專利名稱：固定式射頻讀寫器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種射頻識別設(shè)備，特別是一種有源標(biāo)簽識別設(shè)備的讀寫
器o
背景技術(shù)：
射頻識別(Radio Frequency Identification, RFID)又稱電子標(biāo)簽(E-Tag) 技術(shù)，是一種利用射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)信息的技術(shù)。隨著RFID 核心技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，其應(yīng)用領(lǐng)域日益擴大，己經(jīng)越來越多的應(yīng)用在包 括軍事、航空、物流倉儲、商品零售、工業(yè)制造、資產(chǎn)管理、交通運輸、動物 識別和防偽防盜等不同的應(yīng)用領(lǐng)域。由電子標(biāo)簽、標(biāo)簽讀寫器、數(shù)據(jù)處理終端 構(gòu)成的射頻識別系統(tǒng)分為兩大類有源系統(tǒng)和無源系統(tǒng)。無源系統(tǒng)的電子標(biāo)簽 自身不帶電源，由射頻信號激勵標(biāo)簽工作，具有成本低的優(yōu)勢，但作用距離和 適應(yīng)速度受到一定限制；而電子標(biāo)簽內(nèi)置電池的有源射頻識別系統(tǒng)，具有作用 距離遠、適應(yīng)高速且標(biāo)簽功能易于擴展的特點，尤其在特定物質(zhì)監(jiān)控、高速移 動物體跟蹤及可靠識讀等方面有著無源RFID系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)勢。 發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種固定式射頻讀寫器，要解決的技術(shù)問題是實 現(xiàn)對有源標(biāo)簽的自動識別和管理。
本實用新型采用以下技術(shù)方案 一種固定式射頻讀寫器，包括用于控制射 頻電路的基帶電路，用于完成射頻信號的產(chǎn)生、調(diào)制和解調(diào)的射頻電路，用于
發(fā)射和接收射頻信號的天線，為基帶電路和射頻電路供電的電源電路；基帶電
路的主控芯片分別連接復(fù)位芯片、時鐘驅(qū)動芯片、存儲模塊。
本實用新型的存儲模塊由同步動態(tài)隨機存儲器、FLASH存儲器和現(xiàn)場可編 程門陣列芯片組成。
本實用新型的主控芯片接有通訊接口電路。
本實用新型的通訊接口電路為RS-232串口 、 RS-485串口和以太網(wǎng)接口 ，用 于與外部的控制計算機通信。
本實用新型的射頻電路的射頻收發(fā)芯片采用CC1000，接現(xiàn)場可編程門陣列芯片。
本實用新型的射頻電路的發(fā)射通道和接收通道設(shè)有單片微波集成電路開 關(guān)，與天線連接；天線接收到的信號經(jīng)過單片微波集成電路開關(guān)進入接收通道， 經(jīng)低噪聲放大器、聲表濾波器至射頻收發(fā)芯片；射頻收發(fā)芯片發(fā)送的數(shù)據(jù)經(jīng)功 率放大模塊、單片微波集成電路開關(guān)至天線。
本實用新型的射頻電路發(fā)射和接收433.92MHz射頻信號。 本實用新型的天線有兩副，釆用垂直交叉分布，兩套射頻電路分別與它們 相連接。
本實用新型的電源電路包括交流轉(zhuǎn)換直流模塊、二極管、直流變換芯片、 線性穩(wěn)壓器；外部的交流電源經(jīng)交流轉(zhuǎn)換直流模塊、二極管至直流變換芯片的 輸入端；外部的直流電源經(jīng)過二極管至直流變換芯片的輸入端；直流變換芯片 輸出的電源經(jīng)過線性穩(wěn)壓器分別為基帶電路、射頻電路、通訊接口電路提供3.3丫 和5V的電源。
