CN110738064A - 一种适用于机器人的射频卡识别电路及方法 - Google Patents

Abstract

一种适用于机器人的射频卡识别电路及方法，电路包括载波驱动模块、收发模块、滤波模块、运放模块及主控模块。主控模块输出载波信号至载波驱动模块，载波驱动模块将载波信号进行强化后输出强化载波信号，收发模块将强化载波信号向环境中辐射，在辐射区域内的射频卡被触发进而向外传输标签信号；收发模块接收到标签信号后输出至滤波模块，滤波模块将混合其中的强化载波信号滤除后输出标签信号至运放模块，运放模块将之放大后输出至主控模块，主控模块相应执行标签信号中的指令。该射频卡识别电路的结构简单，易于维修，可大量使用于与机器人领域，供机器人进行射频识别，解决了传统采用芯片封装的阅读器技术中存在的维修难度大、成本高的问题。

Description

一种适用于机器人的射频卡识别电路及方法

技术领域

本发明属于机器人技术领域，尤其涉及一种适用于机器人的射频卡识别电路及方法。

背景技术

随着机器人在人们工作和生活上的应用越来越广泛，通过利用射频技术使机器人接收和发送信号以完成场景识别、运动方式选择以及模式设定等操作的技术也越来越重要。然而，目前市面上用于识别射频卡的阅读器，其电路均采用芯片封装，当芯片出现故障时进行拆解维修的难度大，并且射频芯片设计复杂、芯片造价高昂，难以普及。

因此，传统采用芯片封装的阅读器技术方案中存在着维修难度大、成本高的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种适用于机器人的射频卡识别电路及方法，旨在解决因此，传统采用芯片封装的阅读器技术方案中存在着维修难度大、成本高的问题

本发明实施例的第一方面提供了一种适用于机器人的射频卡识别电路，包括：

用于放大接收到的载波信号后，输出强化载波信号的载波驱动模块；

与所述载波驱动模块连接，用于接收所述强化载波信号，并将所述强化载波信号向周围预设区域进行辐射，从而对处于所述预设区域内的射频卡进行充电和触发，以及接收所述射频卡被触发后反馈的标签信号的收发模块；

与所述收发模块连接，用于对所述标签信号与所述载波信号混合而成的混频信号进行滤波，以滤除所述混频信号中的所述载波信号的滤波模块；

与所述滤波模块连接，用于接收所述标签信号并对所述标签信号进行放大处理和稳压处理的运放模块；以及

与所述载波驱动模块及所述运放模块连接，用于产生并输出所述载波信号至所述载波驱动模块，并接收放大处理和稳压处理后的所述标签信号，以执行所述标签信号包含的指令的主控模块。

本发明实施例的第二方面提供了一种适用于机器人的射频卡识别方法，包括：

采用载波驱动模块放大接收到的载波信号后，输出强化载波信号；

采用收发模块接收所述强化载波信号，并将所述强化载波信号向周围预设区域进行辐射，从而对处于所述预设区域内的射频卡进行充电和触发，以及接收所述射频卡被触发后反馈的标签信号；

采用滤波模块对所述标签信号与所述载波信号混合而成的混频信号进行滤波，以滤除所述混频信号中的所述载波信号；

采用运放模块接收所述标签信号并对所述标签信号进行放大处理和稳压处理；

采用主控模块产生并输出所述载波信号至所述载波驱动模块，并接收放大处理和稳压处理后的所述标签信号，以执行所述标签信号包含的指令。

上述一种适用于机器人的射频卡识别电路及方法，通过收发模块将强化载波信号向周围预设区域进行辐射，从而对处于预设区域内的射频卡进行充电和触发，以及接受射频卡被触发后反馈的标签信号，滤波模块将标签信号与强化载波信号混合而成的混频信号进行滤波，以滤除混频信号中的强化载波信号，再由运放模块将标签信号之放大后输出至主控模块，主控模块相应执行标签信号中的指令。该射频卡识别电路的结构简单，易于维修，可大量使用于机器人领域，供机器人进行射频识别，解决了传统采用芯片封装的阅读器技术中存在的维修难度大、成本高的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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为本发明一实施例提供的一种适用于机器人的射频卡识别电路结构示意图；

图2为本发明另一实施例提供的一种适用于机器人的射频卡识别电路结构示意图；

图3为图1或图2所示的的射频卡识别电路的电路原理图；

图4为图1或图2所示的射频卡识别电路中主控模块的电路原理图；

图5为图2所示的射频卡识别电路中晶振模块的电路原理图；

图6为本发明一实施例提供的一种适用于机器人的射频卡识别方法的具体流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1为本发明一实施例提供的一种适用于机器人的射频卡识别电路结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

