CN107688846B - 无线标签处理器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种无线标签处理器，包括读写器，与读写器通信连接的天线，其特征在于，读写器电连接有CPU，读写器内部设有收发电路，收发电路内部设有发射模块、环形器和接收模块，发射模块的输入端电连接有调制电路，接收模块的输出端电连接有解调电路，环形器设置于发射模块和接收模块之间，天线通信连接有射频标签，本处理器模块的结合性高，模块设置合理，工作稳定且体积小，无线处理器的通信距离远，误码率低，可适用的范围广。
Description
技术领域
本发明涉及无线标签处理设备，具体涉及一种无线标签处理器。
背景技术
无线射频识别技术(Radio Frequency Identification，简称：RFID) 是一种非接触式的自动识别技术，其基本原理是利用射频信号和空间耦合(电感或电磁耦合)或雷达反射的传输特性，实现对被识别物体的自动识别。
RFID读写器(RFID阅读器)通过天线与RFID电子标签进行无线通信，可以实现对标签识别码和内存数据的读出或写入操作。典型的RFID读写器包含有RFID射频模块(发送器和接收器)、控制单元以及阅读器天线。
射频识别系统中，电子标签又称为射频标签、应答器、数据载体；读写器又称为读出装置，扫描器、通讯器、读取器(取决于电子标签是否可以无线改写数据)。电子标签与阅读器之间通过耦合元件实现射频信号的空间(无接触) 耦合、在耦合通道内，根据时序关系，实现的传递、数据的交换。
现有技术如，中国发明专利授权文献，授权公告号为：CN 102915459 B，根据该发明的一个方面，提出了一种射频识别标签，包括：标签天线；以及微型集成电路，与所述标签天线双向信号连接，其中，所述标签天线能与一射频标签读写装置实现非接触式的数据读写，其中，所述微型集成电路在与所述射频标签读写装置进行读写操作前识别所述射频标签读写装置的ID标记并与所述射频标签读写装置协商读写标准。此外，该发明还提出了一种射频识别标签的读写方法。该发明的射频识别标签及其读写方法可以确保高度可靠的信息读写并提高读写的效率，但是在实际应用中该发明的天线和标签天线之间可能通信的范围较小，且准确率可能较低。
发明内容
本发明为解决上述技术问题提供一种电路模块中印制电路板表面设有液态光致阻焊剂，可有效避免元件相互影响，提高工作稳定性，且天线的磁场强度高且衰减环，可有效提高读写准确性和通信距离的一种无线标签处理器。
本发明为解决上述技术问题所采取的方案为：无线标签处理器，包括读写器，与读写器通信连接的天线，其特征在于，读写器电连接有CPU，读写器内部设有收发电路，收发电路的输入端电连接有调制电路，收发电路的输出端电连接有解调电路，天线通信连接有射频标签，本处理器模块的结合性高，模块设置合理，工作稳定且体积小，读写器与天线和射频标签之间采用无线通信，降低了空间限制，提高了本处理器的适用区域。
作为优选，收发电路包括发射模块、环形器和接收模块，发射模块的输入端与调制电路电连接，发射模块的输出端与环形器电连接，环形器的输出端与接收模块电连接，环形器与天线通信连接，接收模块输出端与解调电路电连接，收发电路可有效实现与天线之间的通信，环形器隔离了反射回来的射频信号，从而降低了空间反射电磁波以及天线与射频标签之间的阻抗失配产生的反射波对收发电路的影响，显著提高接收模块接收解调标签信息的能力，提高信息传输准确率，还避免了接收模块前段易饱和的现象，从而提高了本处理器的无线通信距离。
