CN2567692Y - 长距离微波自动识别读写器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于微波短程通信技术领域，特别涉及长距离微波自动识别读写器。包括主电路板屏蔽盒组件1、接口电路板组件2、开关电源组件4、指示灯板组件5和密封外壳6等组件。采用四端环行器3和共面传输线相结合构成的本读写器，是按照国际射频识别系统ISO18000标准的命令格式，产生发射微波调制信号，通过天线发出电磁波。微波视场内的标识卡响应后，微波读写器要接收和处理标识卡反射回的各种信息。微波读写器通过串行通信接口与控制计算机的进行信息交换。微波读写器在接收电路不采用低噪声放大器条件下，其最大读卡距离可达18米以上。

Description

长距离微波自动识别读写器

                       技术领域

本实用新型属于微波短程通信技术领域，特别涉及长距离微波自动识别读写器。

                       背景技术

自汽车发明成为大众的交通工具以来的近百年间，一直使用着以车牌、车身号和发动机号作为机动车的标识。随着汽车的普及和发展，这些简单的标识方法暴露出越来越多的问题。车牌和车内刻的车身号和发动机号，很容易被复制或更改。一小部分不法分子将偷盗、走私、报废或非法拼装的车辆，使用假牌假证上路行驶。也有一部分人，为了逃避税费和保险费用，长期不参加年审，很多车辆带病运行。传统车牌的识别只能用眼睛或摄像的办法，辩识时间长。在车辆高速运动的时候，很难辩识清楚。检查车牌时，需将车辆拦停，一辆辆查，很难对所有的车辆进行普查。无法进行严密的监管，给不守法的人有了可乘之机。更大的问题是，使用传统的车牌标识技术，无法将标识信息直接输入计算机，只能人工用键盘录入，利用计算机的数据库技术进行查询，录入速度无法和汽车的运动速度相匹配。为此，研究人员推出了一种模式识别技术，自动识别车牌号，自动录入计算机。从理论上说，识别的准确率可以做到百分之八、九十。实际上受时间、地点、光线、雨水、尘土等气候和外部环境的影响，识别的准确率有时百分之五十都不到，无法辨别假牌假证。识别的结果只能作为办案的参考，不能满足不停车收费、门禁管理和运营监管必须完全正确，不能有差错的要求。

车辆的特点是快速机动，使用汽车微波标识卡，与基站的通讯是在瞬间完成的，在车辆速度超过每小时100公里时，能准确识别。微波电子识别技术利用各种微波读写设备，后台工作终端及处理计算机，专用或公众信息网，数据库管理等技术，在0.1秒内能准确读出在高速运动的车辆标识，瞬时输入到管理信息系统中去。实时地从数据库信息系统中调出该车的资料，进行分析比较，针对有疑问的机动车进行监控。

目前国内短程微波读写器如中国专利申请号：98203358.3所公开的，其设计是采用收、发分路体制，接收支路加低噪声放大器。但这种设计方案落后，系统组成复杂，成本高，体积大，不便于推广应用，且很少见到产品。而国内正在使用的国外引进产品：如美国Amtech公司生产的UAP2100读写器，虽然设计方案较先进，采用了时域双工器技术，不采用低噪声放大器，电路结构简单、紧凑，比较受人们欢迎，但仍存在收、发支路低、高功率信号共线传输，从而导致接收支路相位噪声大，接收灵敏度低下，其它杂散影响亦难避免，其宏观效果是有效读卡距离难以提高。

                       发明内容

本实用新型的目的是放弃传统收、发支路完全分离的设计方案，在设计方案中引进新型时域双工器技术，简化电路及结构，巧妙地实现接收和发射的低、高功率信号非共线传输，提供一种长距离微波自动识别读写器，以达到降低接收通道相位噪声，改善杂散影响，提高微波自动识别读写器接收灵敏度。

