一种基于超高频RFID的远距离通信组网系统及组网方法与流程

本发明属于射频识别技术领域，特别涉及一种基于超高频rfid的远距离通信组网系统及组网方法。

背景技术：

目前，无线射频识别(radiofrequencyidentification，rfid)技术是近年来业界关注的热点。和磁卡、ic卡相比，射频卡最大的优点就在于非接触。rfid技术是一种自动识别技术，不需要人工干预，可工作于各种恶劣环境，可识别高速运动物体并可以同时识别多个标签，操作快捷方便。rfid系统一般由读写器和标签组成，读写器通过无线通信方式获得标签信息，从而识别携带该标签的对象。uhf860-960mhz频段的rfid读写器具有阅读距离远，读卡速度快等特点，并能识别多张标签而得到广泛应用。目前国际主流的uhfrfid协议标准是iso18000-6b及iso18000-6c(epcg2)。

目前，比较常见的uhfrfid系统是由读写器和标签两部分组成。其中，读写器是整个uhfrfid系统里最重要的设备，它将上层软件的读写指令传送给基带信号处理电路以及射频电路，再通过天线发送给电子标签。电子标签内嵌的芯片通过对信号解调，权限的判断，将有关数据通过标签天线返回给读写器，等读写器接收到电子标签应答信号后，再将数据解调并加以处理后传送给上层软件。因此，针对传统uhfrfid系统，读写器灵敏度在很大程度上限制了uhfrfid系统的标签识别距离。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种通过引入额外的距离标签较近的helper为标签提高射频能量，减轻了基站接收机的线性度要求以及自干扰噪声带来的接收机降敏的基于超高频rfid的远距离通信组网系统及基于该组网系统的组网方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于超高频rfid的远距离通信组网系统，包括一个超高频rfid基站、多个helper以及多个电子标签；所述超高频rfid基站在多个helper中任意选择一个进行组网建立连接，连接建立后由超高频rfid基站发送的标签盘存命令经过helper转发给与helper进行通信的电子标签，电子标签在收到命令后向rfid基站返回标签信息。

进一步地，所述超高频rfid基站包括915m频段天线、pga增益放大模块、r2000模块、915m检波模块、上位机、基于si1064芯片的主控模块、单刀双掷开关、射频开关、功率放大器和433m频段天线和电源模块；电源模块分别与超高频rfid基站内其余模块相连，为各个模块供电；

915m频段天线通过pga增益放大模块连接r2000模块和915m检波模块，r2000模块通过usb接口与上位机相连，上位机连接主控模块；915m检波模块分别与单刀双掷开关和主控模块相连接，主控模块分别与单刀双掷开关和射频开关相连，单刀双掷开关与射频开关相连，射频开关通过功率放大器连接433m频段天线。

进一步地，所述helper包括多个915m频段天线、天线开关、功率放大器、射频开关、基于si1064芯片的主控模块、单刀双掷开关、433mhz检波模块、433m频段天线和电源模块；

电源分别与helper内其余模块相连，为各个模块供电；

433m频段天线通过433mhz检波模块后分别与单刀双掷开关和主控模块相连，单刀双掷开关和主控模块分别与射频开关相连接，主控器分别连接单刀双掷开关和天线开关；射频开关通过功率放大器连接天线开关，天线开关分别与多个915m频段天线相连。

本发明还提供了一种基于超高频rfid的远距离通信组网方法，所述组网方法采取时分的方式，包括以下步骤：

s1、操作超高频rfid基站发起组网请求，发送出组网请求命令后开始等待接收ack，若等待时间超过预设时间阈值，则返回初始状态并提示错误；

s2、helper接收超高频rfid基站发送的组网命令，将超高频rfid基站发送的组网请求命令中的helperid与自身helperid进行比较，若匹配则确定建立组网并返回ack，发送完成后等待超高频rfid基站发送确认信息；

s3、超高频rfid基站接收helper发送的ack信息后，发送确认信息确认已收到所述helper发送的ack，helper收到确认信息后，组网完成。

进一步地，所述超高频rfid基站收发分离，发射采用433mhz无线通信电路，接收采用915mhz无线通信电路。所述helper收发分离，发射采用915mhz无线通信电路，接收采用433mhz无线通信电路。

进一步地，所述超高频rfid基站等待接收ack的时间阈值为18ms。

进一步地，所述组网请求命令、ack以及确认信息均为29位二进制。

进一步地，所述组网请求命令包括12位二进制helperid、4位二进制天线id、4位二进制频率选择码、4位二进制功率选择码以及5位二进制crc校验码。

本发明的有益效果是：本发明通过引入额外的距离标签较近的helper为标签提高射频能量，打破了前向链路的距离限制，突破了传统超高频rfid系统的识别距离不远的问题。同时，因为标签的后向散射是利用helper的发射载波实现，对于基站而言整个链路的路径损耗相较于传统rfid系统有所降低，因此也降低了对基站接收灵敏度的要求。此外，基站收发分离的结构降低了基站自干扰的强度(helper发射的载波在自由空间中衰减)，减轻了基站接收机的线性度要求以及自干扰噪声带来的接收机降敏。此外，本发明的一个基站可与多个helper组网，进一步扩大了标签识别范围。

