專(zhuān)利名稱(chēng)：Rfid多協(xié)議讀寫(xiě)器的控制切換系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種RFID多協(xié)議讀寫(xiě) 器的軟開(kāi)關(guān)控制切換系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)RFID是一種非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，其基本原理是利用 射頻信號(hào)和空間耦合，即電感耦合或電磁耦合的傳輸特性自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并 獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，通過(guò)后臺(tái)網(wǎng)絡(luò)使得物品跟蹤和信息共享可以在更大范圍乃至全 球范圍進(jìn)行。作為一種新興的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)RFID近年來(lái)得 到了迅速發(fā)展，國(guó)內(nèi)基于RFID的應(yīng)用包括城市交通一卡通系統(tǒng)和第二代身份證 等，并逐漸形成了一個(gè)朝氣蓬勃的新產(chǎn)業(yè)。但另一方面，隨著RFID技術(shù)的迅速 發(fā)展，國(guó)際上紛紛推出各種通信協(xié)議來(lái)適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)合，協(xié)議之間互不兼 容，標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一已成為制約RFID發(fā)展的重要因素之一。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、能夠自動(dòng)完成不同協(xié) 議之間自由切換的RFID多協(xié)議讀寫(xiě)器的控制切換系統(tǒng)。 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案
本實(shí)用新型包括控制系統(tǒng)、發(fā)射通道電路、接收通道電路和上位機(jī)串口通 信電路；發(fā)射通道電路和接收通道電路均與控制系統(tǒng)相連接，控制系統(tǒng)與上位 機(jī)串口通信電路相連接，上述的接收通道電路包括輸入匹配電路、可控帶通濾 波器、信號(hào)放大電路和可控解調(diào)電路，其中，輸入匹配電路相連可控帶通濾波 器，可控帶通濾波器連接信號(hào)放大電路，信號(hào)放大電路連接可控解調(diào)器，且可 控解調(diào)器和可控帶通濾波器還直接與控制系統(tǒng)相連接；上述發(fā)射通道電路所產(chǎn) 生的發(fā)射信號(hào)及發(fā)射信號(hào)的調(diào)制方式受控制系統(tǒng)的控制，其中調(diào)制器的輸入端 與控制系統(tǒng)相連接，調(diào)制器的輸出端連接功率放大電路，功率放大電路連接輸 出匹配電路。
上述的可控解調(diào)電路包括第一二極管、等效電阻和第四電容，等效電阻和 第四電容并聯(lián)連接后與第一二極管的陰極相連接；上述的等效電阻包括串聯(lián)連 接的第一電阻和第五電阻，其中，第一電阻和第五電阻的公共端連接至控制系 統(tǒng)中。
上述的可控帶通濾波器為一階并聯(lián)諧振帶通濾波器，它包括并聯(lián)連接的第 六電容和第三電阻，其中第六電容和第三電阻的公共端連接至控制系統(tǒng)中。上述的RFID多協(xié)議讀寫(xiě)器為IS015693和14443A、 B標(biāo)準(zhǔn)的雙協(xié)議RFID讀 寫(xiě)器。
