專利名稱：一種射頻識(shí)別讀寫器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種射頻識(shí)別讀寫器
本實(shí)用新型涉及射頻識(shí)別技術(shù)，尤其涉及一種射頻識(shí)別讀寫器。 [背景4支術(shù)]
射頻識(shí)別技術(shù)(RFID)是上世紀(jì)80年代興起并不斷走向成熟的一 項(xiàng)自動(dòng)無(wú)線識(shí)別和數(shù)據(jù)獲取技術(shù)。與傳統(tǒng)的條碼、磁卡等自動(dòng)識(shí)別技 術(shù)相比，RFID技術(shù)在工作距離、保密性、智能化及其環(huán)境適應(yīng)能力等 方面都有顯著優(yōu)勢(shì)，且可同時(shí)識(shí)別多個(gè)高速運(yùn)動(dòng)物體，有廣闊的發(fā)展 前景。
RFID系統(tǒng)由電子標(biāo)簽、天線電路、讀寫器三部分組成。讀寫器通 過(guò)天線電路發(fā)送、接收信號(hào)，無(wú)接觸地讀取和識(shí)別標(biāo)簽中所保存的數(shù) 據(jù)，并將信息傳送至上位機(jī)進(jìn)一步處理，從而達(dá)到目標(biāo)識(shí)別的目的。 由此可見，讀寫器是RFID技術(shù)的核心。
RFID所采用工作頻率有125K， 13. 56M, 433M， 915M, 2. 4G， 5. 8G 等頻段，其中用于近距離識(shí)別的13. 56M無(wú)源RFID系統(tǒng)是目前應(yīng)用最 廣泛的射頻識(shí)別系統(tǒng)之一。11 56M的射頻識(shí)別廣泛應(yīng)用于人員考勤， 電子門票，城市一-!^通，文件管理等領(lǐng)域。目前，生產(chǎn)13.56M電子標(biāo) 簽的廠家有TI, Philips等公司，這些 ^司同時(shí)也生產(chǎn)13. 56M讀寫器 的核心部件一一讀寫器集成芯片，這些芯片 一般集成了射頻物理通道 和部分空中接口協(xié)議的處理。國(guó)內(nèi)的13. 56M讀寫器一般都采用這些芯 片。目前，這種芯片的價(jià)格一般在人民幣30元左右，再加上微處理器最低成本在40元左右。雖然這一價(jià)位已經(jīng) 是遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于UHF或微波頻段的讀寫器產(chǎn)品，但以目前的應(yīng)用面來(lái)看， 這一成本價(jià)格已經(jīng)在制約讀寫器市場(chǎng)的進(jìn)一 步發(fā)展。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
圖l是本實(shí)用新型射頻識(shí)別讀寫器實(shí)施例的原理框圖。
圖2是本實(shí)用新型射頻識(shí)別讀寫器實(shí)施例微處理器電路的電路圖。
圖3是本實(shí)用新型射頻識(shí)別讀寫器實(shí)施例發(fā)射電路的電路圖。 圖4是本實(shí)用新型射頻識(shí)別讀寫器實(shí)施例接收電路的電路圖。 圖5是本實(shí)用新型射頻識(shí)別讀寫器實(shí)施例天線電路的電路圖。 圖6是本實(shí)用新型射頻識(shí)別讀寫器實(shí)施例接口電路的電路圖。 [具體實(shí)施方式
]
如

圖1所示的本實(shí)用新型射頻識(shí)別讀寫器的實(shí)施例包括微處理器 電路、發(fā)射電路、接收電路、天線電路和接口電路，微處理器電路對(duì) 發(fā)射電路、接收電路進(jìn)行控制，并通過(guò)接口電路與主機(jī)進(jìn)行通信；發(fā) 射電路產(chǎn)生高頻發(fā)射能量，通過(guò)天線電路激活電子標(biāo)簽，為其提供能 量，并對(duì)發(fā)射信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，通過(guò)天線電路將數(shù)據(jù)傳輸給電子標(biāo)簽； 接收電路通過(guò)天線電路接收并解調(diào)來(lái)自電子標(biāo)簽的射頻信號(hào)；本實(shí)施 例中的微處理器電路、發(fā)射電路和接收電路均由通用芯片和分立元器 件組成。
如圖2所示，微處理器電路包括作為微處理器(MCU)的單片機(jī)ATMEL公司的AVR系列單片機(jī)MEGA88和晶體振蕩電路。由于RFID系統(tǒng) 采用的是13. 56M頻段射頻信號(hào)，因此將MCU的主頻設(shè)為13. 56M,以方 便信號(hào)的同步發(fā)送和接收。MCU采用13. 56M外部晶振提供時(shí)鐘源，在 熔絲位配置時(shí)將外部晶振配置為滿幅振蕩，這個(gè)時(shí)鐘源同時(shí)供給射頻 發(fā)射電路。由于MEGA88具有上電自動(dòng)復(fù)位功能，所以不需要加其他復(fù) 位電路，為防止外部電^f茲干擾造成異常復(fù)位，需要在復(fù)位引腳上加一 IOK上拉電阻。標(biāo)簽信號(hào)的發(fā)送和接收引腳可以任意選擇。本實(shí)施例選 擇PB. 0為發(fā)送腳，PD. 3為接收引腳。