附图说明

图1为本发明的基于超高频rfid的远距离通信组网系统的系统结构图；

图2为本发明基于超高频rfid的远距离通信组网系统的超高频rfid基站的结构图；

图3为本发明基于超高频rfid的远距离通信组网系统的helper结构图；

图4为本发明的基于超高频rfid的远距离通信组网方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。

如图1所示，一种基于超高频rfid的远距离通信组网系统，包括一个超高频rfid基站、多个helper以及多个电子标签；所述超高频rfid基站在多个helper中任意选择一个进行组网建立连接，连接建立后由超高频rfid基站发送的标签盘存命令经过helper转发给与helper进行通信的电子标签，电子标签(tag)在收到命令后向rfid基站返回标签信息。

如图2所示，所述超高频rfid基站包括915m频段天线、pga增益放大模块、r2000模块、915m检波模块、上位机、基于si1064芯片的主控模块、单刀双掷开关、射频开关、功率放大器和433m频段天线和电源模块；电源模块分别与超高频rfid基站内其余模块相连，为各个模块供电；

915m频段天线通过pga增益放大模块连接r2000模块和915m检波模块，r2000模块通过usb接口与上位机相连，上位机通过uart串口连接主控模块；915m检波模块分别与单刀双掷开关和主控模块相连接，主控模块分别与单刀双掷开关和射频开关相连，单刀双掷开关与射频开关相连，射频开关通过功率放大器(pa)连接433m频段天线。

基站工作时首先si1064上电状态输出一个3.3v的控制电平信号控制单刀双掷开关并且发送433mhz载波，让单刀双掷开关打到与si1064调制信息1这一侧端口，si1064发送与helperid相关的调制信息，调制信息1(组网命令)通过单刀双掷开关，控制射频开关调制载波实现ook调制，从而将helperid等组网命令信息通过433m频段天线发送出去。假设当helper收到了关于自己身份id信息，会通过915m频段天线立马返回一个已被唤醒的ack信息，此时的基站就可以通过接收天线将这个信号经过915mhz检波模块解调出来的helperack信息送给基站部分的si1064进行解码，基站收到ack之后，si1064通过调制信息1这一侧端口发送确认已收到ack的调制信息，然后si1064再通过控制信号控制单刀双掷开关的端口将开关打到r2000发送的调制信息2那一侧，这个时候就可以发送r2000命令。

同时在基站具体控制哪一个helper模块进行组网，具体实施过程可以在上位机上通过串口与si1064进行通信，基站si1064具体接收到控制哪一个helper的指令，基站si1064就去发送唤醒对应的helper，这个组网过程完成后，即可进行r2000模块命令信息的发送。

如图3所示，所述helper包括多个915m频段天线、天线开关、功率放大器、射频开关、基于si1064芯片的主控模块、单刀双掷开关、433mhz检波模块、433m频段天线和电源模块；电源分别与helper内其余模块相连，为各个模块供电；

433m频段天线通过433mhz检波模块后分别与单刀双掷开关和主控模块相连，单刀双掷开关和主控模块分别与射频开关相连接，主控器分别连接单刀双掷开关和天线开关；射频开关通过功率放大器连接天线开关，天线开关分别与多个915m频段天线相连。

每个helper最多可以连接12个915m频段天线。helper工作时，si1064在上电状态默认输出一个3.3v电平的控制信号控制单刀双掷开关打到si1064调制信息1这一侧端口，当helper收到了关于自己id的组网命令，helper模块的si1064就开始发送915mhz载波，之后，helper先固定选通12号天线，将自己已被成功唤醒的ack调制信息，经过单刀双掷开关，再通过射频开关调制915mhz载波以ook调制的方式，经过12号915m频段天线返回给基站，ack发送完成后，helper等待接收基站发送来的确认收到信息，收到确认信息后，因为解调的组网命令中还包含helper天线id，可以控制helper天线开关的选择，helper根据解码出来的helper天线id控制对应的端口选通相应的发射天线，si1064输出一个3.3v电平的控制信号控制单刀双掷开关打到检波模块输入端口，即调制信息2一侧的端口，等待接收r2000命令信息，再转发给电子标签。

本发明还提供了一种基于超高频rfid的远距离通信组网方法，所述组网方法采取时分的方式，具体流程如图4所示，包括以下步骤：

s1、操作超高频rfid基站发起组网请求，发送出组网请求命令后开始等待接收ack，若等待时间超过预设时间阈值，则返回初始状态并提示错误；

s2、helper接收超高频rfid基站发送的组网命令，将超高频rfid基站发送的组网请求命令中的helperid与自身helperid进行比较，若匹配则确定建立组网并返回ack，发送完成后等待超高频rfid基站发送确认信息；

s3、超高频rfid基站接收helper发送的ack信息后，发送确认信息确认已收到所述helper发送的ack，helper收到确认信息后，组网完成。组网成功后，helper即可转发超高频rfid基站发送的标签盘存命令给电子标签了。

进一步地，所述超高频rfid基站收发分离，发射采用433mhz无线通信电路，接收采用915mhz无线通信电路。所述helper收发分离，发射采用915mhz无线通信电路，接收采用433mhz无线通信电路。

进一步地，所述超高频rfid基站等待接收ack的时间阈值为18ms。

进一步地，所述组网请求命令、ack以及确认信息均为29位二进制。

进一步地，所述组网请求命令包括12位二进制helperid、4位二进制天线id、4位二进制频率选择码、4位二进制功率选择码以及5位二进制crc校验码。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。