作为优选，读写器中的印制电路板不需焊接的线路和基材上涂覆有液态光致阻焊剂，液态光致阻焊剂由以下成分及重量份组成：不具有芳香环的含羧基树脂45～60份、光聚合引发剂4～7份、4-氯代苯酐0.12～0.35份、环氧化合物 7～16份、十三烷二酸0.08～0.14份、金红石型氧化钛5～11份、硅石颗粒24～73 份，不具有芳香环的含羧基树脂为脂肪族不饱和羧酸与碳原子数5～22的脂肪族可聚合单体共聚而得到的酸值为40～170mgKOH/g的含羧基树脂，光聚合引发剂为樟脑醌、三乙醇胺或N-甲基二乙醇胺、对二甲氨基苯甲酸乙酯中的一种或多种，环氧化合物为脂肪族或杂环的环氧化合物，液态光致阻焊剂可有效防止导体中的物理断线情况，且提高了印制电路板的绝缘性，液态光致阻焊剂涂覆在读写器中的印制电路板不需焊接的线路和基材上，经干燥处理后可显著提高电路的焊接密度，从而减少读写器的体积，且还可提高读写器中电路的稳定性，减少因桥连产生短路的现象，4-氯代苯酐和十三烷二酸的添加可显著硅石颗粒和其他成分的结合性，且也增大了各组分在制备过程中的溶解度，使得本液态光致阻焊剂具有更好的机械特性，可减少印制电路板在涂覆液态光致阻焊剂前的处理工序，不仅提升了涂覆效率，降低了涂覆要求，还增强了液态光致阻焊剂的绝缘性，提高了对印制电路板的保护效果，液态光致阻焊剂还具有较高的耐磨性能和抗菌性能，可有效避免液态光致阻焊剂在印制电路板焊接或组装时被挂裂，也提高了印制电路板的抗菌性能，避免微生物附着繁殖对电路稳定性的影响。
作为优选，天线的形状为类矩形和圆弧形组合状，圆弧最高点与类矩形的边的垂直距离为L，垂直距离L值为8～15mm，天线所用的铜管直径为 11～17mm，天线形状的设计会直接影响到天线附近磁场强度以及磁场的变化，根据公式
(式中LuH为电感量(uH)，L为圆弧最高点与类矩形的距离(cm)，D铜管的直径(cm))，可得出，电感量与L和D具有比例变化关系，根据公式和实际工艺结合故可先确定天线所用铜管的直径最佳范围，铜管直径D确定后，电感量与L成二次抛物线形变化，且具有电感量最大值，结合实际应用中天线不同的放置区域和放置环境，故确定当前垂直距离L为一定的范围值，使得天线的电感量能够在实际使用过程均具有最大值，且天线周围的磁场强度变化较缓，使得与同规格的矩形天线的无线传输距离相比，本处理器的有效传输距离提升了12～23％，增大了本处理器的通信范围，垂直距离为L和铜管直径范围设定还可提升磁场稳定性，提高了读写操作的准确性。
作为优选，收发电路与解调电路之间还连接有滤波电路，收发电路输出端与滤波电路输入端电连接，滤波电路输出端与解调电路输入端电连接，滤波电路为有源带通滤波电路，解调电路输出端与基带信号解码器电连接，有源带通滤波电路的通带放大倍数和截止频率不受负载影响，可有效滤出收发电路输出的杂波和载波，提出接收信号，降低环境因素和电路自身因素的影响，进而提高信号读取的准确性。
作为优选，调制电路的输入端电连接有载波生成电路和基带信号编码器的输出端，载波生成电路生成的载波频率为2.2GHz～3.2GHz，基带信号编码器的基带信号编码方式为单极性归零编码、差动双相编码、米勒码和脉冲间隔编码中的一种，无线电波的频率越高其波长越短，绕射能力越弱，但其穿透能力越强，故在空旷环境中频率越高，波的传输距离越长，但考虑到本处理器的实际应用场合，故取本载波生成电路生成的载波频率具有一定的范围，使得波的绕射能力和穿透能力具有最佳的适配性能，避免波遇到障碍物直接穿透，从而保证波具有良好的绕射能力，且降低波传播过程中的能量损耗，提高波的传输距离，从而提高本处理器的通信距离，基带信号编码器对传输的二进制基带数据信息进行变换，降低了变换后的基带数据信息受外界干扰或相互冲突的影响，故提升了基带数据信息传输的可靠性，降低误码率。
作为优选，读卡器的输入端和输出端电连接有CRC校验模块，CRC 校验模块的CRC校验方式为CRC-8、CRC-12和CRC-16中的一种，由于无线标签常为无源模块，其信号容易受到外界环境的影响，故为了提高处理器和无线标签之间的数据通信成功率，增加了CRC校验模块，CRC校验模块可提高射频传输信号数据的完整性。
