一种集成RFID和北斗导航功能的无线物联网终端的制作方法

本发明涉及网络技术领域，尤其涉及一种集成RFID和北斗导航功能的无线物联网终端。

背景技术：

物联网作为未来信息网络技术领域发展的重要方向之一，已经在世界范围内受到了广泛关注，物联网被视为继计算机、互联网与移动通信网之后的世界信息产业的第三次浪潮。物联网终端是物联网中连接传感网络层和传输网络层，实现采集数据及向网络层发送数据的设备，它负担着数据采集、初步处理、加密和传输等多种功能。物联网终端基本由外围感知(传感)接口、中央处理模块和外部通讯接口三个部分组成，通过外围感知接口与传感设备连接，如RFID读卡器，红外感应器，环境传感器等，将这些传感设备的数据进行读取并通过中央处理模块处理后，按照网络协议，通过外部通讯接口，如：GPRS模块、以太网接口、WIFI等方式发送到以太网的指定中心处理平台。物联网终端常常处于各种异构网络环境中，为了向用户提供最佳的使用体验，终端应当具有感知场景变化的能力，并以此为基础，通过优化判决，为用户选择最佳服务通道。终端设备通过前端的RF模块或传感器模块等感知环境变化，经过计算，决策需要采取的应对措施。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：提供一种集成RFID和北斗导航功能的无线物联网终端。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种集成RFID和北斗导航功能的无线物联网终端，包括：

智能平台模块，包括主处理器单元和从处理器单元，所述主处理器单元用于控制整个物联网终端，所述从处理器用于完成语音信号的A/D转换、D/A转换、数字语音信号的边解码、信道编解码和无线调制解调器的时序控制；

RFID模块，用于完成射频信号发送和接收、数字信号处理及RFID空中接口协议；

导航模块，为北斗/GPS双模导航模块，包括卫星导航射频芯片和基带芯片。

进一步的，所述主处理器单元和从处理器单元之间通过串口或SPI协议进行通信。

进一步的，所述主处理单元通讯连接LCD显示屏、触摸屏、条形码模块、音频、存储器和/或传感器，所述触摸屏为电容式触摸屏，所述条形码模块可阅读一维条形码和二维条形码。

进一步的，还包括电池模块，所述电池模块用于整个物联网终端供电。

进一步的，所述RFID模块包括：

发送单元，包括本振PLL单元、IQ调制单元、功率放大单元、增益控制单元和杂散抑制单元，所述PLL单元为整数分频锁相环，所述IQ调制单元将输出的基带信号变频到900M频段，所述功率放大单元为一功率放大器，采用RFMD的RF5110，所述RF5110输出功率由VAPC管脚的电压值控制，所述杂质抑制单元为一低通滤波器，所述低通滤波器采用LFCN-1000；

接收单元，包括载波抑制单元、LNA单元、解调器单元、滤波器单元和基带滤波处理单元，所述载波抑制单元采用ADI的AD8340，所述LNA单元采用Mini-Circuits公司的PMA-5451+，所述解调器单元采用ADI的ADL5382，所述滤波器单元采用EPCOS公司的B4301或B4311；

收发隔离单元，所述收发隔离单元为Anaren公司的DC710J5010AHF信号10dB耦合器；

协议处理单元，用于数字信号处理并完成RFID空中接口协议相关处理。

进一步的，所述物联网终端外壳双料注塑成型。

进一步的，所述电池模块为聚合物锂电池。

本发明的有益效果在于：采用智能平台模块中嵌入RFID模块和导航模块的方式，既可以当作智能平台使用，打开RFID功能后就作为一个物联网终端，配备北斗/GPS双模导航模块能够实现精确定位，具有携带方便、便于使用等优势。

附图说明

图1为物联网终端结构示意图；

图2为智能平台硬件构架图；

图3为条形码模块工作原理图；

图4为ADF9010内部结构框图；

图5为LFCN-1000频率特性图；

图6为AD8340功能框图；

图7为LNA单元的外围电路图；

图8为ADL5382系统框图；

图9为EPCOS公司B4301频率特性曲线图；

图10为EPCOS公司B4311频率特性曲线图；

图11为Anaren公司DC710J5010AHF型号10dB耦合器性能指标表；

图12为AD9963的内部框图；

图13为聚合物锂电池结构示意图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

本发明最关键的构思在于:在智能平台中嵌入RFID模块和导航模块，既可以作为智能平台使用，又可以作为移动终端使用，并且北斗/GPS双模导航模块能够实现精确定位。

请参照图1至图13，一种集成RFID和北斗导航功能的无线物联网终端，包括：

智能平台模块，包括主处理器单元和从处理器单元，所述主处理器单元用于控制整个物联网终端，所述从处理器用于完成语音信号的A/D转换、D/A转换、数字语音信号的边解码、信道编解码和无线调制解调器的时序控制；

