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超高频RFID 阅读器的设计

作者:徐 鹏 日期:2014-06-19 09:50 来源:电子制作
东北师范大学人文学院 吉林长春 130000
【文章摘要】
RFID 是一种射频识别技术,射频
识别技术是随着大规模集成电路技
术的发展与成熟而逐渐兴起的一项
自动识别技术。介绍了RFID 系统的
基本组成、工作原理,给出了超高频
RFID 阅读器的实现方案。
【关键词】
超高频;射频识别;阅读器
RFID(Radio Frequency Identification)
是一种射频识别技术,是使用专用的
RFID 读写器及专门的可附着于目标物的
RFID 标签,利用频率信号将信息由RFID
标签传送至RFID 读写器。通过检测目标
物体对射频电磁场的扰动来获得其相关
特征信息的一种非接触式探测技术,射频
信号自动识别目标对象来并获取相关数
据,是一种非接触式的自动识别技术,识
别工作无需人工干预,可工作于各种恶劣
环境。最近几年,国内的烟草企业纷纷建
设自己的物流系统,已有众多的烟草企业
的物流中心已经投入运作。在烟草商业领
域,物流配送中心的建设也如火如荼。在
物流系统中,物流信息系统的合理规划影
响着整个物流系统的运作流畅性和效率
高效性,因此,构建一个高效流畅的物流
信息系统至关重要,而信息载体(条形码、
RFID 技术)又是物流信息系统的前端因
素,RFID 技术相比条形码有明显的技术
优势,在读写的便捷性、出错率、动态读
写、重复利用等方面表现突出。
1 射频识别系统的构成
一般而言,任何一个射频识别系统都
是由三大部分共同组成,这三大部件分别
为阅读器,标签和计算机系统。从上图中
可以看出,在这个系统中标签的功能为存
储特定格式的数据,这个数据具有一定的
特殊性,因为任何的数据都被标识,都有
特定的编码,这就方便了数据的使用,加
强了数据的安全性能。由于阅读器具有信
号传输以及发送的功能,担任中间角色。
因此,标准的阅读器通常是由射频控制电
路以及接口电路共同构成。其工作原理
如下:首先利用天线源源不断的发出电
磁波作为一种信号,如果标签开始工作,
那么这种信号就转变为感应电流,受到电
流的刺激之后,就会使电路导通,实现信
息的交流等功能。阅读器由于具有信号传
输的功能,所以能够对收到的信息进行
超高频RFID 阅读器的设计
徐 鹏 东北师范大学人文学院 吉林长春 130000
解码,然后将解码的信息直接传输到计算
机系统,计算机再根据信息的来源以及本
身逻辑关系加以判断,作为会根据信息的
正确性与内容做出回应。当标签收到指令
后,会将这种脉冲信号所携带的信息解码
后传送给控制逻辑,实现数据的储存等功
能。
2 射频识别系统工作原理
由于阅读器的识别范围有限,所以
当电子标签达到其所管辖的范围时,电子
标签就会在脉冲波的刺激下发挥作用。被
激活的电子标签就会将自身携带的信息
传递给阅读器,接受信号的阅读器就会对
信号加以处理,最终信号到达控制系统,
在内置的算法作用下,对标签的信息进行
审核操作。针对不同的设定做出相应的处
理。射频识别系统进行信息交流主要是利
用无线电波信息传输功能。在采集标签信
息时也是依靠电磁波的反射波。一般而
言,阅读器就是源源不断的向外界发射电
磁波,从而实现对周围环境的掌握与控
制。
当阅读器进入正常的工作程序后,在
开始的一段时间会像外界发送含有特定
信息的电磁波,这种电磁波会使得所在范
围内的电子标签受到刺激而被激活发生
作用。然后,电子标签会自动将本身携带
的信息传递给阅读器,阅读器的相应部位
会对信息进行调制,然后将信息进一步的
加工并传递给控制单位,最终形成指令实
现对数据信息的反馈操作。整个过程是非
常的复杂,伴随着信号的不断转变传输方
式。阅读器在进行数据传输的过程首先会
将调制好的信息发送出去,对于信息的载
体载波则需要进一步的操作,因为对于无
源的标签而言,载波为其提供了能量。
3 射频识别系统阅读器收发电路的设

现阶段厂商所生产的射频识别阅读
器有以下几个部分:执行频率发射的射频
模块、主控,存储以及电源系统等。射频模
块所进行的工作就是对它所要发射的信
号进行一定的处理,并且为其传输提供相
应的能量;系统将要传输的命令等信息形
成相应的信息信号,并且利用阅读器的天
线对信号进行传输。然后,被将阅读器发
射出去的信号在进行一定距离的传输后
被电子标签接收,电子标签在对接收到的
信号进行处理,并且发射一个回复信号给
阅读器;而在回复信号的形成前,必须对
信号进行分析处理,必要时对信号进行科
学的加工处理。所以,射频中需要两个信
号传输道,只有这样才能使得信号高效快
速的在电子标签和阅读器之间传输。通常
情况下,来自于标签的电子信号要在接收
通道上传输,而来自阅读器上的信号则要
在传输道上进行传输。
如果我们从功能上对阅读器的组成
进行划分,阅读器主要有两个方面组成:
射频模块与控制模块,它们都有各自所执
行的功能。射频模块的功能实现主要需要
发射与接收两个部分。阅读器需要对射频
能量的发送以及对回复信号的检测识别
来完成标签的读写这一功能。在工作时,
射频模块接受到来自控制模块的相关指
令并且作进一步处理,形成相应的信号传
输给标签,标签在处理后对指令信息进行
回复,射频模块接收到回复信息后传递给
控制模块进行处理。
硬件设计包括超高频RFID 读写模块
和C8051F340 单片机的主控系统。系统的
主控系统在工作时主要进行着对射频模
块形成信号时的控制,传递相应的信号处
理命令,并且完成对接收到的信号有效分
析处理。
(1) 系统阅读器与个人电脑之间的通
信。
(2) 系统主控系统工作时与射频模块
的关系。主控系统在工作时主要进行着对
射频模块形成信号时的控制,传递相应的
信号处理命令,并且完成对接收到的信号
有效分析处理。控制部分使用C8051F340
作为处理器,主控系统通过GPIO 口对射
频芯片进行初始化,在工作时,数据的通
信则通过SPI 方式进行。
(3) SPI。SPI 是高速同步串行口,3 ~ 4
线接口,收发独立、可同步进行,适用于短
距离的,芯片和芯片之间或者其他元器件
如传感器和芯片之间的通信。
总之,射频识别(RFID)技术在世界上
正处于迅速上升的时期,是本世纪最有前
途的应用技术之一,而RFID 阅读器无疑
是该技术发展中必不可少的一部分,无线
射频识别技术识别变得更加可靠。通过超
高频的RFID 解决方案,可以保证卷烟生
产的大物流配送,确保供应链的高质量数
据交流,取代了传统的条码易污损、需精
确对位、环境要求高的缺点需求,达到烟
草行业信息化的要求。
【参考文献】
[1] 梁晓兵, 谈树峰, 王朱丹, 盛
喆. 超高频射频识别读写器设计
[J]. 现代电子技术.2012(17)
[2] 张余明, 刘浩. 基于ISO18000-
6C 协议的超高频RFID 读写器设计
[J]. 桂林航天工业高等专科学校学
报.2011(02)
[3] 宋静宇. 超高频RFID 读卡器设计
与研究[J]. 硅谷.2010(24)

 


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