与现有技术相比，本发明的有益效果为:1)读写器中印制电路板表面设有液态光致阻焊剂，可有效降低电路短路现象，并避免各元器件之间影响，提高焊接密度，提高印制电路板的防腐耐磨性能；2)本处理器中的天线具有较强的电磁场，且衰减力度缓，可显著增加处理器和无线标签之间的通信距离和通信稳定性；3)载波生成电路生成的载波频率适宜，保证了波具有较长的传输距离，提高了本处理器的通信距离；4)本处理器集成度高体积小，工作稳定，且传输距长，误码率低，可适用的范围广。
本发明采用了上述技术方案提供无线标签处理器，弥补了现有技术的不足，设计合理，操作方便。
附图说明
图1为本发明无线标签处理器的RFID系统组成；
图2为本发明无线标签处理器的组成框图；
图3为本发明无线标签处理器的天线的结构图；
图4为本发明无线标签处理器的一种优选实施例的电路结构图。
附图标记说明：1CPU；2读写器；3天线；4射频标签；5收发电路；6 基带信号编码器；7CRC校验模块；8发射模块；9环形器；10接收模块；11调制电路；12滤波电路；13载波生成电路；14基带信号解码器；15解调电路；16 发射集成模块；17接收集成模块；18锁相环电路；19数字处理模块；20系统电路模块。
具体实施方式
以下结合附图和实施例作进一步详细描述：
实施例1：
如图1～3所示，无线标签处理器，包括读写器2，与读写器2通信连接的天线3，其特征在于，读写器3电连接有CPU1，读写器2内部设有收发电路5，收发电路5的输入端电连接有调制电路11，收发电路5的输出端电连接有解调电路15，天线3通信连接有射频标签4，本处理器模块的结合性高，模块设置合理，工作稳定且体积小，读写器2与天线3和射频标签4之间采用无线通信，降低了空间限制，提高了本处理器的适用区域。
收发电路5包括发射模块8、环形器9和接收模块10，发射模块8的输入端与调制电路11电连接，发射模块8的输出端与环形器9电连接，环形器 9的输出端与接收模块10电连接，环形器9与天线3通信连接，接收模块10输出端与解调电路15电连接，收发电路5可有效实现与天线3之间的通信，环形器9隔离了反射回来的射频信号，从而降低了空间反射电磁波以及天线3与射频标签4之间的阻抗失配产生的反射波对收发电路5的影响，显著提高接收模块 10接收解调标签信息的能力，提高信息传输准确率，还避免了接收模块10前段易饱和的现象，从而提高了本处理器的无线通信距离。
读写器2中的印制电路板不需焊接的线路和基材上涂覆有液态光致阻焊剂，液态光致阻焊剂由以下成分及重量份组成：不具有芳香环的含羧基树脂 55份、光聚合引发剂6份、4-氯代苯酐0.24份、环氧化合物11份、十三烷二酸0.09份、金红石型氧化钛7份、硅石颗粒33份，不具有芳香环的含羧基树脂为脂肪族不饱和羧酸与碳原子数15的脂肪族可聚合单体共聚而得到的酸值为 80mgKOH/g的含羧基树脂，光聚合引发剂为樟脑醌、三乙醇胺或N-甲基二乙醇胺、对二甲氨基苯甲酸乙酯中的一种或多种，环氧化合物为脂肪族或杂环的环氧化合物，液态光致阻焊剂可有效防止导体中的物理断线情况，且提高了印制电路板的绝缘性，液态光致阻焊剂涂覆在读写器2中的印制电路板不需焊接的线路和基材上，经干燥处理后可显著提高电路的焊接密度，从而减少读写器2的体积，且还可提高读写器2中电路的稳定性，减少因桥连产生短路的现象，4-氯代苯酐和十三烷二酸的添加可显著硅石颗粒和其他成分的结合性，且也增大了各组分在制备过程中的溶解度，使得本液态光致阻焊剂具有更好的机械特性，可减少印制电路板在涂覆液态光致阻焊剂前的处理工序，不仅提升了涂覆效率，降低了涂覆要求，还增强了液态光致阻焊剂的绝缘性，提高了对印制电路板的保护效果，液态光致阻焊剂还具有较高的耐磨性能和抗菌性能，可有效避免液态光致阻焊剂在印制电路板焊接或组装时被挂裂，也提高了印制电路板的抗菌性能，避免微生物附着繁殖对电路稳定性的影响。
