CN207558004U - Gb/t29768-2013国标超高频rfid标签 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种GB/T29768‑2013国标超高频RFID标签，应用于射频识别领域，针对现有的研究GB/T29768‑2013国标超高频RFID协议方案少的问题，本实用新型通过单片机实现满足GB/T29768‑2013国标超高频RFID协议的射频识别标签，功耗低、成本低、研发时间短和自主知识产权，可以为研究RFID算法等功能提供快速实现的可能，为GB/T29768‑2013国标超高频RFID协议提供自主开发和设计平台，可以为国标RFID协议用在物联网领域提供设计和验证平台，由于其便携式，低功耗和低成本，可以直接用于各种应用系统中。

Description

GB/T29768-2013国标超高频RFID标签

技术领域

本实用新型属于射频识别领域，特别涉及满足GB/T29768-2013国标超高频RFID协议的射频识别标签。

背景技术

近年来，射频识别技术(RFID)飞速发展，在各行各业都能看到其应用的价值，其中超高频RFID识别技术由于识别距离远在远距离应用环境中有更多的优势，包括物品识别，目标跟踪，医疗监控，环境检测等等，其在最近很热门的领域——物联网，也有很大的发展前景。目前市面上的超高频RFID技术使用的通信协议，绝大部分都是EPCglobal、 ISO/IEC、UID、AIM等UHF RFID标准。为促进国内RFID产业的发展，我国自主定义了 GB/T29768-2013国标超高频RFID通信协议，该国标超高频RFID协议在编解码和指令结构等部分都有自主知识产权。

由于针对GB/T29768-2013国标超高频RFID通信协议的研究平台有限，本实用新型发明首次提出一种以单片机为载体，运用C语言和汇编语言混合编程的方式，用板级电路和单片机相结合的方式实现满足GB/T29768-2013国标超高频RFID协议的射频识别标签。

现有技术大部分是在芯片中实现GB/T29768-2013国标超高频RFID协议，或者通过FPGA等载体进行芯片的测试。

现有技术的缺点是：在标签芯片前期研究中，不能通过板级电路验证标签以及系统的性能，造成研发时间增长，功能验证不完善等缺陷；并且FPGA成本高，功耗大，不能满足小型化便携式需求，不能直接将FPGA实现的标签用在实际的应用中。

实用新型内容

本实用新型为解决上述技术问题，提出了符合GB/T29768-2013国标超高频RFID协议的超高频RFID标签，运用板级电路和单片机相结合的方式实现满足GB/T29768-2013国标超高频RFID协议的射频识别标签，该方案可以降低系统的研发成本和研发时间，并且有功耗低，小型化等优点。

本实用新型采用的技术方案是：GB/T29768-2013国标超高频RFID标签，包括：射频信号能量收集电路、解调器、调制器以及数字基带处理模块；所述射频信号能量收集电路通过将天线接收到的电磁波进行转换处理并存储；存储的能量为解调器与调制器提供工作电压；

所述解调器用于解调天线接收的射频信号；所述解调器的输出作为数字基带处理模块的输入；所述调制器采用反向散射通信的方式将数字基带处理模块输出的标签的返回数据反馈到读写器。

进一步地，所述射频信号能量收集电路包括：滤波器、匹配网络、第一整流电路、能量管理模块以及储能电容；天线接收的电磁波依次经过滤波器、匹配网络以及第一整流电路的处理，转换为直流电压，直流电压通过能量管理模块对储能电容进行充电。

进一步地，所述解调器包括：匹配电路、第二整流电路、检波电路、均值电路以及比较电路；天线接收的射频信号经过匹配电路后，进入第二整流电路进行处理，得到读写器发射的射频信号包络，经过检波电路处理后的包络信号分为两路，第一路进入比较电路，第二路经过均值电路后作为比较电路的判决门限。

进一步地，所述调制器包括四个并联且源极接地的MOS管；数字基带处理模块输出的标签的返回数据连接到所述四个MOS管的栅极。

进一步地，所述基带信号处理模块由单片机实现，具体根据行GB/T29768-2013国标超高频RFID协议对解调器输入的信号进行处理，并输出标签的返回数据。

本实用新型的有益效果：本实用新型的GB/T29768-2013国标超高频RFID标签，通过单片机实现满足GB/T29768-2013国标超高频RFID协议的射频识别标签，功耗低、成本低、研发时间短和自主知识产权，可以为研究RFID算法等功能提供快速实现的可能，为 GB/T29768-2013国标超高频RFID协议提供自主开发和设计平台，可以为国标RFID协议用在物联网领域提供设计和验证平台，由于其便携式，低功耗和低成本，可以直接用于各种应用场景的测试系统中。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的GB/T29768-2013国标超高频RFID标签结构图；