本實用新型的主控芯片為MPC860T，現(xiàn)場可編程門陣列芯片為LFXP3C， FLASH存儲器為28F640J3，同步動態(tài)隨機存儲器為MT48LC4M32， RS-232電 平轉(zhuǎn)換芯片為ADM202， RS-485電平轉(zhuǎn)換芯片為SN65LBC184，以太網(wǎng)物理層
芯片為LXT972A
本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，基帶電路控制射頻電路，射頻電路完成射頻 信號的產(chǎn)生、調(diào)制和解調(diào)的射頻電路，利用天線發(fā)射和接收射頻信號，采用低 頻LF和超高頻UHF無線通信技術(shù)，由有電池供電的射頻標(biāo)簽、激勵器、固定 式射頻讀寫器及數(shù)據(jù)處理軟件組成的有源主動式RFID系統(tǒng)與無源被動式RFID 系統(tǒng)相比，其標(biāo)簽識讀距離更遠、識讀的可靠性更高，由于LF信號具有較好的 繞射能力，而UHF信號具有較強的穿透能力，主動式RFID系統(tǒng)結(jié)合LF和UHF 兩者的優(yōu)點，尤其適合集裝箱、大宗物體的倉儲管理、運輸途中物品的跟蹤管
理和現(xiàn)場分發(fā)管理。

圖1是本實用新型實施例的電路框圖。 圖2是本實用新型實施例的天線原理圖。 圖3是本實用新型實施例的射頻電路原理圖。 圖4是本實用新型實施例的基帶控制電路框圖。 圖5是本實用新型實施例的基帶控制主控芯片原理圖。 圖6是本實用新型實施例的基帶控制存儲器原理圖。 圖7是本實用新型實施例的通訊接口電路原理圖。 圖8是本實用新型實施例的電源電路原理圖。 圖9是本實用新型實施例的射頻電路方框圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步詳細說明。如圖1所示，本 實用新型的固定式射頻讀寫器包括基帶電路，用于控制通訊接口電路和射頻電 路，與基帶電路連接有射頻電路1和射頻電路2，用于完成射頻信號的產(chǎn)生、調(diào)
制和解調(diào)，分別與射頻電路1和射頻電路2連接的天線1和天線2，用于發(fā)射和 接收射頻信號，為基帶電路和射頻電路供電的電源電路，以及與基帶電路連接 的通訊接口電路，通訊接口電路是RS-232串口、 RS-485串口和以太網(wǎng)接口，用 于與外部的控制計算機通信。
如圖2所示，天線用于發(fā)射和接收433.92MHz的射頻信號。本實用新型考 慮到天線的方向性和易實現(xiàn)性，采用了兩副天線垂直交叉并在其后面增加金屬 板作為射頻反射面的結(jié)構(gòu)。每副天線采用一節(jié)銅管做輻射器，并在其兩端加電 感電容，組成諧振網(wǎng)絡(luò)來進行調(diào)諧和匹配。
如圖3和圖9所示，射頻電路用于數(shù)據(jù)無線收發(fā)，其核心是射頻收發(fā)芯片 U10CC1000，它完成射頻載波信號的產(chǎn)生、發(fā)射數(shù)據(jù)信號的調(diào)制和已調(diào)制信號 的放大，接收信號的放大、變頻和解調(diào)。為了提高射頻讀寫器整機的性能，在 發(fā)射和接收通道設(shè)有放大和濾波單元。由于射頻讀寫器采用半雙工工作模式， 在發(fā)射通道和接收通道通過一個砷化鎵單片微波集成電路開關(guān)GaAs MMIC HMC574連接到一副天線上。天線接收到的空中信號經(jīng)過開關(guān)HMC574進入接 收通道，接收通道前端使用了 Sirenza公司的SGL-0163作為低噪聲放大器LNA， 在LNA與射頻收發(fā)芯片之間串接有聲表濾波器。由天線接收到的信號經(jīng)過LNA 和聲表濾波器后送入芯片CC1000完成變頻、解調(diào)，CC1000產(chǎn)生的基帶數(shù)據(jù)傳 輸?shù)交鶐щ娐愤M行解碼。基帶電路發(fā)送需要調(diào)制的編碼數(shù)據(jù)到CC1000， CC1000 完成載波產(chǎn)生、數(shù)據(jù)調(diào)制，為了加大發(fā)射功率至10dBm,在CC1000的發(fā)射通 道后面串接有一個放大模塊HMC478。 HMC478放大后的已調(diào)信號經(jīng)過開關(guān) HMC574送入天線輻射到空中。
