RFID應(yīng)用及原理 第四章 RFID系統(tǒng)讀寫器

1、射頻識別技術(shù)RFID Technology第三章 RFID讀寫器第三章 RFID讀寫器 讀寫器是射頻識別系統(tǒng)中又一個非常重要的組成部分，它負(fù)責(zé)連接電子標(biāo)簽和計算機通信網(wǎng)絡(luò)，與標(biāo)簽進行雙向數(shù)據(jù)通信，讀取標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)，或者按照計算機的指令對標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)進行改寫。讀寫器的工作頻率決定了整個射頻識別系統(tǒng)的工作頻率，讀寫器的功率大小決定了整個射頻識別系統(tǒng)的工作距離。 1、讀寫器的功能 2、讀寫器的基本組成 3、讀寫器的I/O接口形式 4、讀寫器的工作方式 5、讀寫器的種類 6、讀寫器的發(fā)展趨勢讀寫器之所以非常重要，這是由它的功能所決定的，它的主要功能有以下幾點： 實現(xiàn)與電子標(biāo)簽的通訊：最常見的就是對標(biāo)簽

2、進行讀數(shù)，這項功能需要有一個可靠的軟件算法確保安全性、可靠性等。除了進行讀數(shù)以外，有時還需要對標(biāo)簽進行寫入，這樣就可以對標(biāo)簽批量生產(chǎn)，由用戶按照自己需要對標(biāo)簽進行寫入； 給標(biāo)簽供能:在標(biāo)簽是被動式或者半被動式的情況下，需要讀寫器提供能量來激活射頻場周圍的電子標(biāo)簽；閱讀器射頻場所能達到的范圍主要由天線的大小以及閱讀器的輸出功率決定的。天線的大小主要是根據(jù)應(yīng)用要求來考慮的，而輸出功率在不同國家和地區(qū)，都有不同的規(guī)定。第三章 RFID讀寫器1、讀寫器的功能、讀寫器的功能實現(xiàn)與計算機網(wǎng)絡(luò)的通訊：這一功能也很重要，讀寫器能夠利用一些接口實現(xiàn)與上位機的通訊，并能夠給上位機提供一些必要的信息；實現(xiàn)多標(biāo)簽識別

3、：讀寫器能夠正確的識別其工作范圍內(nèi)的多個標(biāo)簽；實現(xiàn)移動目標(biāo)識別：讀寫器不但可以識別靜止不動的物體，也可以識別移動的物體；實現(xiàn)錯誤信息提示：對于在識別過程中產(chǎn)生的一些錯誤，讀寫器可以發(fā)出一些提示； 對于有源標(biāo)簽，讀寫器能夠讀出有源標(biāo)簽的電池信息，如電池的總電量、剩余電量等。第三章 RFID讀寫器1、讀寫器的功能、讀寫器的功能 典型的讀寫器終端一般由天線、射頻接口模塊和邏輯控制模塊三部分構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)圖如下所示：第三章 RFID讀寫器2、讀寫器的基本組成、讀寫器的基本組成 （1）天線 讀寫器的天線是發(fā)射和接收射頻載波信號的設(shè)備； 它主要負(fù)責(zé)將讀寫器中的電流信號轉(zhuǎn)換成射頻載波信號并發(fā)送給電子標(biāo)簽，或者

4、接收標(biāo)簽發(fā)送過來的射頻載波信號并將其轉(zhuǎn)化為電流信號； 讀寫器的天線可以外置也可以內(nèi)置； 天線的設(shè)計對閱讀器的工作性能來說非常重要，對于無源標(biāo)簽來說，它的工作能量全部由閱讀器的天線提供。第三章 RFID讀寫器2、讀寫器的基本組成、讀寫器的基本組成（2）射頻接口模塊 讀寫器的射頻接口模塊主要包括發(fā)射器、射頻接收器、時鐘發(fā)生器和電壓調(diào)節(jié)器等。該模塊是讀寫器的射頻前端，同時也是影響讀寫器成本的關(guān)鍵部位，主要負(fù)責(zé)射頻信號的發(fā)射及接收。 其中的調(diào)制電路負(fù)責(zé)將需要發(fā)送給電子標(biāo)簽的信號加以調(diào)制，然后再發(fā)送； 解調(diào)電路負(fù)責(zé)將解調(diào)標(biāo)簽送過來的信號并進行放大； 時鐘發(fā)生器負(fù)責(zé)產(chǎn)生系統(tǒng)的正常工作時鐘。第三章 RFID

5、讀寫器2、讀寫器的基本組成、讀寫器的基本組成（3）邏輯控制模塊讀寫器的邏輯控制模塊是整個讀寫器工作的控制中心、智能單元，是讀寫器的“大腦”， 讀寫器在工作時由邏輯控制模塊發(fā)出指令，射頻接口模塊按照不同的指令做出不同的操作。它主要包括微控制器、存儲單元和應(yīng)用接口驅(qū)動電路等。微控制器可以完成信號的編解碼、數(shù)據(jù)的加解密以及執(zhí)行防碰撞算法；存儲單元負(fù)責(zé)存儲一些程序和數(shù)據(jù)；應(yīng)用接口負(fù)責(zé)與上位機進行輸入或輸出的通信。第三章 RFID讀寫器2、讀寫器的基本組成、讀寫器的基本組成 下面以UHF頻段讀寫器為例，詳細(xì)介紹一下讀寫器的射頻模塊是如何工作的。射頻模塊又可以分為發(fā)射和接收兩部分。 讀寫器的發(fā)射電路部分主

