1辽宁科技大学国际金融与银行学院辽宁鞍山114051;2辽宁聚龙金融设备股份有限公司辽宁鞍山114051
摘要:RFID超高频读写器不仅可以在高频段和跳频中正常运行,它的发送通路和接收回路则分别利用的是:射频发送芯片及相关的解调,而且它的成本很低,其结构也非常简易,可以在各种环境下进行标签识别。文章通过介绍RFID超高频读写器,对RFID超高频读写器的构成和原理及主要标准体系进行分析,并进行RFID超高频读写器的设计。
关键词:RFID;超高频;读写器设计
一、RFID超高频读写器
UHF频段RFID系统具有读写距离远、多标签识读速度快、抗干扰及穿透能力强以及标签尺寸小等优点,已成为全球RFID产业和研究部门关注的热点。目前国内对于UHF频段RFID的研究尚处于起步阶段,其技术状态与应用要求尚存在很大差距,加之进口读写器的价格昂贵。因此开发拥有自主知识产权的适用于UHF频段的RFID读写器具有重要意义。
RFID超高频读写器技术也可以被称之为射频识别技术,并结合了自动识别与无线射频通信两种技术。它能够进行非接触式的操作和远距离的识别,还能够在非常恶劣的环境中正常工作,不会对机械造成磨损等影响。同时识别多个标签,读写器也具有很强的安全性,除了拥有密码的保护以外,还可以利用算法加强其安全,通过读写器和标签间的认证,使其完成安全的通信与存储。一般在物流和零售、医疗和防伪、身份识别和军事,以及交通等方面得到应用。由于RFID分为低频和高频、超高频,以及微波段,而每个频段的应用不同,因此针对RFID超高频读写器主要以UHF超高频段为主。
二、RFID超高频读写器的构成及原理
RFID超高频读写器主要由主机、天线、读写器标签,以及耦合方式所构成。其中,耦合方式有电感和电磁反向散射耦合两种,由于两种耦合间的不同是电磁耦合的射频信号以电磁波进行传送,而电感耦合的射频信号则被捆绑在其它的电感线周围,缺乏空间辐射的电磁能量,只适合在低频段进行识别,不适合高频读写器中应用,因此,对于高频段读写器来说,电磁反向散射耦合较为适合;标签有有源和无源两种,由于超高频段极容易受到许多因素的干扰,但数据传输率很高,而且通讯好,比较适合远距离,因此,针对RFID超高频的分析,判定可以采用无源标签实现具体操作;而读码器则有控制和导入、解码器,以及控制和射频模块,主要用于对数据和命令的传输交换进行控制与通信,导入和执行指定空间的程序,并利用解码和防撞击等处理方式进行命令的识别。其工作的原理是:读写器采用发射天线将射频信号进行发送,标签在进入天线工作范围的时候就会出现相应的感应电流而被激活,这样一来就可以将信息通过内置天线进行发送,读写器收到所发送的调制信号后,自动进行解调与解码等相关的处理,并传送到后台的系统中。
三、主要的标准体系
RFID主要有三种标准体系:美国的EPCGlobal标准体系和日本的UID标准体系,以及国际化标准组织ISO标准体系。其中,ISO标准体ISO18000系列标准,涵盖了从低频133K到微波2.4G的所有标准,在超高频860-960MHZ方面,ISO/IEC已经建立18000-6A、ISO/
IEC18000-6B、ISO/IEC18000-6C三种标准。从目前的发展来看,ISO18000-6C已经逐渐为大家所认同,尤其是EPCGlobalC1G2标准与ISO1800-6C兼容后,ISO18000-6C已经成为解决物流供应链和追踪性最为合适的选择对象,更加符合物联网的标准,也是人们所关注的焦点。所以本次设计我们的RFID超高频读写器,以ISO18000-6C为标准协议,根据此协议分析读写器至标签、标签至读写器的状态。同时,利用防撞击的算法进行处理,以此确定是否与读写器间完成通信。以QueryRep与QueryAdjust分别确定槽时值及Q值大小,并确定范围。其中,Q、C、Qfp为正整数,F2Q1为信息帧的长度,而由于Q处于动态变化,因此,选取round(Qfp)为值。假如时隙冲突则加上参数C,相反则减去参数C。读写器按照Q=round(Qfp)确定是发送时隙或者是对帧的重新启动。