采用上述技術(shù)方案的本實(shí)用新型，將硬件電路的工作參數(shù)通過(guò)由軟件控制 的開(kāi)關(guān)電路來(lái)進(jìn)行自動(dòng)切換，稱(chēng)之為軟開(kāi)關(guān)切換。這樣，通過(guò)軟開(kāi)關(guān)切換實(shí)現(xiàn) 電路工作狀態(tài)的變換或轉(zhuǎn)換，使電路能針對(duì)多種信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)接收和處理。通 過(guò)軟件控制可自動(dòng)切換電路的工作參數(shù)，使讀寫(xiě)器能夠完成對(duì)不同協(xié)議RFID射 頻卡的讀寫(xiě)操作，滿(mǎn)足了射頻卡對(duì)工作參數(shù)變化的需求，降低了不同協(xié)議射頻 卡應(yīng)用的成本，有利于射頻卡的大范圍推廣和普及。另外，通過(guò)電路的靈活設(shè) 計(jì)以及系統(tǒng)成本的考慮，應(yīng)用軟開(kāi)關(guān)切換技術(shù)可構(gòu)成雙協(xié)議，如IS015693、 14443A、 B標(biāo)準(zhǔn)的RFID射頻卡讀寫(xiě)器，以及在此基礎(chǔ)上通過(guò)擴(kuò)展形成雙協(xié)議以 上的多協(xié)議讀寫(xiě)器，同時(shí)也包括應(yīng)用于其它需要RFID技術(shù)的設(shè)備或電路上。 采用軟開(kāi)關(guān)切換電路實(shí)現(xiàn)多協(xié)議標(biāo)簽將可以滿(mǎn)足多種場(chǎng)合應(yīng)用需要，有利于 RFID技術(shù)發(fā)展和推廣。


圖1為本實(shí)用新型的軟開(kāi)關(guān)控制切換圖2為本實(shí)用新型的原理框圖3為本實(shí)用新型中實(shí)施例1的可控解調(diào)電路圖4為本實(shí)用新型中實(shí)施例1的可控帶通濾波器的電路圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
如圖1所示，本實(shí)用新型中RFID多協(xié)議讀寫(xiě)器根據(jù)上位機(jī)命令確定接收信 號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)調(diào)整由軟件控制的可控電路的工作參數(shù)和工作狀態(tài)，這樣，硬 件電路的工作參數(shù)就可以由上位機(jī)的軟件來(lái)控制，在本實(shí)用新型中將其稱(chēng)之為 軟開(kāi)關(guān)切換。通過(guò)上述軟開(kāi)關(guān)切換實(shí)現(xiàn)硬件電路工作狀態(tài)的變換或轉(zhuǎn)換，使接 收通道電路和發(fā)射通道電路可根據(jù)不同協(xié)議的多種輸入信號(hào)進(jìn)行處理。上述的 可控電路主要包括可控帶通濾波器和可控解調(diào)器。在本實(shí)施例中，RFID多協(xié)議 讀寫(xiě)器為IS015693和14443A、 B標(biāo)準(zhǔn)的雙協(xié)議RFID讀寫(xiě)器。
其主要的切換過(guò)程如圖1所示，RFID的多協(xié)議讀寫(xiě)器中的控制系統(tǒng)首先啟 動(dòng)接收通道電路，然后根據(jù)上位機(jī)的命令確定接收信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)。如果是14443A、 B標(biāo)準(zhǔn)，則控制系統(tǒng)中的微處理器通過(guò)控制邏輯從I/O 口 RB2輸出0模式至可 控解調(diào)電路，改變其電路參數(shù)實(shí)現(xiàn)14443A、 B信號(hào)的檢波處理，另外其控制系 統(tǒng)中 4另外其控制系統(tǒng)中的I/O 口 RB3輸出為0模式，來(lái)調(diào)整可控帶通濾波器的中心 頻率。在改變了其硬件電路的工作參數(shù)后，其接收通道電路就可以接收處理不 同通信協(xié)議之間信號(hào)，而發(fā)射通道電路中發(fā)射信號(hào)及發(fā)射信號(hào)的調(diào)制方式也受 控制系統(tǒng)的控制。
為實(shí)施本實(shí)用新型中的方法，采用了以下的硬件電路設(shè)計(jì)