天线3的形状为类矩形和圆弧形组合状，圆弧最高点与类矩形的距离为L，距离L值为10mm，天线3所用的铜管直径为15mm，天线3的形状的设计会直接影响到天线附近磁场强度以及磁场的变化，根据公式
(式中LuH为电感量(uH)，L为圆弧最高点与类矩形的距离(cm)，D铜管的直径(cm))，可得出，电感量与L和D具有比例变化关系，根据公式和实际工艺结合故可先确定天线3所用铜管的直径最佳范围，铜管直径D确定后，电感量与L成二次抛物线形变化，且具有电感量最大值，结合实际应用中天线3不同的放置区域和放置环境，故确定当前距离L为一定的范围值，使得天线3的电感量能够在实际使用过程均具有最大值，且天线3周围的磁场强度变化较缓，使得与同规格的矩形天线的无线传输距离相比，本处理器的有效传输距离提升了 12～23％，增大了本处理器的通信范围，距离为L和铜管直径范围设定还可提升磁场稳定性，提高了读写操作的准确性。
收发电路5与解调电路15之间还连接有滤波电路12，收发电路5输出端与滤波电路12输入端电连接，滤波电路12输出端与解调电路15输入端电连接，滤波电路12为有源带通滤波电路，解调电路15输出端与基带信号解码器 14电连接，有源带通滤波电路的通带放大倍数和截止频率不受负载影响，可有效滤出收发电路输出的杂波和载波，提出接收信号，降低环境因素和电路自身因素的影响，进而提高信号读取的准确性。
调制电路11的输入端电连接有载波生成电路13和基带信号编码器14 的输出端，载波生成电路13生成的载波频率为2.4GHz，基带信号编码器14的基带信号编码方式为差动双相编码，无线电波的频率越高其波长越短，绕射能力越弱，但其穿透能力越强，故在空旷环境中频率越高，波的传输距离越长，但考虑到本处理器的实际应用场合，故取本载波生成电路13生成的载波频率具有一定的范围，使得波的绕射能力和穿透能力具有最佳的适配性能，避免波遇到障碍物直接穿透，从而保证波具有良好的绕射能力，且降低波传播过程中的能量损耗，提高波的传输距离，从而提高本处理器的通信距离，基带信号编码器14对传输的二进制基带数据信息进行变换，降低了变换后的基带数据信息受外界干扰或相互冲突的影响，故提升了基带数据信息传输的可靠性，降低误码率。
读写器2的输入端和输出端电连接有CRC校验模块7，CRC校验模块7的CRC校验方式为CRC-12，由于无线标签常为无源模块，其信号容易受到外界环境的影响，故为了提高处理器和无线标签之间的数据通信成功率，增加了 CRC校验模块7，CRC校验模块7可提高射频传输信号数据的完整性。
本实施例中的常规技术为本领域技术人员所知晓的现有技术，在此不作详细叙述。
实施例2：
如图4所示，无线标签处理器，为实际工作时一种优选的电路机构图，天线 3一端从空间接收射频信号且向空间发射射频信号，另一端与环形器9相连接，环形器9用于实现射频信号的时分复用，分别与发射集成模块16和接收集成模块17耦合，耦合器采用市场常规技术的耦合设备，发射集成模块16包括功率放大器、可变增益放大器1、调制器和DAC数模转换器，进行写操作时，将数字处理模块19输出的数字信号，经过数模转换、调制、增益放大和功率放大后传递给环形器9，环形器9将信号传递给天线3，最后由天线3发出信号传递给射频标签4；接收集成模块17包括滤波器1、下变频器、滤波器2、可变增益放大器2和ADC模数转换器，进行读操作时，环形器9将天线3接收到的信号传递给滤波器1，经下变频、滤波、增益放大和模数转换后传递给数字处理模块19 进行处理，并将调制后的数字信号传递给PC端和DAC数模转换器，本电路中设有锁相环电路18，可输出本无线标签处理器所需本振，其中鉴相器输入端连接有一个恒温晶振，压控振荡器输出端连接有缓冲器，可将锁相环电路18输出的变频信号经缓冲后，传递给滤波器3，将杂波滤除后再传输给下变频器或调制器。
圆弧最高点与类矩形的边的垂直距离为L，垂直距离L值不仅限于 8～15mm，还应包括8mm或8.1mm或8.2mm或8.3mm或8.4mm……或14.9mm 或15mm。
