CN201057561Y - 固定式射频读写器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种固定式射频读写器，要解决的技术问题是实现对有源标签的自动识别和管理。本实用新型的固定式射频读写器包括用于控制射频电路的基带电路，用于完成射频信号的产生、调制和解调的射频电路，用于发射和接收射频信号的天线，为基带电路和射频电路供电的电源电路；基带电路的主控芯片分别连接复位芯片、时钟驱动芯片、存储模块。本实用新型与现有技术相比，其标签识读距离更远、识读的可靠性更高，由于LF信号具有较好的绕射能力，而UHF信号具有较强的穿透能力，尤其适合集装箱、大宗物体的仓储管理、运输途中物品的跟踪管理和现场分发管理。

Description

固定式射频读写器

技术领域

本实用新型涉及一种射频识别设备，特别是一种有源标签识别设备的读写器。

背景技术

射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)又称电子标签(E-Tag)技术，是一种利用射频信号自动识别目标对象并获取相关信息的技术。随着RFID核心技术的不断发展和成熟，其应用领域日益扩大，已经越来越多的应用在包括军事、航空、物流仓储、商品零售、工业制造、资产管理、交通运输、动物识别和防伪防盗等不同的应用领域。由电子标签、标签读写器、数据处理终端构成的射频识别系统分为两大类：有源系统和无源系统。无源系统的电子标签自身不带电源，由射频信号激励标签工作，具有成本低的优势，但作用距离和适应速度受到一定限制；而电子标签内置电池的有源射频识别系统，具有作用距离远、适应高速且标签功能易于扩展的特点，尤其在特定物质监控、高速移动物体跟踪及可靠识读等方面有着无源RFID系统无法比拟的优势。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种固定式射频读写器，要解决的技术问题是实现对有源标签的自动识别和管理。

本实用新型采用以下技术方案：一种固定式射频读写器，包括用于控制射频电路的基带电路，用于完成射频信号的产生、调制和解调的射频电路，用于发射和接收射频信号的天线，为基带电路和射频电路供电的电源电路；基带电路的主控芯片分别连接复位芯片、时钟驱动芯片、存储模块。

本实用新型的存储模块由同步动态随机存储器、FLASH存储器和现场可编程门阵列芯片组成。

本实用新型的主控芯片接有通讯接口电路。

本实用新型的通讯接口电路为RS-232串口、RS-485串口和以太网接口，用于与外部的控制计算机通信。

本实用新型的射频电路的射频收发芯片采用CC1000，接现场可编程门阵列芯片。

本实用新型的射频电路的发射通道和接收通道设有单片微波集成电路开关，与天线连接；天线接收到的信号经过单片微波集成电路开关进入接收通道，经低噪声放大器、声表滤波器至射频收发芯片；射频收发芯片发送的数据经功率放大模块、单片微波集成电路开关至天线。

本实用新型的射频电路发射和接收433.92MHz射频信号。

本实用新型的天线有两副，采用垂直交叉分布，两套射频电路分别与它们相连接。

本实用新型的电源电路包括交流转换直流模块、二极管、直流变换芯片、线性稳压器；外部的交流电源经交流转换直流模块、二极管至直流变换芯片的输入端；外部的直流电源经过二极管至直流变换芯片的输入端；直流变换芯片输出的电源经过线性稳压器分别为基带电路、射频电路、通讯接口电路提供3.3V和5V的电源。

本实用新型的主控芯片为MPC860T，现场可编程门阵列芯片为LFXP3C，FLASH存储器为28F640J3，同步动态随机存储器为MT48LC4M32，RS-232电平转换芯片为ADM202，RS-485电平转换芯片为SN65LBC184，以太网物理层芯片为LXT972A

本实用新型与现有技术相比，基带电路控制射频电路，射频电路完成射频信号的产生、调制和解调的射频电路，利用天线发射和接收射频信号，采用低频LF和超高频UHF无线通信技术，由有电池供电的射频标签、激励器、固定式射频读写器及数据处理软件组成的有源主动式RFID系统与无源被动式RFID系统相比，其标签识读距离更远、识读的可靠性更高，由于LF信号具有较好的绕射能力，而UHF信号具有较强的穿透能力，主动式RFID系统结合LF和UHF两者的优点，尤其适合集装箱、大宗物体的仓储管理、运输途中物品的跟踪管理和现场分发管理。