如圖4、圖5和圖6所示，基帶電路模塊包括主控芯片MPC860T，及與主 控芯片連接的電源芯片、復(fù)位芯片MAX706、時鐘驅(qū)動芯片CY2305、存儲模塊，
存儲模塊由同步動態(tài)隨機存儲器SDRAM存儲器MT48LC4NG2、 FLASH存儲 器28F640J3和現(xiàn)場可編程門陣列FPGA LFXP3C組成。FPGA完成與射頻電 路交互的編、解碼數(shù)據(jù)傳遞，射頻讀寫器需要發(fā)送高頻指令到電子標(biāo)簽時，主 控芯片將指令的數(shù)據(jù)存入FPGA內(nèi)的緩沖區(qū)，由FPGA按一定的規(guī)則進行編碼 并輸出到射頻電路的發(fā)射通道；當(dāng)射頻讀寫器接收到電子標(biāo)簽的應(yīng)答信號，射 頻電路接收通道完成標(biāo)簽信號的解調(diào)后，電子標(biāo)簽的基帶信號被送入FPGA， FPGA將對這些信號進行碼元轉(zhuǎn)換、檢錯處理然后保存在內(nèi)部的緩沖區(qū)中，完成 這些工作后，F(xiàn)PGA將通過中斷方式通知主控芯片。在發(fā)送高頻命令信號時， FPGA控制單路射頻電路進行發(fā)射工作；在接收高頻應(yīng)答時，F(xiàn)PGA可以同時啟 動兩路射頻電路進行接收工作，并對兩路射頻電路輸出的基帶信號同時進行解 碼。
主控芯片是整個射頻讀寫器的控制處理核心，它完成了射頻電路控制管理、 FPGA編解碼控制訪問、高頻空中協(xié)議實現(xiàn)和遠程網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實現(xiàn)的功能。主控芯 片采用功能強大的嵌入式PowerPC處理器MPC860T,內(nèi)置有多個通用異步收發(fā) 器UART， MPC860T內(nèi)部還有一個快速以太網(wǎng)控制器FEC。 MPC860T與FPGA、 SDRAM、 FLASH構(gòu)成了基帶處理的硬件平臺?；鶐幚砥脚_運行嵌入式操作 系統(tǒng)Linux，保證了空中協(xié)議、網(wǎng)路協(xié)議、存儲器控制等多任務(wù)并行處理。操作 系統(tǒng)Linux、空中協(xié)議軟件、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議軟件的代碼保存在FLASH存儲器中，當(dāng) 基帶電路上電后，主控芯片將程序代碼從FLASH存儲器轉(zhuǎn)移到SDRAM存儲器， 然后主控芯片運行SDRAM中的Linux系統(tǒng)軟件，然后由Linux系統(tǒng)負責(zé)分配資
源，調(diào)用空中協(xié)議軟件和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議軟件。
如圖7所示，通訊接口電路為射頻讀寫器提供RS-232串口、 RS-485串口或
以太網(wǎng)接口，射頻讀寫器可以通過這些接口與控制計算機進行通信。主控芯片MPC860T內(nèi)置的多個UART，通過外加的RS-232電平轉(zhuǎn)換芯片ADM202EARN 和RS-485電平轉(zhuǎn)換芯片SN65LBC184,即可組成RS-232串口 、 RS-485串口 。 MPC860T內(nèi)部的快速以太網(wǎng)控制器FEC，通過外接以太網(wǎng)物理層芯片LXT972 即可組成一個100M以太網(wǎng)接口用于與控制計算機互聯(lián)。