四、超高频读写器的设计
其一,在硬件方面的设计,以控制和射频收发、通信,以及功率和电源等模块构成。为了确保读写器至标签之间通信可以达所到预期的参数,因此利用具有成本便宜及资源丰富等优势的LPC2103作为控制的中心,并采用ADF7020作为射频收发芯片,支持OOK与FSK的调制等,其输出的频率为240~930MHz之间。通过数据读回对ADF7020进行读取,SLE为锁存信号,DATAI/O为复用引脚,天线发送信号给ADF7020以后,INT/LOCK就会发送中断信号给LPC2138。由于ADF7020的max功率为13dBm,所以高频读写器的功率应该满足29dBm,电压为3V。因为超高频读写器拥有和嵌入式、PC通信的功能,所以,LPC2138有RS232连接口和RS485总线连接口,其中,采用RS485时,要在PC端上加入转换器RS232,并与SP3485连接。在低电时,RS485就从RO引脚输出,并利用P0.1(RxD0)接收,相反则利用P0.1(TxD0)发送。因此可以减弱信号的反射。其二,在软件方面设计中,首先进行数字基带处理模块设计,其次进行读写编码脉冲间隔编码设计,最后进行解码等设计设置好PIE定时器的值(X≥T,为1;X﹤T,为0),从FIFO中读取编码信号数据,当为0时,其值为2T做自减运算;当为1时,其值为4T做自减运算。在进行解码设计时,采用双相间隔解码,读写器采取信号样本,利用帧头的准确性对信号进行解码。根据双相间隔解码的优势我们可以知道,当窗位时间以下降沿和上升沿为起始点时,在下降沿样本为1时,数据就会为0;在上升沿样本为0或1时,数据就会为0或1。在整个软件设计的同时,启动代码部分主要是以汇编语言编写为主,其余以C语言编写为主。当启动代码完成后,程序就会自动转入C语言入口处,并进入主循环程序中。在读写器收到指令后,就会自动向标签发送命令并进行处理,以此建立彼此间的通信。当遇上撞击的时候,则利用防撞击算法明确标签,以此建立通信,从而进行读写操作.总而言之,虽然目前RFID超高频读写器的应用不多,但是随着我国RFID技术的发展,以及市场不断的需求增大,为日后RFID超高频读写器的推广带了新的领域。通过对RFID超高频读写器的设计,其硬件方面更为简易,不仅提高了性能,还节约了成本费用,同时拥有远距离的识别和多标签识读等优势。在整个软件设计的同时,启动代码部分主要是以汇编语言编写为主,其余以C语言编写为主。当启动代码完成后,程序就会自动转入C语言入口处,并进入主循环程序中。在读写器收到指令后,就会自动向标签发送命令并进行处理,以此建立彼此间的通信。当遇上撞击的时候,则利用防撞击算法明确标签,以此建立通信,从而进行读写操作。在硬件方面的设计,以控制和射频收发、通信,以及功率和电源等模块构成。为了确保读写器至标签之间通信可以达所到预期的参数,总而言之,虽然目前RFID超高频读写器的应用不多,但是随着我国RFID技术的发展,以及市场不断的需求增大,为日后RFIT超高频读写器的推广带了新的领域
结束语
通过对RFID超高频读写器的设计,其硬件方面更为简易,不仅提高了性能,还节约了成本费用,同时拥有远距离的识别和多标签识读等优势。
参考文献:
[1]张晓鹏,朱云龙,罗海波.超高频射频识别系统读写器设计[J].电子器件,2005,(3).
[2]郭振军,黄廷磊.基于ARM7的超高频(UHF)RFID读写器的设计[A].中国仪器仪表学会第九届青年学术会议论文集,2007.