近年來(lái)興起的射頻識(shí)別技術(shù)(RFID)是以無(wú)線電磁波信號(hào)通過(guò)近場(chǎng)或遠(yuǎn)場(chǎng)方式與標(biāo)簽交換能量與信息,，實(shí)現(xiàn)識(shí)別目的的技術(shù),，具有數(shù)據(jù)容量大、無(wú)需接觸讀寫(xiě),、保密性高,、壽命長(zhǎng)、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),。在工業(yè)自動(dòng)化,、商業(yè)自動(dòng)化、交通運(yùn)輸控制管理以及物流管理等領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,。按工作頻段,，RFID系統(tǒng)可分為低頻、高頻,、超高頻和微波等幾類(lèi),。目前大多數(shù)RFID系統(tǒng)為低頻和高頻系統(tǒng)，但超高頻頻段的RFID系統(tǒng)具有操作距離遠(yuǎn),、通信速度快,、成本低、尺寸小等優(yōu)點(diǎn)，更適合未來(lái)物流,、供應(yīng)鏈領(lǐng)域的應(yīng)用,，也為實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)提供了可能。

    本文介紹了一種新型UHF頻段RFID讀寫(xiě)器設(shè)計(jì)方案,。該讀寫(xiě)器是基于Intel R2000芯片,、以AT91SAM7S256為微控制器，符合ISO 18000-6C和EPC global Gen2標(biāo)準(zhǔn),。與傳統(tǒng)超高頻RFID系統(tǒng)相比,，該方案簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)過(guò)程、減小了讀寫(xiě)器體積,、降低了生產(chǎn)成本,，縮短了產(chǎn)品生產(chǎn)周期。

1 讀寫(xiě)器系統(tǒng)框圖

    基于R2000的讀寫(xiě)器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示,，其中控制器采用ARM7內(nèi)核處理器,，除了R2000的一些必要外圍元件，系統(tǒng)和天線之間必須加環(huán)行器以滿足單天線應(yīng)用,，TX口還必須加功放模塊,。根據(jù)讀寫(xiě)器的系統(tǒng)框圖，主要器件選型如下：



1．1 RFID寬頻環(huán)行器HYG504XX

    作為單天線應(yīng)用的收發(fā)隔離,，環(huán)形器一般用亞鐵磁性復(fù)合材料制成,，這種材料具有各向異性的特點(diǎn)，環(huán)形器為三端口器件,，端口1為輸入,，端口2為輸出，端口3為隔離端口,，能量幾乎不能穿過(guò),，以此類(lèi)推，一般UHF讀寫(xiě)器上用環(huán)形器使信號(hào)按順時(shí)針?lè)较蛄魍?，?dāng)端口1為T(mén)X輸出時(shí),，RF信號(hào)會(huì)從端口2流過(guò)，而端口3即RX端口為隔離端,，具體隔離度需參考器件參數(shù)和LAYOUT效果,；相反，當(dāng)端口2作為收發(fā)復(fù)用端接收信號(hào)時(shí),，信號(hào)會(huì)按順時(shí)針?lè)较蜻M(jìn)入端口3,，此時(shí)泄露到TX端口的能量非常小，可以忽略,，而TX泄露到RX端口的能量很大程度上影響著接收機(jī)靈敏度即實(shí)際識(shí)別效果,，因此需根據(jù)接收端LNA參數(shù),，在RX端加衰減器對(duì)TX泄露信號(hào)進(jìn)行有效隔離，但由此產(chǎn)生一個(gè)問(wèn)題,，因?yàn)镽X接收的有用信號(hào)本身就很少,，在進(jìn)行TX端泄露信號(hào)衰減的同時(shí)，RX端有用信號(hào)也被進(jìn)一步削弱,，因此也會(huì)影響到LNA的接收,，因此，用環(huán)形器做收發(fā)隔離只能在一定程度上產(chǎn)生效果,，對(duì)于TX輸出功率給定且：ERP不超過(guò)相關(guān)規(guī)定的情況下,，要提高接收機(jī)靈敏度，必須考慮增大收發(fā)兩路的隔離度,，視具體需求而定,。

