)和签名单元(263)；
所述选择单元(261)用于将所述射频识别电子标签ID号与其数据库存储的ID号匹配，判断该ID号是否属于加密目标，并生成相应指令；所述加密单元(262)连接所述控制模块(20)，提供加密及解密的安全读写；所述签名单元(263)连接所述控制模块(20)，提供签名和验签的读写功能；所述耦合单元用于通过射频模块(21)生成的射频信号实现射频识别标签的安全读写操作。
8.如权利要求7所述的蓝牙移动RFID读写器，其特征在于，所述选择单元(261)包括可读写的数据存储芯片，还用于上位机对其进行存储标签ID的写入或删除。
9.一种RFID读写器的读写方法，所述方法至少包括
打开读写器电源和主机上蓝牙模块绑定生成的串口，是读写器和主机进入蓝牙连接状态；
读写器接收主机的指令后，读写器执行命令方法包括：立即执行指令并返回执行结果至主机；或者，等待操作者按下读写器的执行按钮后，执行指令并返回执行结果至主机；或者，待操作者将读写器靠近被读的电子标签，当标签进入读写器天线场后继续完成指令的执行并返回响应数据。
10.一种RFID读写器的读写方法，所述方法至少包括以下步骤
步骤1、所述控制模块(20)通过所述射频模块(21)获得射频识别电子标签ID号及相关信息；
步骤2、所述控制模块(20)将所述射频识别电子标签ID号发送至所述选择单元(261)；
步骤3、所述选择单元(261)的数据库实体对所述射频识别电子标签ID号进行匹配，并判断该ID号对应的射频识别电子标签是否需要加密；如匹配成功，则判定为需要加密，至步骤4；如匹配失败，则判定为不需要加密，至步骤6；
步骤4、所述安全模块(26)对需要加密的所述射频识别电子标签ID号及需要写入射频识别电子标签的数据进行加密和签名，生成包含需要写入射频识别电子标签的数据的加密和签名数据；
步骤5、所述安全模块(26)将加密和签名数据发送至控制模块(20)，控制模块(20)通过射频模块(21)的耦合单元将加密和签名数据写入射频识别电子标签；
步骤6、将实现加密或未实现加密的数据信息发送至控制模块(20)，并通过显示模块(25)进行显示相应结果。
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