一种适用于机器人的射频卡识别电路，包括主控模块10、载波驱动模块20、收发模块30、滤波模块40、运放模块50以及主控模块10。

其中，主控模块10与载波驱动模块20及运放模块50连接，收发模块30与载波驱动模块20及滤波模块40连接，滤波模块40与运放模块50连接。

其中，载波驱动模块20用于放大接收到的载波信号后，输出强化载波信号。具体的，载波驱动模块20采用推挽式功率放大电路实现，该推挽式功率放大电路将载波信号进行功率放大，包括一对互补对称管，这对互补对称管可采用双极结型晶体管实现，也可采用金氧半场效晶体管实现，还可采用三极管实现。

可选的，载波驱动模块20还可采用功率放大器实现。

可选的，该强化载波信号的频率为125KHz。

收发模块30用于接收强化载波信号，并将强化载波信号向周围预设区域进行辐射，从而对处于预设区域内的射频卡进行充电和触发，以及接收射频卡被触发后反馈的标签信号。

具体的，标签信号中包含有特定的指令，这些指令包括但不限于场景切换指令、动作执行指令以及工作模式选定指令。例如，A射频卡反馈的标签信号中包含了在家指令，则机器人在接收到该指令后进行场景切换，将之切换为在家模式；又如，B射频卡反馈的标签信号中包含了跳舞指令，则机器人在接收到该指令后进行动作切换，进行跳舞的动作。

预设区域的范围为以机器人为中心的球形范围，该预设区域的半径为0～300米。处于该预设区域内的射频卡，当接收到载波驱动信号后产生电磁感应，均进行充电并触发，反馈标签信号至收发模块30。

载波驱动信号和标签信号均以电磁波的形式在空气介质或者水介质中或者机器人所处的其它介质中进行传播，因此，反馈至收发模块30的标签信号中夹杂着强化载波信号，标签信号与强化载波信号混合而成的信号称之为混频信号。值得说明的是，该混频信号中的两种信号并没有经过调制，因此无需进行解调，因此无需采用复杂的调制电路和解调电路，电路结构简单。

滤波模块40用于对上述混频信号进行滤波，以滤除混频信号中的强化载波信号，得到单一的标签信号，并将该标签信号输出至放大模块。

具体的，滤波模块40中的检波元件和滤波元件的标称大小根据实际情况而定，即根据强化载波信号的频率相应对的检波元件和滤波元件进行选型。

运放模块50用于接收经滤波模块40进行滤波处理后输出的标签信号并对标签信号进行稳压处理和放大处理。

具体的，运放模块50包括运算放大器。

主控模块10产生并输出载波信号至载波驱动模块20，并接收放大处理和稳压处理后的标签信号，以执行标签信号包含的指令。

具体的，主控模块10采用单片机或者中央处理器实现。可选的，主控模块10绝对接收到的标签信号进行解调后，读取其所包含的指令，并控制机器人执行该指令。

上述一种适用于机器人的射频卡识别电路，通过收发模块30将强化载波信号向周围预设区域进行辐射，从而对处于预设区域内的射频卡进行充电和触发，以及接受射频卡被触发后反馈的标签信号，滤波模块40将标签信号与强化载波信号混合而成的混频信号进行滤波，以滤除混频信号中的强化载波信号，再由运放模块50将标签信号之放大后输出至主控模块10，主控模块10相应执行标签信号中的指令。该射频卡识别电路的结构简单，易于维修，可大量使用于机器人领域，供机器人进行射频识别，解决了传统采用芯片封装的阅读器技术中存在的维修难度大、成本高的问题。

图2为本发明另一实施例提供的一种适用于机器人的射频卡识别电路结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

在一可选实施例中，上述的射频卡识别电路还包括晶振模块60。

晶振模块60与主控模块10连接，用于产生并输出时钟信号，以驱动主控模块10进行工作。

具体的，晶振模块60中的晶体振荡器Y1的振荡频率为8MHz。

图3为图1或图2所示的的射频卡识别电路的电路原理图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

在一可选实施例中，上述的载波驱动模块20包括第一电阻R30、第二电阻R10、N型三极管Q4及P型三极管Q3。

其中，第一电阻R30的第一端及第二电阻R10的第一端连接主控模块10，第一电阻R30的第二端及N型三极管Q4的集电极连接工作电源VCC_RFID，N型三极管Q4的发射极与P型三极管Q3共接的节点连接收发模块30，P型三极管Q3的集电极接地；N型三极管Q4的基极、P型三极管Q3的基极及第二电阻R10的第二端共接。