如圖3所示，發(fā)射電路的本振信號(hào)采自13. 56M晶體振蕩器，采用 二極管混頻電路進(jìn)行信號(hào)調(diào)制。調(diào)制的ASK基帶信號(hào)由單片機(jī)產(chǎn)生。 由單片機(jī)的PB. 0腳產(chǎn)生方波調(diào)制信號(hào)，經(jīng)過(guò)電阻Rl后和晶振接入的 載波一起進(jìn)入肖特基二極管Dl進(jìn)行混頻。混頻后的已調(diào)信號(hào)采用施密 特觸發(fā)器增大驅(qū)動(dòng)電流，即進(jìn)行功率放大。集成芯片74HCT14含6個(gè) 倒相施密特觸發(fā)器，將其中1個(gè)作為第一級(jí)放大，另外5個(gè)并聯(lián)起來(lái) 作為第二級(jí)放大。放大后的信號(hào)經(jīng)過(guò)電感Ll和電容C4組成的低通濾 波器，濾波器的截止頻率設(shè)計(jì)為20M,以濾除高次諧波。經(jīng)過(guò)濾波器的 信號(hào)即接入天線電路發(fā)送出去。
接收電路如圖4所示，標(biāo)簽反射信號(hào)相當(dāng)于調(diào)幅信號(hào)，解調(diào)方法 選擇二極管包絡(luò)檢波的方法。選用肖特基二極管D2作為檢波二極管。 檢波后通過(guò)電容C13濾除高頻信號(hào)，經(jīng)過(guò)電容C14去直流后，進(jìn)入運(yùn) 算放大器進(jìn)行信號(hào)放大。運(yùn)算放大器芯片型號(hào)為L(zhǎng)M2902,其包含4個(gè) 獨(dú)立單元的運(yùn)算放大器。采用其中的2個(gè)做兩級(jí)同相放大器，每級(jí)放大器的增益設(shè)計(jì)為io倍，兩級(jí)放大共ioo倍增益。放大后的信號(hào)經(jīng)過(guò)
RC低通濾波器濾除噪聲，然后進(jìn)入第3個(gè)運(yùn)算放大器的同相輸入端。 第3個(gè)運(yùn)算放大器作為比較器電路，反相輸入端為門限電壓。比較器 輸出后進(jìn)入單片機(jī)處理。
如圖5所示，本實(shí)施例使用直接匹配的天線。其中包括EMC濾波 器、天線本身的匹配電路和天線線圏。EMC濾波器采用LC低通濾波器， 來(lái)有效抑制13. 56MHZ的三次、五次和高次諧波。天線的線圈與電子標(biāo) 簽的線圏相互耦合時(shí)，讀卡器天線線圈中的電流I產(chǎn)生i茲通量，部分 磁通量穿過(guò)標(biāo)簽的線圈，在標(biāo)簽的線圏產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，該電壓被整 流，當(dāng)達(dá)到標(biāo)簽的工作電壓時(shí)，標(biāo)簽被激活，從而實(shí)現(xiàn)讀卡器和標(biāo)簽 之間的il/f言。
如圖6所示，本實(shí)施例提供UART轉(zhuǎn)USB接口，使用SiliconLab 公司的CP2102轉(zhuǎn)接橋，USB接口選用標(biāo)準(zhǔn)MiniUSB接頭，整個(gè)讀卡器 的各電路通過(guò)USB接口供電，供電電壓為5V,電流為100mA。
本實(shí)施例中，選用的微處理器ATMEGA48價(jià)格約為5元，施密特觸 發(fā)器74HCT14和運(yùn)算放大器LM2902價(jià)格均在1元以下，加上其他接口 芯片和分立元器件，讀寫器的元器件成本可以控制在15元以下，這樣 比使用讀寫器芯片的方案降低了一半有余的成本。所用芯片和元器件 均為通用器件，適合大批量生產(chǎn)。
本項(xiàng)目所設(shè)計(jì)的讀寫器，數(shù)據(jù)收發(fā)、編解碼等基帶信號(hào)處理完 全由軟件完成，可以支持IS015693和IS014443A/B協(xié)議，還可以擴(kuò)展 其他類型的協(xié)議，適合不同地區(qū)和領(lǐng)域的應(yīng)用需求。
權(quán)利要求1.一種射頻識(shí)別讀寫器，其特征在于，包括微處理器電路、發(fā)射電路、接收電路、天線電路和接口電路，所述的微處理器電路對(duì)發(fā)射電路、接收電路進(jìn)行控制，并通過(guò)接口電路與主機(jī)進(jìn)行通信；所述的發(fā)射電路產(chǎn)生高頻發(fā)射能量，通過(guò)天線電路激活電子標(biāo)簽，為其提供能量，并對(duì)發(fā)射信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，通過(guò)天線電路將數(shù)據(jù)傳輸給電子標(biāo)簽；所述的接收電路通過(guò)天線電路接收并解調(diào)來(lái)自電子標(biāo)簽的射頻信號(hào)；所述的微處理器電路、發(fā)射電路和接收電路均由通用芯片和分立元器件組成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的射頻識(shí)別讀寫器，其特征在于，所述的微處 