RFID模块，用于完成射频信号发送和接收、数字信号处理及RFID空中接口协议；

导航模块，为北斗/GPS双模导航模块，包括卫星导航射频芯片和基带芯片。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：在智能平台中嵌入RFID模块和导航模块，既可以作为智能平台使用，打开RFID功能后又可以作为移动终端使用，并且北斗/GPS双模导航模块能够实现精确定位。

进一步的，所述主处理器单元和从处理器单元之间通过串口或SPI协议进行通信。

进一步的，所述主处理单元通讯连接LCD显示屏、触摸屏、条形码模块、音频、存储器和/或传感器，所述触摸屏为电容式触摸屏，所述条形码模块可阅读一维条形码和二维条形码。

由上述描述可知，主处理器单元连接其他模块可使其功能更加多样化，触摸屏采用电容式触摸屏具有流畅性好、操作性好、灵敏度高等优点，条形码模块能够阅读一维和二维条形码，使物联网终端的应用范围更广。

进一步的，还包括电池模块，所述电池模块用于整个物联网终端供电。

进一步的，所述RFID模块包括：

发送单元，包括本振PLL单元、IQ调制单元、功率放大单元、增益控制单元和杂散抑制单元，所述PLL单元为整数分频锁相环，所述IQ调制单元将输出的基带信号变频到900M频段，所述功率放大单元为一功率放大器，采用RFMD的RF5110，所述RF5110输出功率由VAPC管脚的电压值控制，所述杂质抑制单元为一低通滤波器，所述低通滤波器采用LFCN-1000；

接收单元，包括载波抑制单元、LNA单元、解调器单元、滤波器单元和基带滤波处理单元，所述载波抑制单元采用ADI的AD8340，所述LNA单元采用Mini-Circuits公司的PMA-5451+，所述解调器单元采用ADI的ADL5382，所述滤波器单元采用EPCOS公司的B4301或B4311；

收发隔离单元，所述收发隔离单元为Anaren公司的DC710J5010AHF信号10dB耦合器；

协议处理单元，用于数字信号处理并完成RFID空中接口协议相关处理。

由上述描述可知，本振PLL单元可以实现收发共本振，杂散抑制单元可以抑制谐波杂散；采用载波对消技术可以提高接收灵敏度，收发隔离单元可以将发射信号和接收信号隔离，并起到阻抗匹配的作用。

进一步的，所述物联网终端外壳双料注塑成型。

由上述描述可知，物联网终端的成型方式使其整体结构浑然一体，利于保证结构强度。

进一步的，所述电池模块为聚合物锂电池。

由上述描述可知，电池模块采用聚合物锂电池可进行反复充电，使用寿命长。

实施例

请参照图1至图13，本发明的实施例为：如图1所示，一种集成RFID和北斗导航功能的无线物联网终端，包括智能平台模块、RFID模块、导航模块和电池模块，物联网终端外壳采用双料注塑成型。如图2所示，所述智能平台模块采用双CPU架构，包括主处理器单元和从处理器单元，所述主处理器单元运行开放式操作系统，负责整个系统的控制，可以是ARM平台，所述从处理器单元为无线Modem部分，主要完成语音信号的A/D转换、D/A转换、数字语音信号的编解码、信道编解码和无线Modem部分的时序控制，主从处理器单元之间可以通过串口、SPI等协议进行通信。主处理器单元可以外挂LCD显示屏、触摸屏、音频解码器、存储器、传感器等外设设备。随着智能平台模块功能越来越强大，其功耗也越来越大，主要功耗在主处理器、无线Modem、LCD显示屏、触摸屏及频编解码器上，所以降低这些模块的功耗将大大减少手持机读写器的功耗。

本实施例中，所述触摸屏为电容式触摸屏，只采用单层的ITO材料，当手指触摸屏表面时，就会有一定量的电荷转移到人体。为了恢复这些电荷损失，电荷从屏幕的四角补充进来，各方向补充的电荷量和触摸点的距离成比例，由此可以推算出触摸点的位置，其流畅性好、操作友好，反应灵敏度高。