具体的，载波驱动模块20采用推挽式功率放大电路，N型三极管Q4及P型三极管Q3为一对互补对称管。在其它实施例中，还可采用双极结型晶体管实现，也可采用金氧半场效晶体管作为互补对称管。

在一可选实施例中，上述的收发模块30包括第三电阻R6、第四电阻R7、第一电容C6、第二电容C5、天线接口J22以及天线。

其中，第三电阻R6的第一端及第一电容C6的第一端连接载波驱动模块20，第三电阻R6的第二端连接天线接口J22的第一端，第四电阻R7的第一端及第二电容C5的第一端连接滤波模块40；第四电阻R7的第二端连接天线接口J22的第二端；第一电容C6的第二端及第二电容C5的第二端接地；天线接口J22连接天线，天线与射频卡进行无线通讯。

具体的，天线用于将强化载波信号向外界传播，并接收混频信号；第一电容C6和第二电容C5为滤波电容，分别用于滤除强化载波信号中的低频干扰信号以及混频信号中的低频干扰信号。天线接口J22的型号为WF12502-03。

在一可选实施例中，上述的滤波模块40包括第三电容C24、第四电容C25、第五电容C27、第六电容C26、第七电容C28、第五电阻R20、第六电阻R21、第七电阻R22、第一肖基特二级管D7、第二肖基特二级管D8以及第三肖基特二级管D9。

第三电容C24的第一端、第四电容C25的第一端及第五电阻R20的第一端共接的节点连接收发模块30；第五电阻R20的第二端连接第一肖基特二级管D7的阳极，第一肖基特二级管D7的阴极、第六电阻R21的第一端、第五电容C27的第一端及第六电容C26的第一端共接；第六电容C26的第二端、第二肖基特二级管D8的阴极、第三肖基特二级管D9的阳极、第七电阻R22的第一端共接及第七电容C28的第一端共接；第六电容C26的第二端连接运放模块50；

第三电容C24的第二端、第四电容C25的第二端、第六电阻R21的第二端、第五电容C27的第二端、第二肖基特二级管D8的阳极、第三肖基特二级管D9的阴极、第七电阻R22的第二端及第七电容C28的第二端接地。

其中，第三电容C24、第四电容C25、第五电容C27、第六电容C26及第七电容C28均为滤波电容。第一肖基特二极管、第二肖基特二极管以及第三肖基特二极管用于进行检波，肖特基二极管施加额定本振功率对特定频率的波呈现高阻抗，例如对频率为125KHz的强化载波信号呈现高阻抗，阻止强化载波信号通过。

在一可选实施例中，上述的运放模块50包括运放芯片U8、第八电阻R24、第九电阻R23、第十电阻R25、第十一电阻R26、第十二电阻R27、第十三电阻R29、第十四电阻R28及第八电容。

运放芯片U8的第一正相输入端1IN+连接滤波模块40，运放芯片U8的第一反相输入端1IN-、第八电阻R24的第一端及第九电阻R23的第一端共接，第八电阻R24的第二端接地，第九电阻R23的第二端、第八电容的第一端及运放芯片U8的第一输出端1OUT共接；第八电容的第二端与第十电阻R25的第一端共接；第十电阻R25的第二端、运放芯片U8的第二正相输入端2IN+及第十一电阻R26的第一端共接；第十一电阻R26的第二端、运放芯片U8的第二输出端2OUT及第十二电阻R27的第一端共接；第十二电阻R27的第二端接地；运放芯片U8的第二输出端2OUT连接主控模块10。

运放芯片U8的电源端VCC接入工作电源VCC_RFID，第十三电阻R29的第一端接入工作电源，第十四电阻R28的第一端接地；第十三电阻R29的第二端、第十四电阻R28的第二端共接的节点连接运放芯片U8的第二反相输入端2IN-。

具体的，运放芯片U8内部包括两个高增益、独立的、内部频率补偿的运算放大器。运放芯片U8的第二输出端2OUT作为运放模块50的输出端与主控模块10连接，用于输出经放大处理和稳压处理后的标签信号。

图4为图1或图2所示的射频卡识别电路中主控模块10的电路原理图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

在一可选实施例中，上述的主控模块10采用单片机U5或者中央处理器实现。图4所示的单片机的型号为STM32F070CBT6。单片机U5的第29脚连接载波驱动模块，用于输出频率为125KHz的载波信号。单片机U5的第27脚连接运放模块，用于接收稳压处理和放大处理后的标签信号。单片机U5的第5脚和第6脚连接晶振模块60。