图2为本实用新型实施例提供的单片机实现的数字基带处理模块的结构图；

图3为本实用新型实施例提供的状态机转换图。

具体实施方式

为便于本领域技术人员理解本实用新型的技术内容，下面结合附图对本实用新型内容进一步阐释。

如图1所示为GB/T29768-2013国标超高频RFID标签结构图，本发明的 GB/T29768-2013国标超高频RFID标签，包括：射频信号能量收集电路、解调器、调制器以及数字基带处理模块；所述射频信号能量收集电路通过将天线接收到的电磁波进行转换处理并存储；存储的能量为解调器与调制器提供工作电压；

射频信号能量收集电路包括：滤波器、匹配网络、第一整流电路、能量管理模块以及储能电容；天线接收的电磁波依次经过滤波器、匹配网络以及第一整流电路的处理，转换为直流电压，将该直流电压输入能量管理模块，通过能量管理模块对储能电容进行充电；本实用新型的能量管理模块采用功耗低的芯片，比如低压差线性稳压器件TPS780300250、TPS780270200、TPS78001、TPS781330220等，它们工作的静态电流I_Q很低，大约在500nA，并且工作电流在150mA左右，可以满足该方案的低功耗，小型化的要求。

解调器包括：匹配电路、第二整流电路、检波电路、均值电路以及比较电路；天线接收的射频信号经过匹配电路后，进入第二整流电路进行处理，得到读写器发射的射频信号包络，经过检波电路处理后的包络信号分为两路，第一例进入比较电路，第二路经过均值电路后作为比较电路的判决门限；来判决输入的数据是高电平或者是低电平，本实施例只需要一位的比较器，一位的比较器也可以认为是一位的A/D转换器，其输出可以直接作为数字基带处理模块的输入信号，数字基带处理模块进行GB/T29768-2013国标超高频RFID 协议的处理。

调制器包括四个并联且源极接地的MOS管；数字基带处理模块输出的标签的返回数据连接到所述四个MOS管的栅极，用来控制MOS管的通断，具体的：当标签的返回数据为低电平“0”时，4个MOS管截止(类似于开路)，标签天线输入阻抗与标签电路的射频输入端口阻抗匹配，从天线接收的射频信号大部分会经由匹配电路传输至后级解调电路和能量收集电路。当标签的返回数据为高电平“1”时，4个MOS管导通(相当于接地)，标签电路的射频输入端口为低阻抗，此时标签天线输入阻抗与标签电路的射频输入端口阻抗不匹配，因此，大部分的射频信号在标签电路的射频输入端口经过天线被反射回读写器；经测试，采用4个并联形式的栅极受控MOS管BF1212WR可以达到良好的调制效果。

本实用新型的基带信号处理模块由单片机实现，具体根据行GB/T29768-2013国标超高频RFID协议对解调器输入的信号进行处理，并输出标签的返回数据；本实施例中选择TI公司的MSP430系列芯片，具有超低功耗的特性；如图2所示为单片机实现的基带信号处理模块结构图。

单片机每次上电都会进行初始化操作，完成单片机各模块和输入输出端口的初始化配置。首先不使能WatchDog(看门狗)，设置各个端口为固定的输入输出状态，初始化各模块包括主时钟的频率，初始化标签需要的非易失性存储器内的值，设置完成后，使单片机进入低功耗模式，等待射频前端电路检测到的解调输入信号。

定界符检测delimiter信号，delimiter信号是12.5us左右的低电平，当检测到输入信号的下降沿后，单片机使用汇编语言循环比较输入信号是否为低电平，当时间长度(每次比较的时钟周期固定，确定了主时钟频率就知道每次比较的时间长度)在12.5us左右(因为考虑增加了冗余，所以不是精确的12.5us)后，输入变为高电平，则表示检测到有效的定界符，否则表示检测到的定界符无效，继续检测输入信号的下降沿。

当检测到有效的定界符后，配置使能单片机的Timer计数器，并且配置Timer在上升沿触发，当检测到上升沿时开始计数，并且触发中断，在中断程序中读取当前计数器的值，用该值减去上一次中断时计数器的值(第一个上升沿读取的计数器值是零)，就得到最近的两个上升沿之间的计数器值，既上升沿之间的长度。Timer计数器需要提取校准符一和校准符二的计数器值，用其来计算前向链路的解码参考时间Pivot1、pivot2、Pivot3，得到这三个数据后，接下来根据上升沿之间的计数器值，可以计算出接收到的数据是符号00、符号01、符号10还是符号11。在Timer中断程序中，根据上升沿触发后每次记录的计数器的值计算接收到的命令或者命令参数，并保存在相应的寄存器或定义的数组中。并将相关数据提供给状态机和命令执行模块，在前向链路速率较低的情况可以根据计算的前向速率的大小来降低工作频率，达到降低功耗的目的。