附图说明

图1是本实用新型实施例的电路框图。

图2是本实用新型实施例的天线原理图。

图3是本实用新型实施例的射频电路原理图。

图4是本实用新型实施例的基带控制电路框图。

图5是本实用新型实施例的基带控制主控芯片原理图。

图6是本实用新型实施例的基带控制存储器原理图。

图7是本实用新型实施例的通讯接口电路原理图。

图8是本实用新型实施例的电源电路原理图。

图9是本实用新型实施例的射频电路方框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。如图1所示，本实用新型的固定式射频读写器包括基带电路，用于控制通讯接口电路和射频电路，与基带电路连接有射频电路1和射频电路2，用于完成射频信号的产生、调制和解调，分别与射频电路1和射频电路2连接的天线1和天线2，用于发射和接收射频信号，为基带电路和射频电路供电的电源电路，以及与基带电路连接的通讯接口电路，通讯接口电路是RS-232串口、RS-485串口和以太网接口，用于与外部的控制计算机通信。

如图2所示，天线用于发射和接收433.92MHz的射频信号。本实用新型考虑到天线的方向性和易实现性，采用了两副天线垂直交叉并在其后面增加金属板作为射频反射面的结构。每副天线采用一节铜管做辐射器，并在其两端加电感电容，组成谐振网络来进行调谐和匹配。

如图3和图9所示，射频电路用于数据无线收发，其核心是射频收发芯片U10 CC1000，它完成射频载波信号的产生、发射数据信号的调制和已调制信号的放大，接收信号的放大、变频和解调。为了提高射频读写器整机的性能，在发射和接收通道设有放大和滤波单元。由于射频读写器采用半双工工作模式，在发射通道和接收通道通过一个砷化镓单片微波集成电路开关GaAs MMICHMC574连接到一副天线上。天线接收到的空中信号经过开关HMC574进入接收通道，接收通道前端使用了Sirenza公司的SGL-0163作为低噪声放大器LNA，在LNA与射频收发芯片之间串接有声表滤波器。由天线接收到的信号经过LNA和声表滤波器后送入芯片CC1000完成变频、解调，CC1000产生的基带数据传输到基带电路进行解码。基带电路发送需要调制的编码数据到CC1000，CC1000完成载波产生、数据调制，为了加大发射功率至10dBm，在CC1000的发射通道后面串接有一个放大模块HMC478。HMC478放大后的已调信号经过开关HMC574送入天线辐射到空中。

如图4、图5和图6所示，基带电路模块包括主控芯片MPC860T，及与主控芯片连接的电源芯片、复位芯片MAX706、时钟驱动芯片CY2305、存储模块，存储模块由同步动态随机存储器SDRAM存储器MT48LC4M32、FLASH存储器28F640J3和现场可编程门阵列FPGA LFXP3C组成。FPGA完成与射频电路交互的编、解码数据传递，射频读写器需要发送高频指令到电子标签时，主控芯片将指令的数据存入FPGA内的缓冲区，由FPGA按一定的规则进行编码并输出到射频电路的发射通道；当射频读写器接收到电子标签的应答信号，射频电路接收通道完成标签信号的解调后，电子标签的基带信号被送入FPGA，FPGA将对这些信号进行码元转换、检错处理然后保存在内部的缓冲区中，完成这些工作后，FPGA将通过中断方式通知主控芯片。在发送高频命令信号时，FPGA控制单路射频电路进行发射工作；在接收高频应答时，FPGA可以同时启动两路射频电路进行接收工作，并对两路射频电路输出的基带信号同时进行解码。

主控芯片是整个射频读写器的控制处理核心，它完成了射频电路控制管理、FPGA编解码控制访问、高频空中协议实现和远程网络协议实现的功能。主控芯片采用功能强大的嵌入式PowerPC处理器MPC860T，内置有多个通用异步收发器UART，MPC860T内部还有一个快速以太网控制器FEC。MPC860T与FPGA、SDRAM、FLASH构成了基带处理的硬件平台。基带处理平台运行嵌入式操作系统Linux，保证了空中协议、网路协议、存储器控制等多任务并行处理。操作系统Linux、空中协议软件、网络协议软件的代码保存在FLASH存储器中，当基带电路上电后，主控芯片将程序代码从FLASH存储器转移到SDRAM存储器，然后主控芯片运行SDRAM中的Linux系统软件，然后由Linux系统负责分配资源，调用空中协议软件和网络协议软件。

如图7所示，通讯接口电路为射频读写器提供RS-232串口、RS-485串口或以太网接口，射频读写器可以通过这些接口与控制计算机进行通信。主控芯片MPC860T内置的多个UART，通过外加的RS-232电平转换芯片ADM202EARN和RS-485电平转换芯片SN65LBC184，即可组成RS-232串口、RS-485串口。MPC860T内部的快速以太网控制器FEC，通过外接以太网物理层芯片LXT972即可组成一个100M以太网接口用于与控制计算机互联。