如圖2所示，RFID多協(xié)議讀寫(xiě)器的軟開(kāi)關(guān)控制切換系統(tǒng)包括控制系統(tǒng)、發(fā) 射通道電路、接收通道電路和上位機(jī)串口通信電路。發(fā)射通道電路和接收通道 電路均通過(guò)天線與RFID卡進(jìn)行通信，另外，發(fā)射通道電路和接收通道電路均與 控制系統(tǒng)相連接，控制系統(tǒng)與上位機(jī)串口通信電路相連接，上位機(jī)串口通信電 路連接外設(shè)的上位機(jī)，上述的上位機(jī)可以為一臺(tái)PC機(jī)，上述的控制系統(tǒng)是以高 速單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)的，上述的上位機(jī)串口通信電路包括RS232接口電路和 USB接口電路，均為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所熟知的技術(shù)。這樣，上位機(jī)的命令 即可通過(guò)上位機(jī)串口通信電路發(fā)送至控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)再根據(jù)命令作出相應(yīng) 動(dòng)作。另外，為使本實(shí)用新型可以正常工作，本實(shí)用新型中還應(yīng)包括電源電路 等外圍電路，上述的電源電路均與控制系統(tǒng)、發(fā)射通道電路、接收通道電路和 上位機(jī)串口通信電路相連接，電源電路為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所熟知的技術(shù)。
在本實(shí)用新型中，接收通道電路包括輸入匹配電路、可控帶通濾波器、信 號(hào)放大電路和可控解調(diào)電路。上述的輸入匹配電路相連可控帶通濾波器，可控 帶通濾波器連接信號(hào)放大電路，信號(hào)放大電路連接可控解調(diào)器，且可控解調(diào)器 和可控帶通濾波器還直接與控制系統(tǒng)相連接。這樣，在本實(shí)用新型中，可控帶 通濾波器和可控解調(diào)器是基于軟開(kāi)關(guān)切換設(shè)計(jì)的多參數(shù)可控電路，控制信號(hào)來(lái) 自于控制系統(tǒng)，在控制信號(hào)作用下，可控電路可以工作于不同的信號(hào)頻率，從 而進(jìn)行不同協(xié)議輸入信號(hào)的處理。
在本實(shí)用新型中，發(fā)射通道電路所產(chǎn)生的發(fā)射信號(hào)及發(fā)射信號(hào)的調(diào)制方式 受控制系統(tǒng)的控制，其中調(diào)制器的輸入端與控制系統(tǒng)相連接，調(diào)制器的輸出端 連接功率放大電路，功率放大電路連接輸出匹配電路。在本實(shí)施例中，RFID多 協(xié)議讀寫(xiě)器為13.56MHz的IS015693和14443A、B標(biāo)準(zhǔn)的雙協(xié)議RFID讀寫(xiě)器。
具體地說(shuō)，RFID多協(xié)議讀寫(xiě)器的工作原理是13.56MHz晶振信號(hào)既是微 處理器的時(shí)鐘信號(hào)，同時(shí)又作為發(fā)射載波信號(hào)使用，整個(gè)讀寫(xiě)器以高速單片機(jī) 為控制系統(tǒng)的核心設(shè)計(jì)，上述的高速單片機(jī)可以為PIC18F252。 RFID多協(xié)議讀 寫(xiě)器接通電源后，在系統(tǒng)程序的控制下，RFID多協(xié)議讀寫(xiě)器通過(guò)天線向外發(fā)射 13.56MHz的調(diào)制射頻信號(hào)，并形成一定范圍的檢測(cè)區(qū)；當(dāng)射頻標(biāo)簽進(jìn)入檢測(cè)區(qū) 時(shí)，通過(guò)電感耦合將射頻能量轉(zhuǎn)換為感應(yīng)電壓，并通過(guò)橋式整流變成直流，再經(jīng)濾波、穩(wěn)壓后成為射頻標(biāo)簽的工作電壓；之后射頻卡根據(jù)通信協(xié)議從射頻脈 沖中解調(diào)出命令和數(shù)據(jù)并送到控制邏輯，控制邏輯接收指令完成存儲(chǔ)、發(fā)送數(shù) 據(jù)或其它操作，射頻標(biāo)簽如果需要發(fā)送數(shù)據(jù)，它將根據(jù)通信協(xié)議約定將數(shù)據(jù)編 碼用一種副載波或兩種副載波進(jìn)行副載波負(fù)載調(diào)制，然后通過(guò)天線發(fā)送給讀寫(xiě) 器。 