会员注册
发布信息

UHF频段智能型RFID读写器的应用研究
    

  随着UHF频段中国标准的逐渐明朗化以及物流、智能交通、数字景区等应用的需求,UHF频段RFID产品在RFID产业中所占市场份额会越来越大。开发出具有数据纠错、往冗、存储和转发,以及时间治理功能的智能型读写器产品系列将是产品发展的方向。

  1 硬件系统设计

  读写器的硬件设计主要包括:射频控制模块(硬件和固件结合的固件处理器)、INTEL R1000内部集成的射频收发模块、功率放大PA模块,以及外部通讯控制和存储模块。其中,射频控制模块采用Atmel公司的AT91SAM9263芯片,主要完成固件控制及智能空中接口协议、RFID控制逻辑和主机命令解码的控制,其与主机间的通讯通过USB接口来完成;射频收发模块包括RF多路复用电路、高频开关、循环器和耦合器电路;外部通讯控制和存储模块主要完成上位机与控制芯片间的通讯、调试,以及对固件的控制。

  读写器的收发采用2路独立的通道,分别由发送天线和接收天线及其相关的滤波等电路组成。每组天线系统通过高频开关外接4组天线,4组发送和接收天线可以通过AT91SAM9263来选择。发送和接收分开的方式可以有效地进步RFID系统的整体性能,降低接收和发送系统间的干扰,在实际设计中也可以通过外部电路的改动采用单天线设计。

  本设计中采用4组天线,在特殊场合下可以有效地扩大电子标签TAG的接收空间和范围。

  硬件结构框图如图1所示。UHF频段的RFID系统可分为射频电路和基带电路两部分。射频电路部分是标签和读写器之间的高频接口,用于完成高频信号的调制/解调、发射/接收。基带电路部分主要实现射频系统控制、高频信号的编解码等功能,同时完成UHF RFID读写器与外部设备或者Host主机之间的通讯接口的任务。基带电路部分是整个读写器平台的核心控制部分,支撑着整个RFID读写器系统的各项工作,以完成射频模块的控制和通讯。


  在读写器的设计中,为了能够对整个系统进行更好的检测,实时地了解系统的运行情况,特地在设计中增加了系统检测部分。R1000芯片集成有A/D模块,但是其精度转换速率达不到设计的要求,所以在设计中采用了外部A/D转换器来完成对检测信号的转换,然后将转换信号传送给ARM微控制器完成系统的状态监控。

  为了使设备可以组网以及远间隔读写和传输数据,设计中采用了以太网设计,从而使读写器可以在更大的间隔空间上对标签读写,并完成大规模组网。

  Host主机作为整个系统的主控核心负责传输控制,ARM微控制器的组网数据传输操纵也受控于Host主机。USB接口不仅用作数据传输,而且还用来完成PC机和读写器之间的对话。通过设计在PC真个控制软件,可以实时地给读写器发送控制信号(如系统复位、工作使能、标签读写、数据传输、功率控制等);同时,读写器将向Host主机反馈相应的状态信号(如天线开关状态、功率信号等),从而配合上层软件来控制系统的工作过程。最后,通过JTAG接口来完成对读写器工作状态的实时监测和调试,从而正确无误地验证在整个读写器工作过程中,标签读写和数据处理的正确性和可靠性是否满足设计要求。

  在设计中,R1000射频芯片不但集成了大量的射频元件,而且在内部集成了温度检测和功率检测功能,在内部各个关键的核心射频电路有外接的检测输出引脚,从而使板卡的运行状况和功率检测实现了实时的检测和控制,能够保证系统的良好运行。

  2 外部PA电路设计

  2.1 总体设计

  在采用内部PA(Power Amplifier,功率放大器)时,RFID读写器的作用间隔十分有限(2 m),这在很大程度上限制了RFID超高频读写器的应用。本设计中在输出功率需求下,R1000的片上PA作为外部功率放大的一个驱动,通过外部PA子板来完成信号功率放大,然后连接至主板。其中,Balun为平衡转换器。

  INTEL R1000的内部PA输出经过一个偏置匹配网络连接到一个SMA(Sub-Miniature-A)连接器上,然后通过SMA输出到PA子板作为其外部PA驱动,其连接如图2所示。