如图8所示，本实用新型的射频读写器可以由外部提供交流AC 90～260V，或直流DC 12～24V进行工作，内部电路的工作电压为DC 5V和DC 3.3V。电源电路的作用实际上就是将由外部提供的交流AC和直流DC电源转换成为DC5V和DC 3.3V。电源电路主要包括交流转换直流AC-DC模块、二极管IN5822、直流变换DC-DC芯片LTM4600HV、线性稳压器LT1086和MIC29150。外部的交流电源输入到AC-DC模块，AC-DC模块输出为DC 12V电压，AC-DC模块输出经过二极管IN5822连接到DC-DC芯片LTM4600HV的输入端。外部的直流电源经过二极管IN5822连接到DC-DC芯片LTM4600HV的输入端，二极管IN5822的作用是防止电流倒灌。电源电路的核心器件是LTM4600HV，该器件的输入电压范围是4.5V～28V，输出为可调节。在本实用新型中，LTM4600HV的输出为5.2V。LTM4600HV输出的5.2V电源经过线性稳压器LT1086和MIC29150分别为基带电路、射频电路、通讯接口电路提供3.3V和5V的电源。

本实用新型的固定式射频读写器是整个有源射频识别系统中的关键设备，它与激励器、标签、后台数据处理终端一起构成完整的有源射频识别系统；固定式射频读写器是接收和发送带有调制信息的高频433.92MHz信号，为了增强系统抗干扰性能并提高标签识别率；固定式射频读写器采用了接收分集和天线极化分集技术；读写器利用UHF信道发送带有调制信息的高频指令信号到标签，接收标签返回的高频应答信号，实现读写器与标签间的信息交互；读写器内置了两副天线用于发射和接收特定433.92MHz的高频信号；读写器包含了两套射频电路分别与两幅天线相连，实现数据的无线收发功能，射频电路采用了收发分时工作的模式；固定式射频读写器与有源标签进行数据交互时采用了“读写器发送命令，标签应答”的模式，固定式射频读写器完成高频空中协议的处理；

有源标签有三种状态：睡眠状态、侦听状态、工作状态。固定式射频读写器可以发出高频信号控制处于侦听状态或工作状态的标签进行状态转换；本读写器的基带控制单元运行嵌入式软件以完成包括射频电路控制、无线数据编解码、空中协议、以太网协议等多种功能；本固定式射频读写器可通过RS-232串口、RS-485串口或以太网接口与控制计算机进行信息传递，完成远程监控、参数设置、软件升级等功能；本固定式射频读写器接收标签发出的高频应答信号，经过解调、解码处理后形成标签数据报文发往后台的控制计算机进行处理；后台的控制计算机可以对读写器进行控制：识读标签ID、读写标签数据、设置查询标签参数、设置查询读写器参数等等。

Claims (10)

1.一种固定式射频读写器，其特征在于：所述固定式射频读写器包括用于控制射频电路的基带电路，用于完成射频信号的产生、调制和解调的射频电路，用于发射和接收射频信号的天线，为基带电路和射频电路供电的电源电路；

基带电路的主控芯片分别连接复位芯片、时钟驱动芯片、存储模块。

2.根据权利要求1所述的固定式射频读写器，其特征在于：所述存储模块由同步动态随机存储器、FLASH存储器和现场可编程门阵列芯片组成。

3.根据权利要求1或2所述的固定式射频读写器，其特征在于：所述主控芯片接有通讯接口电路。

4.根据权利要求3所述的固定式射频读写器，其特征在于：所述通讯接口电路为RS-232串口、RS-485串口和以太网接口，用于与外部的控制计算机通信。

5.根据权利要求4所述的固定式射频读写器，其特征在于：所述射频电路的射频收发芯片采用CC1000，接现场可编程门阵列芯片。

6.根据权利要求5所述的固定式射频读写器，其特征在于：所述射频电路的发射通道和接收通道设有单片微波集成电路开关，与天线连接；天线接收到的信号经过单片微波集成电路开关进入接收通道，经低噪声放大器、声表滤波器至射频收发芯片；射频收发芯片发送的数据经功率放大模块、单片微波集成电路开关至天线。

7.根据权利要求6所述的固定式射频读写器，其特征在于：所述射频电路发射和接收433.92MHz射频信号。

8.根据权利要求7所述的固定式射频读写器，其特征在于：所述天线有两副，采用垂直交叉分布，两套射频电路分别与它们相连接。

9.根据权利要求8所述的固定式射频读写器，其特征在于：所述电源电路包括交流转换直流模块、二极管、直流变换芯片、线性稳压器；外部的交流电源经交流转换直流模块、二极管至直流变换芯片的输入端；外部的直流电源经过二极管至直流变换芯片的输入端；直流变换芯片输出的电源经过线性稳压器分别为基带电路、射频电路、通讯接口电路提供3.3V和5V的电源。

10.根据权利要求9所述的固定式射频读写器，其特征在于：所述主控芯片为MPC860T，现场可编程门阵列芯片为LFXP3C，FLASH存储器为28F640J3，同步动态随机存储器为MT48LC4M32，RS-232电平转换芯片为ADM202，RS-485电平转换芯片为SN65LBC184，以太网物理层芯片为LXT972A。

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