一般來(lái)說(shuō)，工作于13.56MHZ的RFID國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中，IS014443A標(biāo)準(zhǔn)采用曼 徹斯特Manchester編碼，其副載波頻率為847KHZ; IS014443B標(biāo)準(zhǔn)采用NRZ 編碼，其副載波頻率同樣也為847KHZ; IS015693標(biāo)準(zhǔn)采用曼徹斯特Manchester 編碼，其副載波頻率為423.75 kHz或484.28 kHz。上述的編碼技術(shù)均為本領(lǐng)域 普通技術(shù)人員所熟知的技術(shù)。讀寫(xiě)器接收信號(hào)后，通過(guò)軟開(kāi)關(guān)切換改變電路參 數(shù)，對(duì)收到的標(biāo)簽信號(hào)進(jìn)行檢波和濾波處理，解調(diào)后送入微處理器進(jìn)行完整性 校驗(yàn)等處理，最后獲取標(biāo)簽信息完成RFID卡讀取操作。
為自由切換可控電路，本實(shí)用新型中的可控解調(diào)電路和可控帶通濾波器的 工作原理如下
如圖3所示，本實(shí)用新型中的可控解調(diào)電路包括第一二極管D1、等效電阻 和第四電容C4，等效電阻和第四電容C4并聯(lián)連接后與第一二極管Dl的陰極相 連接。上述的等效電阻包括串聯(lián)連接的第一電阻R1和第五電阻R5，其中，第 一電阻R1和第五電阻R5的公共端連接至控制系統(tǒng)中。
基于本實(shí)用新型軟開(kāi)關(guān)切換的可控解調(diào)電路工作原理如下-
為保證電路對(duì)不同協(xié)議標(biāo)簽信號(hào)的兼容，檢波電路應(yīng)具備可切換性。對(duì)于 15693標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)簽到讀寫(xiě)器的通信采用帶副載波的負(fù)載調(diào)制方式。讀寫(xiě)器以協(xié)議 頭的第一位來(lái)確定選擇一種副載波還是兩種副載波，使用一種副載波時(shí)，頻率 /s=423.75KHz;使用兩種副載波時(shí)，頻率/s產(chǎn)423.75KHz，頻率/sf484.28KHz; 對(duì)于14443標(biāo)準(zhǔn)，副載波頻率皆為847.5KHz。因此檢波電路要同時(shí)具備較好檢 波423.75KHz、 484.28KHz、 847.5KHz信號(hào)的能力。
電路由二極管、電容和電阻組成，輸入信號(hào)為天線上的已調(diào)幅載波。當(dāng)信 號(hào)的正半周到來(lái)時(shí)二極管D1導(dǎo)通，電流對(duì)電容C充電，充電時(shí)間常數(shù)為RDC， 其中Ro為Dl的導(dǎo)通電阻，隨著C的充電，輸出電壓上升；當(dāng)信號(hào)的負(fù)半周到 來(lái)時(shí)二極管Dl截止，電容C向電阻放電，放電時(shí)間常數(shù)為RC，由干RC >> RDC， 所以電容C上的電荷未放完時(shí)二極管D1又導(dǎo)通，C再充電，如此周而復(fù)始的出 現(xiàn)，輸出電壓就隨己調(diào)波的包絡(luò)線而變化。