天线3所用的铜管直径不仅限于11～17mm，还应包括11mm或11.1mm 或11.2mm或11.3mm或11.4mm……或16.9mm或17mm。
载波生成电路13生成的载波频率不仅限于2.2GHz～3.2GHz，还应包括2.2GHz或2.21GHz或2.22GHz或2.23GHz或2.24GHz……或3.19GHz或 3.2GHz。
本实施例中的系统电路模块20中的稳压电路模块、系统控制电路模块和通信接口电路模块等均为现有常规模块，为本领域技术人员所知晓的现有技术，在此不作详细叙述。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此，所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
Claims (5)
1.无线标签处理器，包括读写器（2），与读写器（2）通信连接的天线（3），其特征在于，所述读写器（2）电连接有CPU（1），所述读写器（2）内部设有收发电路（5），所述收发电路（5）的输入端电连接有调制电路（11），所述收发电路（5）的输出端电连接有解调电路（15），所述天线（3）通信连接有射频标签（4）；
所述读写器（2）中的印制电路板不需焊接的线路和基材上涂覆有液态光致阻焊剂，所述液态光致阻焊剂由以下成分及重量份组成：不具有芳香环的含羧基树脂45~60份、光聚合引发剂4~7份、4-氯代苯酐0 .12~0 .35份、环氧化合物7~16份、十三烷二酸0 .08~0 .14份、金红石型氧化钛5~11份、硅石颗粒24~73份，所述不具有芳香环的含羧基树脂为脂肪族不饱和羧酸与碳原子数5~22的脂肪族可聚合单体共聚而得到的酸值为40~170mgKOH/g 的含羧基树脂，所述光聚合引发剂为樟脑醌、三乙醇胺或N-甲基二乙醇胺、对二甲氨基苯甲酸乙酯中的一种或多种，所述环氧化合物为脂肪族或杂环的环氧化合物；
所述天线（3）的形状为类矩形和圆弧形组合状，所述圆弧最高点与类矩形的边的垂直距离为L，所述垂直距离L值为8~15mm，所述天线（3）所用的铜管直径为11~17mm；先确定铜管直径D，再确定垂直距离L，根据公式
可得
的值，式中
为电感量（uH），L为圆弧最高点与类矩形的边的垂直距离（mm），D为铜管的直径（mm）。
2.根据权利要求1所述的无线标签处理器，其特征在于，所述收发电路（5）包括发射模块（8）、环形器（9）和接收模块（10），所述发射模块（8）的输入端与调制电路（11）电连接，所述发射模块（8）的输出端与环形器（9）电连接，所述环形器（9）的输出端与接收模块（10）电连接，所述环形器（9）与天线（3）通信连接，所述接收模块（10）输出端与解调电路（15）电连接。
3.根据权利要求1所述的无线标签处理器，其特征在于，所述收发电路（5）与解调电路（15）之间还连接有滤波电路（12），所述收发电路（5）输出端与滤波电路（12）输入端电连接，所述滤波电路（12）输出端与解调电路（15）输入端电连接，所述滤波电路（12）为有源带通滤波电路，所述解调电路（15）输出端与基带信号解码器（14）电连接。
4.根据权利要求1所述的无线标签处理器，其特征在于，所述调制电路（11）的输入端电连接有载波生成电路（13）和基带信号编码器（6）的输出端，所述载波生成电路（13）生成的载波频率为2 .2GHz~3 .2GHz，所述基带信号编码器（6）的基带信号编码方式为单极性归零编码、差动双相编码、米勒码和脉冲间隔编码中的一种。
5.根据权利要求1所述的无线标签处理器，其特征在于，所述读写器（2）的输入端和输出端电连接有CRC校验模块（7），所述CRC校验模块（7）的CRC校验方式为CRC-8、CRC-12和CRC-16中的一种。
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