1．2 射頻開(kāi)關(guān)HMC174

    用來(lái)控制射頻輸出的通斷,。在900 MHz頻段內(nèi),，輸入的1 dB壓縮點(diǎn)可以達(dá)到39 dBm，充分保證了HMC174可以承受輸入很高的射頻功率,。輸入3階截取點(diǎn)可達(dá)到60 dBm,，而前一級(jí)頻率合成器的輸出功率在3 dBm以內(nèi)，因而保證了信號(hào)通過(guò)射頻開(kāi)關(guān)后的高線性度,，最大限度地減少了射頻信號(hào)的失真,。

1．3 射頻功率放大器PF01411B

    PF01411B用做放大R2000的TX端輸出信號(hào)，使其滿足最大功率的輸出要求,。PF01411B的主要特性為：高增益：三級(jí)放大,，輸入功率0 dBm,；高效率：輸出功率在35．5dBm時(shí)可達(dá)45％,；增益控制范圍寬：典型值可達(dá)70dB。

1．4 射頻數(shù)控衰減器HMC273

    HMC273用做衰減R2000的TX端輸出信號(hào),，功率校正用,。

1．5 Impinj Indy R2000 UHF RFID讀寫(xiě)器芯片

    R2000是新一代UHF頻段RFID讀寫(xiě)器SoC芯片，符合EPC global UHF Class 1 Gen 2／ISO 18000-6C國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),，內(nèi)部集成ASK調(diào)制解調(diào)器,、濾波器、功放,、FPGA等模塊,。
1．6 微處理單元AT91SAM7S256

    該器件是32位微控制器，大大提升了微控制器的實(shí)時(shí)性能,，整合了全套安全運(yùn)行功能,，包括由片上RC振蕩器計(jì)時(shí)的監(jiān)視器,、電源以及閃存的硬件保護(hù)等。此外,，該器件在最差條件下可以30 MHz的速度進(jìn)行單時(shí)鐘周期訪問(wèn),。

2 電源模塊和外設(shè)

    電源模塊提供5 V，3．3 V,，1．8 V的電壓,，和外設(shè)做在同一塊底板上。適配器輸出的12 V直流電壓通過(guò)單片開(kāi)關(guān)電源LM2676轉(zhuǎn)換成5 V,，如圖2所示,，其他所需電壓值通過(guò)LM1117系列LDO產(chǎn)生，如圖3所示,。外設(shè)只提供以太網(wǎng)口,、USB口、串口,。



    AT91SAM7S256自帶以太網(wǎng)MAC,，只需選用一片PHY，這里選DM9161AEP,，電路如圖4所示,。

PHY和MAC的接口采用RMII接口，以太網(wǎng)接口采用集成了網(wǎng)絡(luò)變壓器的HR911105A,，增加信號(hào)傳輸?shù)目煽啃?。USB的接口電路如圖5所示，由于AT91SAM7S256芯片自帶USB控制器,，這部分電路相對(duì)簡(jiǎn)單,，只需按照ATMEL的參考電路進(jìn)行設(shè)計(jì)即可。串口電路如圖6所示,，其中一個(gè)用做調(diào)試,，在沒(méi)有顯示設(shè)備的情況下，啟動(dòng)信息等可以從這個(gè)串口打印輸出到Windows中的超級(jí)終端上,，方便設(shè)計(jì)前期的調(diào)試過(guò)程,。



3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主程序

    讀寫(xiě)器在主機(jī)監(jiān)控下進(jìn)行工作，該系統(tǒng)與主機(jī)之間形成主從通信模式,。主控模塊上電完成正常初始化過(guò)程后,，就進(jìn)入等待狀態(tài)，等主機(jī)發(fā)來(lái)指令,，當(dāng)接收到主機(jī)指令后,，按照主控程序進(jìn)行相應(yīng)的工作。處理完畢后,，將所得信息送往主機(jī),。主程序流程如框圖7所示,。



4 結(jié)語(yǔ)

    本文采用Impinj最新的R2000進(jìn)行UHF RFID設(shè)計(jì)，可支持多協(xié)議兼容,，標(biāo)簽處理速度高達(dá)每秒400多張,，此超高頻射頻識(shí)別系統(tǒng)尤其適用于物流、供應(yīng)鏈領(lǐng)域,。實(shí)驗(yàn)表明,，以此為核心的讀寫(xiě)器防碰撞性能好、高級(jí)DRM算法支持每秒處理400個(gè)標(biāo)簽,。這些特性減小了設(shè)備的開(kāi)發(fā)復(fù)雜度,，縮短了設(shè)備的研發(fā)周期，提高了系統(tǒng)性能,，加快了設(shè)備的上市時(shí)間,。