本实用新型的长距离微波自动识别读写器包括主电路板屏蔽盒组件1、接口电路板组件2、开关电源组件4、指示灯板组件5和密封外壳6等组件，参见图1及图6。其特征是：

所述的主电路板屏蔽盒组件1包括一个用来对微波发射和接收信号进行分离的四端环行器3、主电路板和屏蔽盒。在屏蔽盒的一侧安装有三只SMA连接器，另一侧安装有二只SMA连接器，5只SMA连接器的针端分别与主电路板相应的微带传输线连接，其中SMA连接器A、SMA连接器B、SMA连接器C的螺纹端分别与四端环行器3的1、2、3端口用同轴电缆14、同轴电缆10、同轴电缆15相连，SMA连接器D、SMA连接器E的螺纹端则分别用同轴电缆11、同轴电缆12与密封外壳6上的L16高频插座17、L16高频插座18的一端分别相连；L16高频插座17、L16高频插座18的另一端则通过外接电缆分别与微波天线F和微波天线G相连；

开关电源组件4的2芯插座与主电路板的2芯插座用电源导线20相连；

接口电路板组件2上的20芯插座与主电路板上的20芯插座用20芯扁平信号线9相连；

指示灯板组件5与接口电路板组件2用10芯扁平信号线8相连；

指示灯板组件5上安装有RS-232或RS-485通信口7，该通信口7与计算机进行串行通信；

所述的密封外壳6上还安装了一个GPRS天线高频插座19，其中一端通过GPRS天线输出电缆13与接口电路板组件2上的TNC连接器相连，另外一端通过外接电缆与GPRS天线相连。

所述的主电路板上主要包括晶体振荡器、频率锁相环模块、前级功放及调制器模块、末级功放模块、微波集成天线开关模块、4路同步检波器、2路视频放大模块和17C系列微处理器及接口模块；所有模块全部贴装在主电路板上。

晶体振荡器有两个输出脚，一个输出脚CLK1与微处理器的输入脚CLK1相连接，另外一输出脚提供一个参考频率给频率琐相环模块；

频率锁相环模块的CLK0、FRE DATA、EN三个输入脚分别与微处理器的对应的CLK0、FRE DATA、EN输出脚相连接；频率锁相环模块的载波信号输出脚通过衰减器与前级功放及调制器的载波信号输入脚相连；

微处理器的COMMAND信号脚通过与门7S08后与前级功放及调制器的调制信号输入脚相连；

前级功放及调制器的信号输出脚与末级功放的信号输入脚相连，微处理器AMP SW脚通过开关管后与末级功放的另外一个开关信号输入脚相连；

末级功放的放大信号输出脚与主电路板上的微带传输线相连，最后微带传输线被分成两路，一路与SMA连接器A的针端相连接，通过高频电缆14将SMA连接器A的螺纹端与四端环行器3的1端口相连，另外一路则通过衰减器与共面传输线相连；四端环行器3的2端口通过高频电缆10与SMA连接器B的螺纹端相连，SMA连接器B的针端则通过主电路板上的微带传输线与微波集成天线开关模块的信号输入脚相连；

微波集成天线开关模块的两个开关信号控制脚一个是与微处理器ANT SW脚直接相连，另一个脚则是与微处理器的ANT SW脚通过非门7S04后相连；微波集成天线开关模块的两个输出脚分别通过微带传输线与SMA连接器D和SMA连接器E的针端连接；

四端环行器的3端口通过高频电缆15与SMA连接器C的螺纹端相连，SMA连接器C的针端则通过主电路板上的微带传输线与共面传输线相连；

4路同步检波器输入脚是连接在共面传输线上的，4路同步检波器的4路输出被分成两部分连接到两个差分视频放大器的4个输入脚上；每个视频放大器有两个输出，分别与双路比较器的4个输入脚相连；双路比较器的两个输出脚CARD DATA1、CARD DATA2则对应连接到微处理器的两个输入脚CARD DATA1、CARD DATA2上；