6、要由混頻器(Mixer)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)、衰減器(Attenuator)、可變增益放大器(VGA)、功率分配器 (Power Splitter)、射頻濾波器(Filter)、以及射頻功率放大器(PA)。 發(fā)射部分的工作過程如下：（1）閱讀器控制壓控振蕩器，產(chǎn)生出頻率為860-96OMHZ的載波信號，然后把這個信號傳送給功分器;第三章 RFID讀寫器2、讀寫器的基本組成、讀寫器的基本組成（2）功率分配器把要發(fā)射的信號分成兩部分，一部分發(fā)送到接收電路，作為接收信號進行混頻時的信號源，另外一路則先經(jīng)過衰減器再送到Mixer；（3）通過混頻，使閱讀器的基帶信號控制傳送過來的載波信號的幅度相位變化

7、，然后經(jīng)過可變增益放大器（VGA）和射頻濾波器以后，傳至功率放大器;（4）閱讀器根據(jù)實際情況，自動調(diào)節(jié)發(fā)射信號的增益，然后經(jīng)過射頻功率放大器進行放大，最后再經(jīng)過環(huán)行器傳送到閱讀器天線準(zhǔn)備發(fā)射。這里環(huán)行器的作用就是將閱讀器天線接收到的信號與發(fā)送的信號隔離開來，避免出現(xiàn)同頻干擾。第三章 RFID讀寫器2、讀寫器的基本組成、讀寫器的基本組成讀寫器的接收部分主要包括功率分配器、混頻器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)以及射頻濾波器，接收部分的工作流程是：（1）由標(biāo)簽通過反向散射傳遞過來的信號通常功率比較小，它會首先進入環(huán)行器，以便與閱讀器發(fā)射的載波信號分離，避免出現(xiàn)同頻干擾。在通過射頻濾波器后，進入到功率分配器，

8、從這里出來的信號又分成了兩路;（2）從發(fā)射線路過來的未調(diào)制載波作為接收線路的本振信號，產(chǎn)生兩路參考信號，兩路參考信號的相位相差90。（3）兩路參考信號與從第一步功分器分離出來的兩路信號進行混頻，生成兩路基帶信號，然后分別經(jīng)過各自的運算放大器和低通濾波器以后，返回到閱讀器的信號處理單元進行相關(guān)處理。第三章 RFID讀寫器2、讀寫器的基本組成、讀寫器的基本組成一般讀寫器的I/O接口形式主要有：RS-232串行接口：計算機普遍適用的標(biāo)準(zhǔn)串行接口，能夠進行雙向的數(shù)據(jù)信息傳遞。它的優(yōu)勢在于通用、標(biāo)準(zhǔn)，缺點是傳輸距離不會達到很遠(yuǎn)，傳輸速度也不會很快。RS-485串行接口：也是一類標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口，數(shù)據(jù)傳遞

9、運用差分模式，抵抗干擾能力較強，傳輸距離比RS-232傳輸距離較遠(yuǎn)，傳輸速度與RS-232差不多。RJ45以太網(wǎng)接口：閱讀器可以通過該接口直接進入網(wǎng)絡(luò)。USB接口：也是一類標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口，傳輸距離較短，傳輸速度較高。第三章 RFID讀寫器3、讀寫器的、讀寫器的I/O接口形式接口形式讀寫器主要有兩種工作方式，一種是讀寫器先發(fā)言方式（Reader Talks First，RTF），另一種是標(biāo)簽先發(fā)言方式（Tag Talks First，TTF ）。在一般情況下，電子標(biāo)簽處于等待或休眠狀態(tài)，當(dāng)電子標(biāo)簽進入讀寫器的作用范圍被激活以后，便從休眠狀態(tài)轉(zhuǎn)為接收狀態(tài)，接受讀寫器發(fā)出的命令，進行相應(yīng)的處理，并

10、將結(jié)果返回給讀寫器。這類只有接收到讀寫器特殊命令才發(fā)送數(shù)據(jù)的電子標(biāo)簽被稱為RTF方式；與此相反，進入讀寫器的能量場即主動發(fā)送數(shù)據(jù)的電子標(biāo)簽被稱為TTF方式。第三章 RFID讀寫器4、讀寫器的工作方式、讀寫器的工作方式 根據(jù)使用用途，各種讀寫器在結(jié)構(gòu)上及制造形式上也是千差萬別的。大致可以將讀寫器劃分為以下幾類：固定式讀寫器、OEM讀寫器、工業(yè)讀寫器、便攜式讀寫器以及大量特殊結(jié)構(gòu)的讀寫器。 （1）固定式讀寫器固定式讀寫器 固定式讀寫器是最常見的一種讀寫器。它是將射頻控制器和高頻接口封裝在一個固定的外殼中構(gòu)成的。有時，為了減少設(shè)備尺寸，降低成本，便于運輸，也可以將天線和射頻模塊封裝在一個外殼單元中，