如圖8所示，本實用新型的射頻讀寫器可以由外部提供交流AC 90 260V， 或直流DC 12 24V進行工作，內(nèi)部電路的工作電壓為DC5V和DC3.3V。電 源電路的作用實際上就是將由外部提供的交流AC和直流DC電源轉(zhuǎn)換成為DC 5V和DC3.3V。電源電路主要包括交流轉(zhuǎn)換直流AC-DC模塊、二極管IN5822、 直流變換DC-DC芯片LTM4600HV、線性穩(wěn)壓器LT1086和MIC29150。外部的 交流電源輸入到AC-DC模塊，AC-DC模塊輸出為DC 12V電壓，AC-DC模塊 輸出經(jīng)過二極管IN5822連接到DC-DC芯片LTM4600HV的輸入端。外部的直 流電源經(jīng)過二極管IN5822連接到DC-DC芯片LTM4600HV的輸入端，二極管 IN5822的作用是防止電流倒灌。電源電路的核心器件是LTM4600HV，該器件 的輸入電壓范圍是4.5V 28V，輸出為可調(diào)節(jié)。在本實用新型中，LTM4600HV 的輸出為5.2V。 LTM4600HV輸出的5.2V電源經(jīng)過線性穩(wěn)壓器LT1086和 MIC29150分別為基帶電路、射頻電路、通訊接口電路提供3.3V和5V的電源。 本實用新型的固定式射頻讀寫器是整個有源射頻識別系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備， 它與激勵器、標(biāo)簽、后臺數(shù)據(jù)處理終端一起構(gòu)成完整的有源射頻識別系統(tǒng)；固 定式射頻讀寫器是接收和發(fā)送帶有調(diào)制信息的高頻433.92MHz信號，為了增強 系統(tǒng)抗干擾性能并提高標(biāo)簽識別率；固定式射頻讀寫器采用了接收分集和天線 極化分集技術(shù);讀寫器利用UHF信道發(fā)送帶有調(diào)制信息的高頻指令信號到標(biāo)簽， 接收標(biāo)簽返回的高頻應(yīng)答信號，實現(xiàn)讀寫器與標(biāo)簽間的信息交互；讀寫器內(nèi)置 了兩副天線用于發(fā)射和接收特定433.92MHz的高頻信號；讀寫器包含了兩套射
頻電路分別與兩幅天線相連，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線收發(fā)功能，射頻電路采用了收發(fā)
分時工作的模式；固定式射頻讀寫器與有源標(biāo)簽進行數(shù)據(jù)交互時采用了"讀寫 器發(fā)送命令，標(biāo)簽應(yīng)答"的模式，固定式射頻讀寫器完成高頻空中協(xié)議的處理 有源標(biāo)簽有三種狀態(tài)睡眠狀態(tài)、偵聽狀態(tài)、工作狀態(tài)。固定式射頻讀寫 器可以發(fā)出高頻信號控制處于偵聽狀態(tài)或工作狀態(tài)的標(biāo)簽進行狀態(tài)轉(zhuǎn)換；本讀 寫器的基帶控制單元運行嵌入式軟件以完成包括射頻電路控制、無線數(shù)據(jù)編解 碼、空中協(xié)議、以太網(wǎng)協(xié)議等多種功能；本固定式射頻讀寫器可通過RS-232串 口、 RS-485串口或以太網(wǎng)接口與控制計算機進行信息傳遞，完成遠程監(jiān)控、參 數(shù)設(shè)置、軟件升級等功能；本固定式射頻讀寫器接收標(biāo)簽發(fā)出的高頻應(yīng)答信號， 經(jīng)過解調(diào)、解碼處理后形成標(biāo)簽數(shù)據(jù)報文發(fā)往后臺的控制計算機進行處理；后 臺的控制計算機可以對讀寫器進行控制識讀標(biāo)簽ID、讀寫標(biāo)簽數(shù)據(jù)、設(shè)置査 詢標(biāo)簽參數(shù)、設(shè)置查詢讀寫器參數(shù)等等。
權(quán)利要求1.一種固定式射頻讀寫器，其特征在于所述固定式射頻讀寫器包括用于控制射頻電路的基帶電路，用于完成射頻信號的產(chǎn)生、調(diào)制和解調(diào)的射頻電路，用于發(fā)射和接收射頻信號的天線，為基帶電路和射頻電路供電的電源電路；基帶電路的主控芯片分別連接復(fù)位芯片、時鐘驅(qū)動芯片、存儲模塊。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固定式射頻讀寫器，其特征在于所述存儲模塊由同步動態(tài)隨機存儲器、FLASH存儲器和現(xiàn)場可編程門陣列芯片組成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的固定式射頻讀寫器，其特征在于所述主控芯片 接有通訊接口電路。