電路中檢波處理的好壞取決于RC時(shí)間常數(shù)，電容C選擇68PF，而電阻R 由Rl、 R5組成一等效可控電阻，對(duì)于15693標(biāo)準(zhǔn)的副載波423.75KHz和 484.28KHz，其相對(duì)載波13.56MHz小很多，時(shí)間常數(shù)RC要大一點(diǎn)；而14443標(biāo)準(zhǔn)的副載波847.5KHz相對(duì)較高，RC要小一些。所以對(duì)于15693標(biāo)準(zhǔn)，置單 片機(jī)1/0 口RB2為高阻狀態(tài)，相當(dāng)于斷開(kāi)，等效電阻I^R1+R5;對(duì)于14443標(biāo) 準(zhǔn)，置RB2為輸出0模式，相當(dāng)于接地，所以R=R1。兩種情況下 乂-l/(RC)-0.147MHz或0.181MHz,載波頻率/s^3.56MHz，皆滿(mǎn)足/cK〈/s，電路 能夠進(jìn)行正常的檢波處理。
如圖4所示，可控帶通濾波器為一階并聯(lián)諧振帶通濾波器，它包括并聯(lián)連 接的第六電容C6和第三電阻R3，第六電容C6和第三電阻R3的公共端連接至 控制系統(tǒng)中。
基于本實(shí)用新型軟開(kāi)關(guān)切換的可控濾波電路工作原理如下 濾波電路采用一階并聯(lián)諧振帶通濾波，同時(shí)為兼容不同頻率的信號(hào)，其中 心頻率和帶寬應(yīng)該具備可控的特點(diǎn)?？刂茙V波器的中心頻率和帶寬采用外 接并聯(lián)電容、電阻的方法，如圖3所示，并聯(lián)電容C6、 ^阻R3的另一端接單 片機(jī)的I/0口RB3。置RB3為輸出高阻模式，相當(dāng)于斷開(kāi)，并聯(lián)電容、電阻對(duì) 諧振電路無(wú)效；置RB3為輸出0模式，相當(dāng)于接地，并聯(lián)電容、電阻對(duì)諧振電 路有效并聯(lián)。
對(duì)于14443標(biāo)準(zhǔn)，置RB3為輸入高阻模式，C6、 R3斷開(kāi)。其副載波信號(hào) 頻率為847.5KHz，基帶信號(hào)/頻率為106KHz，所以帶通濾波器中心頻率 /o=847.5KHz 3dB帶寬 B，212KHz 所以其并聯(lián)諧振的Q值為
取電感￡1值為100//H，電容C5取值360pF，諧振頗率在847.5kHz左右；由
此可以計(jì)算其并聯(lián)電阻
實(shí)際調(diào)試中取值1.2k較為合適。
對(duì)于15693標(biāo)準(zhǔn)，置RB3為輸出0模式，C6、 R3對(duì)諧振電路有效并聯(lián)。 其有423.75KHz和484.28KHz的兩個(gè)副載波信號(hào)，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)中心頻率為 /o=(/I+/2)/2=452KHz
基帶信號(hào)/頻率為26.5KHz,所以下截止頻率
423.75KHz-26.5KHz =397KHz 上截止頻率
/2+/= 484.28KHz+26.5KHz=51 lKHz3dB帶寬
B2511-397=114KHz Q值為
其并聯(lián)電阻
取電感ZJ不變，電容C6取值IOOO; F，諧振頗率在452kHz左右；調(diào)試中取 R3為3.3k，則并聯(lián)諧振的等效電阻 R=R2//R3=0.88k<1.13k
滿(mǎn)足要求。 實(shí)施例2
本實(shí)施例與實(shí)施例1不同的是，在本實(shí)施例中，RFID多協(xié)議讀寫(xiě)器為 13.56MHz的ISO18000-3和14443A、 B標(biāo)準(zhǔn)的雙協(xié)議RFID讀寫(xiě)器。其中， ISO18000-3有兩個(gè)模式模式1與IS015693協(xié)議兼容，因此其可控電路可采用 與IS015693協(xié)議的可控電路相一致的軟開(kāi)關(guān)切換電路；而模式2為采用MFM 編碼，其副載波的中心頻率為969 3013kHz。基于這一點(diǎn)，在對(duì)應(yīng)ISO18000-3 模式2的可控電路中，檢波電路中的時(shí)間常數(shù)RC也要稍小一些，帶通濾波的帶 寬范圍要相應(yīng)大一些。
其他技術(shù)特征與實(shí)施例1相同。
基于本實(shí)用新型軟開(kāi)關(guān)切換的可控電路除應(yīng)用于可控濾波和檢波電路外， 還可應(yīng)用于其它需要變換參數(shù)的電路中；并且通過(guò)電路設(shè)計(jì)上的擴(kuò)展，電路參 數(shù)的變換可應(yīng)用于其他不同的通信協(xié)議中。