11、這樣就構(gòu)成了集成式讀寫器或者一體化讀寫器。第三章 RFID讀寫器5、讀寫器的種類、讀寫器的種類（2）OEM讀寫器讀寫器 為了將讀寫器集成到用戶自己的數(shù)據(jù)操作終端、BDE終端、出入控制系統(tǒng)、收款系統(tǒng)及自動裝置等，需要采用OEM讀寫器。 OEM讀寫器是裝在一個屏蔽的白鐵皮外殼中向用戶供貨的，或者也可以是以無外殼的插件板的方式供貨。 電子連接的形式大致有焊接端子、插接端子或螺絲旋接端子等。第三章 RFID讀寫器5、讀寫器的種類、讀寫器的種類（3）工業(yè)讀寫器）工業(yè)讀寫器 對于在安裝或生產(chǎn)設(shè)備中的應(yīng)用，需要采用工業(yè)讀寫器。 工業(yè)讀寫器大多具備標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線接口，以便容易集成到現(xiàn)有設(shè)備中，它主要應(yīng)用在礦井

12、、畜牧、自動化生產(chǎn)等領(lǐng)域。此外，這類讀寫器還滿足多種不同的防護需要，現(xiàn)在即使是帶有防爆保護的讀寫器也能買到。（4）發(fā)卡機）發(fā)卡機 發(fā)卡機也叫讀卡器、發(fā)卡器等，主要用來對電子標(biāo)簽進行具體內(nèi)容的操作，包括建立檔案呢、消費糾正、掛失、補卡、信息糾正等，經(jīng)常與計算機放在一起。從本質(zhì)上說，發(fā)卡機實際上是小型的射頻讀寫器。第三章 RFID讀寫器5、讀寫器的種類、讀寫器的種類（5）便攜式讀寫器 便攜式讀寫器是適合于用戶手持使用的一類射頻電子標(biāo)簽讀寫設(shè)備，其工作原理與其他形式的讀寫器完全一樣。 便攜式讀寫器主要用于動物識別，主要作為檢查設(shè)備、付款往來的設(shè)備、服務(wù)及測試工作中的輔助設(shè)備。 便攜式讀寫器一般帶有L

13、CD顯示屏，并且?guī)в墟I盤面板以便于操作或輸入數(shù)據(jù)。 通?？梢赃x用RS-232接口來實現(xiàn)便攜式讀寫器與PC機之間的數(shù)據(jù)交換。 除了在實驗室中用于系統(tǒng)評估工作的最簡單的便攜式讀寫器以外，還有用于惡劣環(huán)境中的特別耐用并且?guī)в蟹浪Ｗo的便攜式讀寫器。第三章 RFID讀寫器5、讀寫器的種類、讀寫器的種類 隨著RFID技術(shù)的不斷發(fā)展，未來的讀寫器也將朝著多功能、多制式兼容、多頻段兼容、小型化、多數(shù)據(jù)接口、便攜式、多智能天線端口、嵌入式和模塊化的方向發(fā)展，而且成本也將越來越低。（1）多功能 為了適應(yīng)市場對射頻識別系統(tǒng)多樣性和多功能的要求，讀寫器將集成更多更加方便實用的功能。另外，為了適應(yīng)某些應(yīng)用的方便，讀寫

14、器將具有更多的智能性，具有一定的數(shù)據(jù)處理能力，可以按照一定的規(guī)則將應(yīng)用系統(tǒng)處理程序下載到讀寫器中。這樣，讀寫器就可以脫離中央處理計算機，做到脫機工作，完成門禁、報警等功能。第三章 RFID讀寫器6、讀寫器的發(fā)展趨勢、讀寫器的發(fā)展趨勢（2）多制式兼容 由于目前全球沒有統(tǒng)一的射頻識別技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，各個廠家的系統(tǒng)互相不兼容，但是隨著射頻識別技術(shù)的逐漸統(tǒng)一，以及市場競爭的需要，只要這些標(biāo)簽協(xié)議是公開的，或者是經(jīng)過許可的，某些廠家的讀寫器將兼容多種不同制式的電子標(biāo)簽，以提高產(chǎn)品的應(yīng)用適應(yīng)能力和市場競爭力。（3）多頻段兼容 由于目前缺乏一個全球統(tǒng)一的射頻識別頻率，不同國家和地區(qū)的射頻識別產(chǎn)品具有不同的頻率。為了適應(yīng)不同國家和地區(qū)的需要，讀寫器將朝著兼容多個頻段，輸出功率數(shù)字可控等方向發(fā)展。第三章 RFID讀寫器6、讀寫器的發(fā)展趨勢、讀寫器的發(fā)展趨勢（4）成本更低 相對來說，目前大規(guī)模的射頻識別應(yīng)用，其成本還是比較高的