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的固定式射頻讀寫器，其特征在于所述通訊接口電路 為RS-232串口、 RS-485串口和以太網(wǎng)接口，用于與外部的控制計算機通信。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的固定式射頻讀寫器，其特征在于所述射頻電路的射 頻收發(fā)芯片采用CC1000,接現(xiàn)場可編程門陣列芯片。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的固定式射頻讀寫器，其特征在于所述射頻電路的發(fā) 射通道和接收通道設(shè)有單片微波集成電路開關(guān)，與天線連接；天線接收到的 信號經(jīng)過單片微波集成電路開關(guān)進入接收通道，經(jīng)低噪聲放大器、聲表濾波 器至射頻收發(fā)芯片；射頻收發(fā)芯片發(fā)送的數(shù)據(jù)經(jīng)功率放大模塊、單片微波集 成電路開關(guān)至天線。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的固定式射頻讀寫器，其特征在于所述射頻電路發(fā)射 和接收433.92MHz射頻信號。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的固定式射頻讀寫器，其特征在于所述天線有兩副， 釆用垂直交叉分布，兩套射頻電路分別與它們相連接。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的固定式射頻讀寫器，其特征在于所述電源電路包括 交流轉(zhuǎn)換直流模塊、二極管、直流變換芯片、線性穩(wěn)壓器；外部的交流電源 經(jīng)交流轉(zhuǎn)換直流模塊、二極管至直流變換芯片的輸入端；外部的直流電源經(jīng) 過二極管至直流變換芯片的輸入端；直流變換芯片輸出的電源經(jīng)過線性穩(wěn)壓 器分別為基帶電路、射頻電路、通訊接口電路提供3.3V和5V的電源。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的固定式射頻讀寫器，其特征在于所述主控芯片為 MPC860T，現(xiàn)場可編程門陣列芯片為LFXP3C， FLASH存儲器為28F640J3， 同步動態(tài)隨機存儲器為MT48LC4M32， RS-232電平轉(zhuǎn)換芯片為ADM202， RS-485電平轉(zhuǎn)換芯片為SN65LBC184，以太網(wǎng)物理層芯片為LXT972A。
專利摘要本實用新型公開了一種固定式射頻讀寫器，要解決的技術(shù)問題是實現(xiàn)對有源標(biāo)簽的自動識別和管理。本實用新型的固定式射頻讀寫器包括用于控制射頻電路的基帶電路，用于完成射頻信號的產(chǎn)生、調(diào)制和解調(diào)的射頻電路，用于發(fā)射和接收射頻信號的天線，為基帶電路和射頻電路供電的電源電路；基帶電路的主控芯片分別連接復(fù)位芯片、時鐘驅(qū)動芯片、存儲模塊。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，其標(biāo)簽識讀距離更遠、識讀的可靠性更高，由于LF信號具有較好的繞射能力，而UHF信號具有較強的穿透能力，尤其適合集裝箱、大宗物體的倉儲管理、運輸途中物品的跟蹤管理和現(xiàn)場分發(fā)管理。
文檔編號G06K17/00GK201057561SQ200720119599
公開日2008年5月7日 申請日期2007年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月17日
發(fā)明者何鍵嵩, 馮漢炯, 淳 劉, 卉 呂, 利 楊, 武岳山, 王太忠, 陳小華 申請人:深圳市遠望谷信息技術(shù)股份有限公司