主电路板上的微处理器是通过20芯扁平信号线9与接口电路板组件2进行通信的，微处理器跟指示灯板组件5的通信则通过10芯扁平信号线8；主电路板的电源是通过电源导线20与开关电源组件4相连。

所述的密封外壳6的表面具有散热凸起结构。

所述的主电路板和接口电路板组件2的两板之间有支撑柱。

本实用新型的技术方案是采用四端环行器3和共面传输线相结合构成的新型时域双工器。

本实用新型的长距离微波自动识别读写器，按照国际射频识别系统ISO18000标准的命令格式，产生发射微波调制信号，通过天线发出电磁波。微波视场内的标识卡响应后，微波读写器要接收和处理标识卡反射回的各种信息。通过读写器通信接口与控制计算机的进行信息交换。

微波读写器电路由收发双工器、发射电路、接收电路、微处理器和天线组成。微处理器PIC17C756微控制器是读写器的核心，整个收、发信号编解码处理，电路和天线的控制是由微处理器完成。

本实用新型由于引进了新型时域双工器技术，简化了电路及结构，巧妙地把发射、接收高、低功率信号进行分离，从而大大降低了接收通道的相位噪声，改善了接收灵敏度，使读写器在接收电路不采用低噪声放大器条件下，其最大读卡距离可达18米以上。在电路结构方面，大量采用了单片集成模块，运用先进表面贴装工艺，元器件全部集成在一块电路板上。整个装置结构精巧，电路特别简化，成本较低，可靠性高，读写作用距离远，用途极广。

                       附图说明

图1.本实用新型的读写器结构示意图；

    A.读写器内部结构剖视示意图；

    B.读写器内部结构俯视图；

图2.本实用新型的微波发射机电路图；

图3.本实用新型的微波接收机电路图；

图4.本实用新型的单片机通讯电路图；

图5.本实用新型的天线开关及电源电路图；

图6.本实用新型的微波自动识别读写器电路原理框图。

附图标记

1.主电路板屏蔽盒组件             2.接口电路板组件

3.四端环行器                     4.开关电源组件

5.指示灯板组件                   6.密封外壳

7.RS-232或RS-485通信口           8.信号线

9.信号线                         10.电缆

11.微波天线F输出电缆             12.微波天线G输出电缆

13.GPRS天线输出电缆              14.电缆

15.电缆                          16.电源插座

17.L16高频插座                   18.L16高频插座

19.GPRS天线高频插座              20.电源导线

下面结合附图及实施例对本实用新型的技术方案作进一步的描述。

                     具体实施方式

实施例1：

请参见图1、图6。长距离微波自动识别读写器包括表面具有散热凸起结构的铝质密封外壳6、主电路板屏蔽盒组件1、接口电路板组件2、四端环行器3、开关电源组件4、指示灯板组件5等组件。密封外壳6里面的一端安装2只L16高频插座和1只小型GPRS天线高频插座，另一端上安装220V交流电源插座16和带RS-232或RS-485通信接口7的指示灯板组件5。主电路板屏蔽盒组件1的主电路板和接口电路板组件2的两板之间用支撑柱加螺钉安装在密封外壳底板靠L16高频插头一端，开关电源组件4用螺钉安装在密封外壳底板靠指示灯板组件5一端。

电路板屏蔽盒组件9包括一个四端环行器3、主电路板和屏蔽盒。四端环行器3用螺丝安装在屏蔽盒底背面，主电路板安装在屏蔽盒内底面，盒体一侧安装三只SMA连接器，另一侧安装二只SMA连接器，五只SMA连接器的针端分别焊接在主电路板相应的微带传输线上，其中SMA连接器A、SMA连接器B、SMA连接器C的螺纹端分别与四端环行器3的1、2、3端口用同轴电缆14、同轴电缆10、同轴电缆15相连，SMA连接器D、SMA连接器E的螺纹端则分别用同轴电缆11、同轴电缆12与密封外壳6上的L16高频插座17、L16高频插座18的一端相连；主电路板上的20芯插座与接口电路板组件2上的20芯插座是用20芯扁平信号线9相连的；接口电路板组件2与指示灯板组件5用10芯扁平信号线8相连，指示灯板组件5上安装有RS-232或RS-485通信口7，通过该通信口7与计算机进行串行通信；开关电源组件4的2芯插座与主电路板的2芯插座用电源导线20相连；密封外壳6上的GPRS天线高频插座19，其中一端通过GPRS天线输出电缆13与接口电路板组件2上的TNC连接器相连，另外一端通过外接电缆与GPRS天线相连；四端环行器3是用来对微波发射和接收信号进行分离。