權(quán)利要求1、一種RFID多協(xié)議讀寫(xiě)器的控制切換系統(tǒng)，它包括控制系統(tǒng)、發(fā)射通道電路、接收通道電路和上位機(jī)串口通信電路；所述的發(fā)射通道電路和接收通道電路均與控制系統(tǒng)相連接，控制系統(tǒng)與上位機(jī)串口通信電路相連接，其特征在于所述的接收通道電路包括輸入匹配電路、可控帶通濾波器、信號(hào)放大電路和可控解調(diào)電路，所述的輸入匹配電路連接可控帶通濾波器，可控帶通濾波器連接信號(hào)放大電路，信號(hào)放大電路連接可控解調(diào)器，且所述的可控解調(diào)器和可控帶通濾波器還直接與控制系統(tǒng)相連接；所述發(fā)射通道電路所產(chǎn)生的發(fā)射信號(hào)及發(fā)射信號(hào)的調(diào)制方式受控制系統(tǒng)的控制，其中調(diào)制器的輸入端與控制系統(tǒng)相連接，調(diào)制器的輸出端連接功率放大電路，功率放大電路連接輸出匹配電路。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的RFID多協(xié)議讀寫(xiě)器的控制切換系統(tǒng)，其特征在 于所述的可控解調(diào)電路包括第一二極管(Dl)、等效電阻和第四電容(C4)， 所述等效電阻和第四電容(C4)并聯(lián)連接后與第一二極管(Dl)的陰極相連接； 所述的等效電阻包括串聯(lián)連接的第一電阻(Rl)和第五電阻(R5),其中，第一 電阻(Rl)和第五電阻(R5)的公共端連接至控制系統(tǒng)中。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的RFID多協(xié)議讀寫(xiě)器的控制切換系統(tǒng)，其特征在 于所述的可控帶通濾波器為一階并聯(lián)諧振帶通濾波器，它包括并聯(lián)連接的第 六電容(C6)和第三電阻(R3)，所述第六電容(C6)和第三電阻(R3)的公共 端連接至控制系統(tǒng)中。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的RFID多協(xié)議讀寫(xiě)器的控制切換系統(tǒng)，其特征在 于所述的RFID多協(xié)議讀寫(xiě)器為IS015693和14443A、 B標(biāo)準(zhǔn)的雙協(xié)議RFID讀 寫(xiě)器。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種RFID多協(xié)議讀寫(xiě)器的控制切換系統(tǒng)，它包括控制系統(tǒng)、發(fā)射通道電路、接收通道電路和上位機(jī)串口通信電路；發(fā)射通道電路和接收通道電路均與控制系統(tǒng)相連接，控制系統(tǒng)與上位機(jī)串口通信電路相連接，接收通道電路包括輸入匹配電路、可控帶通濾波器、信號(hào)放大電路和可控解調(diào)電路，輸入匹配電路連接可控帶通濾波器，可控帶通濾波器連接信號(hào)放大電路，信號(hào)放大電路連接可控解調(diào)器，且可控解調(diào)器和可控帶通濾波器還直接與控制系統(tǒng)相連接；發(fā)射通道電路所產(chǎn)生的發(fā)射信號(hào)及發(fā)射信號(hào)的調(diào)制方式受控制系統(tǒng)的控制，其中調(diào)制器的輸入端與控制系統(tǒng)相連接，調(diào)制器的輸出端連接功率放大電路，功率放大電路連接輸出匹配電路，能實(shí)現(xiàn)切換。
文檔編號(hào)G06K7/00GK201345104SQ20082023889
公開(kāi)日2009年11月11日 申請(qǐng)日期2008年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月29日
發(fā)明者宋豫全, 王忠勇, 鄧計(jì)才, 高向川 申請(qǐng)人:鄭州大學(xué)