协议实现模块：协议实现模块负责终端系统整体运转，包括CRC校验，状态机实现，总裁控制，命令处理，子模块调用，中断控制，时序控制，工作模式切换等。

编码模块：负责对将发送数据进行FM0/Miller编码并发送，编码模块通过调用时钟产生模块可以配置多种频率的编码时钟从而支持多种反向链路频率的编码。

时钟产生模块：时钟产生模块用来配置MSP430自带的DCO时钟，可配置的最高主时钟频率为16MHz，并且可以通过寄存器快速改变自身频率，根据反向链路速率，通过配置相关寄存器改变时钟产生模块的时钟频率。

状态机实现状态的跳转功能，状态机需要根据当前状态和接收到的命令执行相应的跳转操作，这里介绍用单片机实现GB/T29768-2013国标超高频RFID协议的方案。

1)状态机设计

在单片机中实现标签状态机，协助完成标签的防碰撞协议以及相应的鉴别协议，其状态转换如图3所示。标签上电开后首先判断是否被灭活，通过读取存储器中灭活标志来判断，如果灭活，标签直接进入灭活状态，否则标签进入准备状态。整个过程主要运用单片机汇编语言中的读取存储器指令、比较指令和跳转指令实现。

标签当接收到Query命令时，标志匹配的标签开始一个新的盘点周期，标签进入仲裁状态。

仲裁状态的标签接收Quey，Divide，Disperse,Shrink等命令执行对时槽计数器的加减和加减倍操作，当计数器记为零时，标签转入应答状态，并反向散射RN11+CRC5。阅读器接收到唯一的RN11+CRC5时，向该标签发送ACK命令，标签接收到该命令后比较 RN11+CRC5与发送的RN11+CRC5是否正确，若正确，则返回标签ID，并进入确认状态。

确认状态的标签根据鉴别模式跳转向不同的状态，如果不需要鉴别，在收到Get_RN， RefreshRN之后跳向开放状态；若需要鉴别，则在收到Get_RN，RefreshRN之后跳到鉴别状态进行鉴别，通过鉴别之后，跳转到开放的状态。阅读器可以向处于开放状态的标签发送访问命令，比对相应的字段来开启相应的权限。在比对字段成功后，转向安全状态，并获得相应的权限。

在安全状态中，阅读器可以对标签执行相应的已开启权限的操作。此外，阅读器也可以在安全状态的标签发送访问命令，来开启想要的权限。处于安全状态的标签当接收到有效的灭活命令和有效句柄的kill命令后进入灭活状态，进入灭活状态后，标签应通知询问机灭活操作成功，处于灭活状态的标签不再对询问机作出任何响应。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本实用新型的原理，应被理解为本实用新型的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。

Claims (5)

1.GB/T29768-2013国标超高频RFID标签，其特征在于，包括：射频信号能量收集电路、解调器、调制器以及数字基带处理模块；所述射频信号能量收集电路通过将天线接收到的电磁波进行转换处理并存储；存储的能量为解调器与调制器提供工作电压；

所述解调器用于解调天线接收的射频信号；所述解调器的输出作为数字基带处理模块的输入；所述调制器采用反向散射通信的方式将数字基带处理模块输出的标签的返回数据反馈到读写器。

2.根据权利要求1所述的GB/T29768-2013国标超高频RFID标签，其特征在于，所述射频信号能量收集电路包括：滤波器、匹配网络、第一整流电路、能量管理模块以及储能电容；天线接收的电磁波依次经过滤波器、匹配网络以及第一整流电路的处理，转换为直流电压，直流电压通过能量管理模块对储能电容进行充电。

3.根据权利要求1所述的GB/T29768-2013国标超高频RFID标签，其特征在于，所述解调器包括：匹配电路、第二整流电路、检波电路、均值电路以及比较电路；天线接收的射频信号经过匹配电路后，进入第二整流电路进行处理，得到读写器发射的射频信号包络，经过检波电路处理后的包络信号分为两路，第一例进入比较电路，第二路经过均值电路后作为比较电路的判决门限。

4.根据权利要求1所述的GB/T29768-2013国标超高频RFID标签，其特征在于，所述调制器包括四个并联且源极接地的MOS管；数字基带处理模块输出的标签的返回数据连接到所述四个MOS管的栅极。

5.根据权利要求1所述的GB/T29768-2013国标超高频RFID标签，其特征在于，所述数字基带处理模块由单片机实现，具体根据GB/T29768-2013国标超高频RFID协议对解调器输入的信号进行处理，并输出标签的返回数据。