参见图2-6。主电路板上包括：晶体振荡器、频率锁相环模块、前级功放及调制器模块、末级功放模块、微波集成天线开关模块、4路同步检波器、2路视频放大模块和17C系列微处理器及接口模块。所有模块及外围电路器件全部贴装在主电路板上，并用导线连接。

当要进行读操作时，首先由主控计算机发送读命令经接口电路板组件2进行命令的转换后送往微处理器。微处理器接收到转换的读命令后，对命令进行判断和解释，由COMMAND脚输出Manchester编码的读命令。读命令经过与门7S08后与频率锁相环模块输出的载波信号在前级功放及调制器M2006进行调制放大，然后输出给末级功放M0913。微处理器通过AMP SW脚输出开关信号，通过开关管打开末级功放M0913工作，放大已调制的读命令信号，通过末级功放放大到大于或等于1W输出功率电平后，末级功放输出信号一路直接经四端环行器送至微波集成天线开关，由微处理器ANT SW输出的信号控制选择天线的输出口，经微波天线发送出去，另一路经衰减器衰减后送至共面传输线供4路接收解调同步检波器做参考信号。

微波视场内的电子标识卡反射回的差分编码回波信号由微波天线输入送至微波集成天线开关经共面传输线传送给4路同步检波器，与参考信号共同作用实现接收信号的解调，解调后的数据信号分别由2路差分视频放大器将微弱信号放大到一定电平再送到双比较器进行比较。比较器输出信号CARD DATA1、CARD DATA2分别送给对应的微处理器数据接收端口，经微处理器解码处理后由接口电路送给主控计算机。

这里长距离微波自动识别读写器的外接微波天线既作为发射天线也作为接收天线。

长距离微波自动识别读写器既可发出固定某一个频率的微波载波信号，也可发出随机跳频的微波载波信号。微处理器上电复位后，通过EN、FRE DATA、CLK0三个脚对频率锁相环进行初始化，设置某个频率。采取跳频模式工作时，读写卡过程中微处理器可通过EN、FREDATA、CLK0三个脚对频率锁相环随机地设置频率，以提高读写器的抗干扰能力

四端环行器与共面传输线共同构成时域双工器，该双工器的特点是把发射高功率信号和接收低功率信号进行了分离，这样有利于降低接收电路的相位噪声和其它杂散影响，有利于提高整机接收灵敏度。

高稳定晶体振荡器输出两路信号，一路供频率锁相环模块作参考分频信号，另一路供给微处理器作为时钟信号。

Claims (4)

1.一种长距离微波自动识别读写器，包括主电路板屏蔽盒组件(1)、接口电路板组件(2)、开关电源组件(4)、指示灯板组件(5)和密封外壳(6)组件，其特征是：

所述的主电路板屏蔽盒组件(1)包括一个用来对微波发射和接收信号进行分离的四端环行器(3)、主电路板和屏蔽盒；在屏蔽盒的一侧安装有三只SMA连接器，另一侧安装有二只SMA连接器，5只SMA连接器的针端分别与主电路板相应的微带传输线连接，其中SMA连接器(A)、SMA连接器(B)、SMA连接器(C)的螺纹端分别与四端环行器(3)的1、2、3端口用同轴电缆(14)、同轴电缆(10)、同轴电缆(15)相连，SMA连接器(D)、SMA连接器(E)的螺纹端则分别用同轴电缆(11)、同轴电缆(12)与密封外壳(6)上的L16高频插座(17)、L16高频插座(18)的一端分别相连；L16高频插座(17)、L16高频插座(18)的另一端则通过外接电缆分别与微波天线(F)和微波天线(G)相连；

