专利名称：模块式uhf读写器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种多功能模块化的UHF RFID读写器。
背景技术：
在物流、不停车收费等多种UHF RFID应用场合，依据行业和应用场合的不同，对读写器的RFID标准、接口等方面有不同的要求，目前普遍使用的读写器，一般是UHF单一标准，机器庞大，天线组数不多，覆盖范围较小，模块化程度较差，接口也比较单一，很难适合多种场合的应用，因此，多协议兼容，多种接口并存，多天线分时工作增加覆盖范围等改进设计，可有效适用于多个场合的不同应用。
发明内容
本发明目的是提供多种UHF RFID协议兼容，多接口可选，多天线可分时工作，模块化设计的UHF RFID读写器。优点在于成本低、模块化程度高，抗干扰性能强，防冲突性能优异，可兼容多种UHF RFID标准，接收电路反应速度快，动态范围大，天线频段宽，多天线分时工作可加大天线覆盖范围。选取合适天线读卡距离最远可达到10米。
本发明的技术方案是本读卡器由管理控制模块和射频收发模块组成，管理控制模块通过专有电缆和射频收发模块相连，射频模块经过电缆同天线连结，天线通过空间将信号发送给RFID卡片，DSP在收到上位机发出的命令后，设定相应的发射功率以及相应频率，检测该选择信道干扰情况，如遇干扰，调整相应功率以及频率，重新选择通信信道直至选择干扰最小信道，同时根据命令类型，选择读卡标准，随后将状态控制字和数据按照该标准协议进行编码发送给射频部分，射频部分将传输给RFID卡的指令和数据转换成ASK调制信号发送给RFID卡，这样就构成了读卡器发给RFID卡的前向链路，射频部分要经同一通路向RFID卡发送未调制的连续载波信号，以便为RFID卡发射反向链路数据提供能量以及载波信号，RFID接收天线数据并调制在CW上，形成反向链路；反向链路数据列经调制后发射回读卡器射频天线部分，当读写器天线收到RFID卡反向链路数据列，传输给读卡机射频部分接收回路；在此进行相干正交下变频，从而得出I、Q两路正交基带信号，I、Q两路基带信号分别进行滤波，通过解调电路后形成含有数据列的基带信号，传输给DSP，DSP进行解码处理，得出真正的回波数据，针对相应的UHF RFID标准对数据进行处理，将结果通过接口电路上传给上位机。
为了以后能低成本方便地升级，本读卡器采用了模块化的设计，分为管理控制模块和射频收发模块，若为了支持新的UHF RFID的标准，可以方便地修改软件或更改射频收发模块硬件即可达到升级的目的，针对新的UHFRFID标准，如果调制方式不变的情况下，只需更改DSP编解码的软件，即可成为兼容新标准的读写器。在调制方式变化的的情况下，也仅需更改射频收发模块硬件和DSP软件，控制管理模块硬件可以不用更改，这样升级成本比较低廉。这也是本读写器的一个特色。
在本发明接口设计方面，采用了RS232、RS485、TCP/IP 3种接口共存的方式，TCP/IP RS232占用DSP一个串口，TCP/IP、RS485有并行总线扩展的2个串口而成，这样可针对不同的应用场合，可以根据具体要求选用所需的接口，也可以同时接多个接口，读写器可自动识别不同接口送来的命令，按照命令进行工作。
在本发明天线接口部分，采用了多天线接口，可以同时接2个天线，2个天线可以分时工作，增加了天线的覆盖范围，天线阻抗为50欧姆，天线频段宽，驻波小。选取合适天线最大读卡距离可远至10米。
在支持UHF标准方面，目前本读写器可以支持ISO18000B和EPC Class1的2种标准，通过不同的命令区分当前的读卡的标准。在读写器接收到命令时，会判断该命令是属于何种标准，然后设置该标准工作的射频状态，同时按照该标准协议把要发送的数据进行编码，发射出去，接收到卡发射的数据按照该标准进行解码，完成2种标准的不同运作方式，达到兼容的目的。
图1是本发明的系统应用框2是本发明的原理工作方框3是本发明的DSP工作流程图
具体实施例方式如图1所示，系统应用时需加上一台上位PC机，读卡器处于被动工作方式，读卡机可通过不同的接口与PC机相连，可接受PC传输来的正确命令，执行相应读写卡或系统设置操作，并把操作结果返回给上位PC机；如图2所示，控制管理模块由DSP以及外围RAM数据空间和程序Flash空间电路、AD采样电路、功率控制电压产生电路，RS232/Rs485/TCP IP接口电路组成，射频收发模块由接收电路(带通、相干变频，I、Q两路低通滤波放大，比较电路)、发射电路(调制、带通)、PLL锁相环电路、多天线开关切换电路组成；工作流程如下1)DSP通过接口电路接收来自上位机的命令及控制指令；2)根据命令进行相应的发射功率以及相应频率以及相应通信信道干扰检测；根据控制指令设定读写器工作的UHF RFID的标准状态。
3)将状态控制字和数据进行编码发送给射频模块发射电路4)射频模块发射电路把编码数据进行调制放大后经收发隔离从发射通道送至天线发射出去5)天线接收到RFID卡回发信号经收发隔离到达接收处理电路，接收处理电路将接收信号放大、相干下变频成2路I、Q信号放大后经AD变换后送入DSP，接收电路同时经比较电路将接收到的模拟IQ信号转换成数字信号(非AD采样方式)；DSP根据AD采样以及回发的数字信号进行综合比较，然后解调。AD采样分析以及数据解码需要相当时间，本设计采用AD采样和直接模数转换电路接合方式，大大降低了对DSP工作速度的要求，简化了程序量，降低了整机成本，同时也保证卡机解码的正确及可靠性。