所述主处理器单元还连接有条形码模块，如图3所示，通过摄像方式将条形码图像摄取后进行分析和解码，条形码模块可阅读一维条形码和二维条形码，完成复杂的图像处理和识别算法。一维条形码可存储8到30个字符，大多都用于存储数字索引；二维条形码是一种新的条形码技术，不仅具备一维条形码成本低、稳定可靠、简单易用等特点，而且数据容量非常大，并且包含了非常强大的信息纠错功能，通常一个二维条形码能够存储多达上千字符的信息。二维条形码在电子商务、电子政务的信息安全、交易、物流、产业链管理等诸多方面具有广泛的应用，贯穿了工业、商业、国防、交通运输、金融、医疗卫生、邮电及办公室自动化等识别领域。

所述RFID模块用于完成射频信号发送和接收，数字信号处理及RFID空中接口协议，包括发送单元、接收单元、收发隔离单元和协议处理单元。

所述发送单元包括本振PLL单元、IQ调制单元、功率放大单元、增益控制单元和杂散抑制单元等部分。如图4所示，为ADF9010内部框图，ADF9010是针对900MHz ISM频段的一款射频前端模块，工作频率为840～960MHz。其中集成了本振PLL单元、VCO单元、IQ调制单元、TX驱动放大器单元和RX基带滤波器等。本振PLL单元为整数分频锁相环，输入参考频率10～104MHz，最大的鉴相频率为8MHz。VCO单元的输出频率为3360～3840MHz，通过一个4分频器输出840～960MHz频率，输出同时作为发射调制器及外部解调器的参考信号，实现收发共本振。IQ调制单元将AD9963输出的基带信号上变频到900M频段。Tx_BB基带为IQ两路信号差分输入，输入电平为1.4Vp-p，0.5V直流偏置。TX驱动放大器单元为差分输出，输出功率可调，最大输出功率可到3dBm。

物联网终端的最大输出功率28dBm，但是ADF9010最大输出只有3dBm，所以需要增加功率放大单元，即需要一个功率放大器，功率放大器采用RFMD的RF5110，其最大输出功率可到34dBm，输出效率50％。RF5110输出功率由VAPC管脚的电压值控制，控制电压0.2-2.6V，输出功率可控范围可以达到75dB。控制电压由AD9963的一个10位DAC提供，但是由于VAPC管脚最大有5mA电流，所以需要增加一个运放提高驱动能力。

为了满足发射杂散辐射要求，需要在PA输出端口增加杂散抑制单元来抑制PA输出的谐波杂散，可采用低通滤波器，所述低通滤波器采用LFCN-1000，LFCN-1000的频率特性如图5所示。

接收单元负责处理标签返回的信号，并解调成基带信号送到ADC进行采样。接收单元包括载波抑制单元、LNA单元、解调器单元、滤波器单元和基带滤波处理单元等。

载波抑制单元的原理是将发射的载波信号耦合一部分并经过移相衰减后成为消除信号，消除信号与接收链路载波泄漏信号幅度相等、相位相差180度，再合路后就可以实现载波抑制。消除信号与泄漏信号有相同的振幅和相位噪声，那么将消除信号添加到接收信号中后，可以同时消除泄漏载波及其相位噪声。本实施例中，移相衰减网络采用ADI的AD8340，该器件为射频矢量调制器，可以用来作为可变衰减移相器件，工作频率700～1000MHz，幅度调节范围-2dB到-32dB，相位调节范围0°到360°，其功能框图如图6所示。为了实现载波对消，需要通过校准算法来调整IQ两路电压值，以达到与干扰信号功率大小相同，相位相差180度。将IQ两路-0.5V到+0.5V电压分成不连续点，第一次校准时，需要对所有的点进行扫描，找到一个对消后功率最小的点。物联网终端工作时，由于各种环境变化，对消效果会有所变化，这时候需要在原先点的周围小范围内进行扫描调整对消效果，一般情况下对于泄漏载波信号可以对消30dB。如果网路划分足够细，效果可以更好，但是30dB以下对其他环境变化较敏感，需要经常调整对消效果。采用对消后，在接收单元和发送单元共用天线的情况下，可以达到与收发分离天线同等的隔离度。通过对消后泄漏到接收通道的载波信号还是比较大，解调后还是会有比较大的直流分量。为了不使ADC饱和，在解调器单元和基带之间采用AC耦合的方式来去除直流分量。为了减小泄漏载波的相位噪声对接收灵敏度的影响，接收单元和发射单元需要共一个本振，使泄漏的载波信号的相位噪声与本振相同，只是存在一定的延迟，研究表明这时对接收的灵敏度影响比较小。