理器電路包括單片機(jī)和晶體振蕩電路，所述的晶體振蕩電路向單片 機(jī)提供時(shí)鐘信號(hào)，所述的單片機(jī)向發(fā)射電路提供基帶信號(hào)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的射頻識(shí)別讀寫器，其特征在于，在發(fā)射電路 中，來(lái)自所述晶體振蕩器的本振信號(hào)和來(lái)自單片機(jī)的基帶信號(hào)一起 進(jìn)入二極管進(jìn)行混頻，混頻后的已調(diào)信號(hào)經(jīng)兩級(jí)放大器放大后再經(jīng) 低通濾波器濾除高次諧波，經(jīng)過(guò)濾波的信號(hào)接入天線電路向外發(fā) 送。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的射頻識(shí)別讀寫器，其特征在于，在所迷的兩 !5j故大器中，第一級(jí)放大器為1個(gè)倒相施密特觸發(fā)器，第二級(jí)放大 器由復(fù)數(shù)個(gè)倒相施密特觸發(fā)器并聯(lián)構(gòu)成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的射頻識(shí)別讀寫器，其特征在于，第二級(jí)放大器由5個(gè)倒相施密特觸發(fā)器并聯(lián)構(gòu)成，第一級(jí)放大器中的倒相施密 特觸發(fā)器和第二級(jí)放大器由5個(gè)倒相施密特觸發(fā)器同屬于1個(gè)集成 電路芯片。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2至5中任一權(quán)利要求所述的射頻識(shí)別讀寫器，其特 征在于，在所述的接收電路中，來(lái)自電子標(biāo)簽的射頻信號(hào)經(jīng)檢波二 極管檢波、濾波電容濾除高頻信號(hào)、隔直電容去直流后，由兩級(jí)同 相放大器進(jìn)行信號(hào)放大，放大后的信號(hào)經(jīng)過(guò)RC低通濾波器濾除噪 聲，然后進(jìn)入比較器的同相輸入端，比較器的反相輸入端為門限電 壓，比較器的輸出信號(hào)進(jìn)入單片機(jī)處理。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的射頻識(shí)別讀寫器，其特征在于，包括l個(gè)運(yùn) 算放大器集成電路芯片，所述的運(yùn)算放大器集成電路芯片包括3個(gè) 運(yùn)算放大器，其中2個(gè)運(yùn)算放大器作為所述的兩級(jí)同相放大器， 另1個(gè)運(yùn)算放大器作為所述的比較器。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一權(quán)利要求所述的射頻識(shí)別讀寫器，其特 征在于，所述的天線電路包括EMC低通濾波器、天線電路匹配電路 和天線電路線圏。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一權(quán)利要求所述的射頻識(shí)別讀寫器，其特 征在于，所述的接口電路包括USB接口和USART轉(zhuǎn)換芯片，所述的 USB接口通過(guò)USART轉(zhuǎn)換芯片與單片機(jī)實(shí)現(xiàn)通信；所述的USB接口 向射頻識(shí)別讀寫器的各電蹈炎供低壓電源。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種射頻識(shí)別讀寫器，包括微處理器電路、發(fā)射電路、接收電路、天線電路和接口電路，微處理器電路對(duì)發(fā)射電路、接收電路進(jìn)行控制，并通過(guò)接口電路與主機(jī)進(jìn)行通信；發(fā)射電路產(chǎn)生高頻發(fā)射能量，通過(guò)天線電路激活電子標(biāo)簽，為其提供能量，并對(duì)發(fā)射信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，通過(guò)天線電路將數(shù)據(jù)傳輸給電子標(biāo)簽；接收電路通過(guò)天線電路接收并解調(diào)來(lái)自電子標(biāo)簽的射頻信號(hào)；微處理器電路、發(fā)射電路和接收電路均由通用芯片和分立元器件組成。本實(shí)用新型比使用專用讀寫器芯片降低一半以上的成本，以保證讀寫器的產(chǎn)品價(jià)格更加低廉，有利于射頻識(shí)別技術(shù)的更廣泛應(yīng)用。
文檔編號(hào)G06K7/00GK201429849SQ20092013191
公開日2010年3月24日 申請(qǐng)日期2009年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月18日
發(fā)明者刁尚華, 軍 高 申請(qǐng)人:深圳市華士精成科技有限公司