图5为图2所示的射频卡识别电路中晶振模块60的电路原理图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

在一可选实施例中，上述的晶振模块60包括晶体振荡器Y1、第九电容C19以及第十电容C21。

其中，晶体振荡器Y1的第一脚1为输入端，第二脚2和第四脚4接地，第三脚3为输出端，第九电容C19的第一端接输入端，第十电容C21的第一端接输出端，第九电容C19的第二端和第十电容C21的第二端接地。

具体的，晶体振荡器Y1的振荡频率为8MHz。

图6为本发明一实施例提供的一种适用于机器人的射频卡识别方法的具体流程图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

一种适用于机器人的射频卡识别方法，包括如下步骤：

S01：采用载波驱动模块20放大接收到的载波信号后，输出强化载波信号；

S02：采用收发模块30接收强化载波信号，并将强化载波信号向周围预设区域进行辐射，从而对处于预设区域内的射频卡进行充电和触发，以及接收射频卡被触发后反馈的标签信号；

S03：采用滤波模块40对标签信号与强化载波信号混合而成的混频信号进行滤波，以滤除混频信号中的强化载波信号；

S04：采用运放模块50接收标签信号并对标签信号进行放大处理和稳压处理；

S05：采用主控模块10产生并输出载波信号至载波驱动模块20，并接收放大处理和稳压处理后的标签信号，以执行标签信号包含的指令。

可选的，射频卡识别电路内置于机器人的内部。机器人相当于一个阅读器，读取射频卡的标签信息并相应执行指令。预设区域的范围为以机器人为中心的球形范围，该预设区域的半径为0～300米。处于该预设区域内的射频卡，当接收到载波驱动信号后产生电磁感应，均进行充电并触发，反馈标签信号至收发模块30。

载波驱动信号和标签信号均以电磁波的形式在空气介质或者水介质中或者机器人所处的其它介质中进行传播，因此，反馈至收发模块30的标签信号中夹杂着强化载波信号，标签信号与强化载波信号混合而成的信号称之为混频信号。值得说明的是，该混频信号中的两种信号并没有经过调制，因此无需进行解调。

综上所述，本发明实施例提供了一种适用于机器人的射频卡识别电路及方法，通过收发模块将强化载波信号向周围预设区域进行辐射，从而对处于预设区域内的射频卡进行充电和触发，以及接受射频卡被触发后反馈的标签信号，滤波模块将标签信号与强化载波信号混合而成的混频信号进行滤波，以滤除混频信号中的强化载波信号，再由运放模块将标签信号之放大后输出至主控模块，主控模块相应执行标签信号中的指令。该射频卡识别电路的结构简单，易于维修，可大量使用于机器人领域，供机器人进行射频识别，解决了传统采用芯片封装的阅读器技术中存在的维修难度大、成本高的问题。

在本文对各种电路和方法描述了各种实施方式。阐述了很多特定的细节以提供对如在说明书中描述的和在附图中示出的实施方式的总结构、功能、制造和使用的彻底理解。然而本领域中的技术人员将理解，实施方式可在没有这样的特定细节的情况下被实施。在其它实例中，详细描述了公知的操作、部件和元件，以免使在说明书中的实施方式难以理解。本领域中的技术人员将理解，在本文和所示的实施方式是非限制性例子，且因此可认识到，在本文公开的特定的结构和功能细节可以是代表性的且并不一定限制实施方式的范围。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于机器人的射频卡识别电路，其特征在于，包括：

用于放大接收到的载波信号后，输出强化载波信号的载波驱动模块；

与所述载波驱动模块连接，用于接收所述强化载波信号，并将所述强化载波信号向周围预设区域进行辐射，从而对处于所述预设区域内的射频卡进行充电和触发，以及接收所述射频卡被触发后反馈的标签信号的收发模块；

与所述收发模块连接，用于对所述标签信号与所述强化载波信号混合而成的混频信号进行滤波，以滤除所述混频信号中的所述强化载波信号的滤波模块；

与所述滤波模块连接，用于接收所述标签信号并对所述标签信号进行放大处理和稳压处理的运放模块；以及

与所述载波驱动模块及所述运放模块连接，用于产生并输出所述载波信号至所述载波驱动模块，并接收放大处理和稳压处理后的所述标签信号，以执行所述标签信号包含的指令的主控模块。