开关电源组件(4)的插座与主电路板的插座用电源导线(20)相连；

接口电路板组件(2)上的插座与主电路板上的插座用信号线(9)相连；

指示灯板组件(5)与接口电路板组件(2)用信号线(8)相连；

指示灯板组件(5)上安装有RS-232或RS-485通信口(7)，该通信口(7)与计算机进行串行通信；

所述的密封外壳(6)上还安装了一个GPRS天线高频插座(19)，其中一端通过GPRS天线输出电缆(13)与接口电路板组件(2)上的TNC连接器相连，另外一端通过外接电缆与GPRS天线相连。

2.如权利要求1所述的读写器，其特征是：所述的主电路板上进一步包括晶体振荡器、频率锁相环模块、前级功放及调制器模块、末级功放模块、微波集成天线开关模块、4路同步检波器、2路视频放大模块和17C系列微处理器及接口模块；所有模块全部贴装在主电路板上；

晶体振荡器有两个输出脚，一个输出脚CLK1与微处理器的输入脚CLK1相连接，另外一输出脚提供一个参考频率给频率琐相环模块；

频率锁相环模块的CLK0、FRE DATA、EN三个输入脚分别与微处理器的对应的CLK0、FRE DATA、EN输出脚相连接；频率锁相环模块的载波信号输出脚通过衰减器与前级功放及调制器的载波信号输入脚相连；

微处理器的COMMAND信号脚通过与门7S08后与前级功放及调制器的调制信号输入脚相连；

前级功放及调制器的信号输出脚与末级功放的信号输入脚相连，微处理器AMP SW脚通过开关管后与末级功放的另外一个开关信号输入脚相连；

末级功放的放大信号输出脚与主电路板上的微带传输线相连，微带传输线被分成两路，一路与SMA连接器(A)的针端相连接，通过电缆(14)将SMA连接器(A)的螺纹端与四端环行器(3)的1端口相连，另外一路则通过衰减器与共面传输线相连；四端环行器(3)的2端口通过电缆(10)与SMA连接器(B)的螺纹端相连，SMA连接器(B)的针端则通过主电路板上的微带传输线与微波集成天线开关模块的信号输入脚相连；

微波集成天线开关模块的两个开关信号控制脚一个是与微处理器ANT SW脚直接相连，另一个脚则是与微处理器的ANT SW脚通过非门7S04后相连；微波集成天线开关模块的两个输出脚分别通过微带传输线与SMA连接器(D)和SMA连接器(E)的针端连接；

四端环行器(3)的(3)端口通过电缆(15)与SMA连接器(C)的螺纹端相连，SMA连接器(C)的针端则通过主电路板上的微带传输线与共面传输线相连；

4路同步检波器输入脚是连接在共面传输线上的，4路同步检波器的4路输出被分成两部分连接到两个差分视频放大器的4个输入脚上；每个视频放大器有两个输出，分别与双路比较器的4个输入脚相连；双路比较器的两个输出脚CARD DATA1、CARD DATA2则对应连接到微处理器的两个输入脚CARD DATDA1、CARD DATA2上；

主电路板上的微处理器是通过信号线(9)与接口电路板组件(2)进行通信的，微处理器跟指示灯板组件(5)的通信则通过信号线(8)；主电路板的电源是通过电源导线(20)与开关电源组件(4)相连。

3.如权利要求1所述的读写器，其特征是：所述的密封外壳(6)的表面具有散热凸起结构。

4.如权利要求1所述的读写器，其特征是：所述的主电路板和接口电路板组件(2)的两板之间有支撑柱。

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