  在设计中主板和PA子板之间通过同轴线缆来连接。假如要对R1000的输出进行测试,可以将同轴线缆断开,通过SMA接口用仪器进行测试。其电路设计框图如图3所示。


  R1000内部PA的输出信号在经过PA驱动后,再经过一个3 dB的正交混频耦合芯片XC0900E-03S将信号转换为2个正交90°的信号,然后输出到2个平行的集成功率放大芯片MAAP-007649-000100。此放大信号经过一个谐波抑制的低通滤波器(LPF)后,通过同轴线缆输出到主板上的定向耦合器,然后经过输出通道输出。经过PA子板的放大后,可以在900~930 MHz(美国)和865~868 MHz(欧洲)频段输出+34 dB的输出功率。其全部增益通过多级放大电路来实现。

  PA子板采用了独立电源供电的方式,可以保证功率放大电路对稳定电源的需求,输进电压为7.5 V,采用外部线性DC适配器输进。其产业工作温度范围为-20~+75℃。输进PA子板的信号为R1000射频芯片输出的最大+10 dB调制信号。在PA子板中PA具有固定增益,由于R1000支持变换增益范围,其可输进PA子板的信号范围为-6~+10 dB,PA的变化增益范围大概是15~30 dB,可以支持在TX通道上16 dB的变化增益,变换间隔为0.5 dB。

  2.2 外部PA中衰减带通滤波器设计

  衰减带通滤波器功能电路的原理图如图4所示。其中,NR为留的测试点。具体的参数设置如图5所示。我们设计的超高频使用频率范围是860~960 MHz,在外部PA设计中,通过Multisim软件对PA中带通滤波器进行仿真,来测试读写器的使用频率范围。图6是仿真结果。


  PA最大的线性功率输出大丁或即是34 dB,考虑到大约3 dB的多路损耗和滤波损耗以及1 dB的线缆和开关损耗,天线端口的输出功率大约有+30 dB。PA板卡的噪声干扰可以控制在6 dB以内,整个PA系统的输进输出阻抗为50 Ω。在设计中要特别留意PA的散热设计,可以通过温度感应调整PA的方式来补充直接的散热设计,从而更为有效地控制功率和优化散热设计。通过电源控制电路可以在需要时封闭PA,降低整个板卡的功耗。

  结  语

  本文以设计一种UHF超高频射频读写器为目的,设计了基于射频芯片INTEL R1000和AT91SAM9263微控制器的读写器系统,增加了外部PA设计,从而大大增加了读写器的读写间隔。本文所研究的读写器基带系统和射频系统,对RFID读写系列产品的设计具有一定的鉴戒意义。(杜改丽,封治华 中电网)



  来源:笨笨尉

相关阅读:  
  • 一种UHF频段RFID读写器的硬件设计与实现
  • UHF频段RFID读写器的硬件设计与实现
  • HF频段RFID长距离读写器的研究与开发
  • HF频段RFID长距离读写器的研究与开发
  • 瑞福RFS-2334读写器在南京智能交通项目的应用案例
  • 智能型住宅自动控制与治理系统应用研究
  • HF频段RFID长距离读写器的研究与开发
  • UHF频段射频识别读写器的设计
  • 人工智能型的管道泄漏监测系统在克-乌成品油管道的应
  • 人工智能型的管道泄漏监测系统在克-乌成品油管道的应
  • 节能灯用智能型PTC热敏电阻原理及应用研究
  • 智能型住宅自动控制与管理系统应用研究
  • UHF射频识别系统读写器仿真测试的研究
  • 人工智能型的管道泄漏监测系统在克-乌成品油管道的应
  • 人工智能型的管道泄漏监测系统在克-乌成品油管道的应
  • 一种UHF频段高极化隔离度双极化RFID读写器天线设计
  • 基于FPGA的UHF的RFID读写器设计
  • 基于FPGA的UHF的RFID读写器设计
  • 基于物流管理的RFID超高频UHF读写器设计
  •  
     
     

    时间:2011年01月16日 13:48:39 来源:维库开发网 作者: 上一篇:基于RFID中间件数据的过滤方法的研究和分析 下一篇:RFID技术有潜力成为嵌进式系统设计中重要组成部分  (电脑版  手机版)
    Copyright by www.iyouweblog.com;All rights reserved.

    威尼斯人电子游艺