2.如权利要求1所述的射频卡识别电路，其特征在于，还包括：

与所述主控模块连接，用于产生并输出时钟信号，以驱动所述主控模块进行工作的晶振模块。

3.如权利要求1所述的射频卡识别电路，其特征在于，所述载波驱动模块包括：

第一电阻、第二电阻、N型三极管及P型三极管；

所述第一电阻的第一端及所述第二电阻的第一端连接所述主控模块，所述第一电阻的第二端及所述N型三极管的集电极连接工作电源，所述N型三极管的发射极与所述P型三极管共接的节点连接所述收发模块，所述P型三极管的集电极接地；所述N型三极管的基极、所述P型三极管的基极及所述第二电阻的第二端共接。

4.如权利要求1所述的射频卡识别电路，其特征在于，所述收发模块包括：

第三电阻、第四电阻、第一电容、第二电容、天线接口以及天线；

所述第三电阻的第一端及所述第一电容的第一端连接所述载波驱动模块，所述第三电阻的第二端连接所述天线接口的第一端，所述第四电阻的第一端及所述第二电容的第一端连接所述滤波模块；所述第四电阻的第二端连接所述天线接口的第二端；所述第一电容的第二端及所述第二电容的第二端接地；所述天线接口连接所述天线，所述天线与所述射频卡进行无线通讯。

5.如权利要求1所述的射频卡识别电路，其特征在于，所述滤波模块包括：

第三电容、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第一肖基特二级管、第二肖基特二级管以及第三肖基特二级管；

所述第三电容的第一端、所述第四电容的第一端及所述第五电阻的第一端共接的节点连接所述收发模块；所述第五电阻的第二端连接所述第一肖基特二级管的阳极，所述第一肖基特二级管的阴极、所述第六电阻的第一端、所述第五电容的第一端及所述第六电容的第一端共接；所述第六电容的第二端、所述第二肖基特二级管的阴极、所述第三肖基特二级管的阳极、所述第七电阻的第一端共接及所述第七电容的第一端共接；所述第六电容的第二端连接所述运放模块；

所述第三电容的第二端、所述第四电容的第二端、所述第六电阻的第二端、所述第五电容的第二端、所述第二肖基特二级管的阳极、所述第三肖基特二级管的阴极、所述第七电阻的第二端及所述第七电容的第二端接地。

6.如权利要求1所述的射频卡识别电路，其特征在于，所述运放模块包括：

运放芯片、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻及第八电容；

所述运放芯片的第一正相输入端连接所述滤波模块，所述运放芯片的第一反相输入端、所述第八电阻的第一端及所述第九电阻的第一端共接，所述第八电阻的第二端接地，所述第九电阻的第二端、所述第八电容的第一端及所述运放芯片的第一输出端共接；所述第八电容的第二端与所述第十电阻的第一端共接；所述第十电阻的第二端、所述运放芯片的第二正相输入端及所述第十一电阻的第一端共接；所述第十一电阻的第二端、所述运放芯片的第二输出端及所述第十二电阻的第一端共接；所述第十二电阻的第二端接地；所述运放芯片的第二输出端连接所述主控模块；

所述运放芯片的电源端接入工作电源，所述第十三电阻的第一端接入所述工作电源，所述第十四电阻的第一端接地；所述第十三电阻的第二端、所述第十四电阻的第二端共接的节点连接所述运放芯片的第二反相输入端。

7.如权利要求2所述的射频卡识别电路，其特征在于，所述主控模块采用单片机实现。

8.如权利要求1所述的射频卡识别电路，其特征在于，所述射频卡识别电路内置于所述机器人的内部。

9.如权利要求1所述的射频卡识别电路，其特征在于，所述标签信号所包含的指令包括：

所述机器人的应用场景切换指令、所述机器人的动作执行指令及所述机器人的工作模式选定指令。

10.一种适用于机器人的射频卡识别方法，其特征在于，包括：

采用载波驱动模块放大接收到的载波信号后，输出强化载波信号；

采用收发模块接收所述强化载波信号，并将所述强化载波信号向周围预设区域进行辐射，从而对处于所述预设区域内的射频卡进行充电和触发，以及接收所述射频卡被触发后反馈的标签信号；

采用滤波模块对所述标签信号与所述强化载波信号混合而成的混频信号进行滤波，以滤除所述混频信号中的所述强化载波信号；

采用运放模块接收所述标签信号并对所述标签信号进行放大处理和稳压处理；

采用主控模块产生并输出所述载波信号至所述载波驱动模块，并接收放大处理和稳压处理后的所述标签信号，以执行所述标签信号包含的指令。

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