6)DSP根据相应的标准对接收数据进行防冲突处理工作，并把结果从相应结果通过接口送回上位机。
7)在上述过程中，如遇到需要多个空间覆盖读卡，可启用多天线工作模式，在该模式下，先对一个天线覆盖范围内完成上述2～6步骤工作，随后启用另一个天线，完成上述2～6步骤工作；如图3所示，DSP工作流程如下1)初始化设备；2)依次判断各接口是否有命令数据接收到，如有，跳到第3步，没有，则停留在本步骤；3)判断命令类型，如是读写器系统设置参数命令，则设置读写器状态，跳转到第6步骤；4)如是卡操作命令，则检测信道情况，设置射频工作UHF RFID标准和相应的射频功率，并发出相应标准的控制数据调制信号，控制射频电路工作。
5)接收卡回发的数字信号，根据相应标准进行相应的解码处理。
6)处理结果数据通过接口电路通知上位主机；7)回到第2步骤；
权利要求
1.一种UHF RFID读写器；包含射频收发模块和控制管理模块；
2.根据权利1所述的读写器，其特征在于分为射频收发模块和控制管理模块2个单独模块，由控制管理模块控制射频收发模块工作；射频收发模块工作完成射频信号的放大和发送以及接收反射信号的放大工作；控制管理模块完成UHF RFID信号编解码和接口信号处理工作；
3.根据权利1所述的读写器，其特征在于所述的读写器可以是ISO18000标准的读写器也可以是EPC Class 1标准的读写器；2种标准可以选择；
4.根据权利1所述的读写器，其特征在于射频模块包含多路天线、射频调制发射电路、射频接收处理电路、PLL锁相环电路、收发隔离电路；
5.根据权利2所述的射频模块，其特征在于接收电路反应速度快，动态范围大，电路实现简单。
6.根据权利2所述的射频模块，其天线特征为覆盖范围广，50欧姆匹配，天线频段宽，驻波小。多天线分时工作可加大天线覆盖范围。选取合适天线最大读卡距离可远至10米；
7.根据权利2所述的射频模块，其特征在于能兼容ISO18000标准和EPCClass 1标准的射频信号产生和信号的接收工作；发射信号频率、功率可以根据探测收发信道干扰程度情况进行自动调节；
8.根据权利2所述的控制管理模块，其特征在于包含控制射频电路工作的控制信号产生电路、接收AD转换电路、AGC控制电路电压产生、RS232与RS485以及TCP/IP接口电路；
9.根据权利7所述的控制管理模块，其特征在于所有电路均连结在一个高速的DSP上，由DSP完成所有控制和信号编解码工作；
10.根据权利9所述的控制管理模块，其特征在于DSP工作的主要流程如下1)初始化设备；2)依次判断各接口是否有命令数据接收到，如有，跳到第3步，没有，则停留在本步骤；3)根据指令发出相应的命令，判断命令类型，如是读写器系统设置参数命令，则设置读写器状态，跳转到第6步骤；4)如是卡操作命令，则检测信道情况，设置射频工作UHF RFID标准和相应的射频功率，并发出相应标准的控制数据调制信号，控制射频电路工作。5)接收卡回发的数字信号，根据相应标准进行相应的解码处理。6)处理结果数据通过接口电路通知上位主机；7)回到第2步骤；
11.根据权利1所述的读写器，其特征在于数据接口可以是RS232，RS485、TCP/IP与上位机或嵌入式MCU进行通讯。可根据不同场合选取不同接口工作，也可同时接上位机，这样一台读卡机可以同时受3台上位机控制；
12.根据权利1所述的读写器，其特征在于模块化设计，易于以后升级，针对新的UHF RFID标准，如果调制方式不变的情况下，只需更改DSP编解码的软件，即可成为兼容新标准的读写器。在调制方式变化的的情况下，也仅需更改射频收发模块硬件和DSP软件，控制管理模块硬件可以不用更改，这样升级成本比较低廉。
全文摘要
本发明公开了一种多功能模块化支持多种协议的UHF(超高频)读写器，包括射频收发和控制管理2种模块，射频收发模块包含射频调制发射电路、射频接收处理电路、PLL锁相环电路、收发隔离电路、多路天线接口电路；各部分相互独立又彼此关联，控制管理电路包含控制射频电路工作的控制信号产生电路、接收AD转换电路、AGC控制电路、RS232与RS485以及TCP/IP接口电路；控制管理模块的各部分电路均连在一个高速DSP上，由DSP实现射频以及AGC控制、射频控制信号产生，UHF RFID各标准编解码处理、接口信号处理等任务；读写器兼容多种UHF国际标准，如ISO18000B和EPC CLASS1 RFID的标准，该UHF读写器具有模块化，易于以后系统低成本升级，多接口，可同时接多台上位机或根据不同场合使用不同接口和读卡机相连，低成本、兼容多种UHFRFID的标准等特点。
文档编号G06K7/00GK1834981SQ20061000796
公开日2006年9月20日 申请日期2006年2月24日 优先权日2006年2月24日
发明者王文清, 周豪 申请人:上海坤源信息科技有限公司