LNA单元采用Mini-Circuits公司的PMA-5451+，该器件工作电压3V，900MHz的噪声系数0.8dB，增益为18.6dB，OIP3为29dBm，输出1dB压缩点为17dBm，经过载波抑制后的信号不会导致LNA单元饱和，LNA单元的外围电路如图7所示。

如图8所示，解调器单元采用ADI的ADL5382，该器件线性度很高，900MHz时IIP3为33.5dBm，输入P1dB为14.7dBm，噪声系数为14dB。高线性度满足RFID自干扰要求。本振信号直接由ADF9010提供，这样可以实现收发共本振。

本实施例中，滤波器单元采用EPCOS公司的B4301或B4311，其频率特性如图9和图10所示，B4301通带频率范围为902～928MHz，B4311通带频率范围是824～849MHz。

载波泄漏信号经过解调器后会产生一个很大的直流分量，这个直流分量经过后级基带放大后会导致ADC饱和。为了抑制这个直流分量，在解调器单元和基带放大器之间采用AC耦合方式，以提供高通滤波响应，即提供一个基带滤波处理单元。ADF9010内部集成了RX基带放大及滤波器特性，滤波器带宽也可以选择330KHz、880KHz和1.76MHz以适应不同的传输速率。

收发隔离单元位于功率放大单元和天线之间，它的主要作用是用于将移动终端的发射信号和从标签反射回的接收信号相隔离，此外还起到阻抗匹配的作用。RFID模块由于受到体积的限制，不能使用环形器，所以选择耦合器来作为收发隔离模块。选择Anaren公司的DC0710J5010AHF型号10dB耦合器，该耦合器体积小，非常适合用在手持机里面，耦合器指标如图11所示。

协议处理单元用于数字信号处理并完成RFID空中接口协议相关处理，发送时完成数据到基带的转换，接收时完成基带信号的解调，本实施例中，协议处理单元采用FPGA协议，FPGA发送的基带信号需要经过DAC转换为模拟信号，天线接收到的标签信号经过解调，下变频为基带信号，输入到ADC进行采集。如图12所示，为AD9963的内部框图，AD9963集成了ADC和DAC，它的数据接口直接与FPGA连接。

本实施例中，导航模块采用多模卫星导航射频芯片加基带芯片形成多模导航模块的方式，可为北斗/GPS双模导航，采用北斗B1/GPS L1双通道导航射频芯片，支持单北斗、单GPS以及双通道并行工作三种模式，经过下变频，放大以及2bit模数转换后输出两路数字中频信号给基带芯片进行解调处理。芯片内集成低噪声放大器、混频器、复数镜像抑制带通滤波器、可变增益放大器、数字自动增益控制电路、模数转换器、小数分频器以及低压差线性稳压器(LDO)等，仅需很少的外围元器件即可工作。这种双模导航模式功耗低、体积小，满足智能物联网终端低功耗、高可靠性的要求。

本实施例中，电池模块采用聚合物锂离子电池，如图13所示，所述聚合物锂离子电池主要由正极、负极、电解液和隔膜组成。在充电的过程中，锂离子从正极层状物的晶隔间脱出，进入电解液，在充电器附加的外电场作用下向负极移动，依次进入负极，后嵌入到石墨材料晶格中在那儿形成锂化合物，同时剩余电子从外电路到达负极。放电过程则相反，锂离子从石墨晶格中脱出回到正极氧化物晶格中。所以在锂离子电池的充放电过程中，锂离子一直处于从正极→负极→正极的运动状态。

综上所述，本发明提供的一种集成RFID和北斗导航功能的无线物联网终端，包括智能平台模块、RFID模块和导航模块，采用智能平台模块中嵌入RFID模块和导航模块的方式，既可以当作智能平台使用，打开RFID功能后就作为一个物联网终端，配备北斗/GPS双模导航模块能够实现精确定位，具有携带方便、便于使用等优势；主处理器单元连接其他模块可使其功能更加多样化，触摸屏采用电容式触摸屏具有流畅性好、操作性好、灵敏度高等优点，条形码模块能够阅读一维和二维条形码，使移动终端的应用范围更广；本振PLL单元可以实现收发共本振，杂散抑制单元可以抑制谐波杂散；采用载波对消技术可以提高接收灵敏度，收发隔离单元可以将发射信号和接收信号隔离，并起到阻抗匹配的作用；电池模块采用聚合物锂电池可进行反复充电，使用寿命长。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。