超高頻射頻識別系統讀寫器設計方案
3.2 發射模塊
發射模塊由射頻調制/發射芯片和功率放大芯片組成。其原理如圖4所示。調制/發射芯片選用MotorolA公司的MC33493,它是由鎖相環調諧的UHF頻段調制/發射芯片,采用OOK或FSK調制,具有集成的VCO、環路濾波器、可調的輸出功率,工作頻段可選擇315~434或868~928MHz.工作頻段由BAND(3) 管腳控制、調制方式則由MODE (14) 管腳設定。RFOUT(10) 管腳的輸出頻率F(oUt) = F(Y1)×[Ratio] (PLL )。
圖4:發射模塊
本設計中BAND(3) 管腳置低電平,選用868~928MHz的頻段;工作頻率設定在915MHz,f(Y1) = 915MHz/64= 14. 297MHz;MODE (14) 管腳置低電平,采用OOK調制方式;DATACL K(1)、DATA(2)、ENABL E (13) 管腳分別為時鐘、數據輸入和芯片工作開關,由單片機來控制。
為了提高系統的發射功率,本設計選用了RFMicroDevice 公司的RF2132功率放大芯片對MC33493輸出的射頻信號進行功率放大;RF2132是一種高功率、高效率的線性放大器,具有29dBm的線性輸出功率。
3.3 接收模塊
接收模塊由射頻接收/解調芯片和信號放大芯片組成。原理如圖5所示。射頻接收/解調芯片選用MotorolA公司的MC33593,它是一種由鎖相環調諧的UHF頻段低功率射頻接收/解調芯片,工作頻帶在868~928MHz,中頻帶寬為500kHz,采用OOK或FSK調制,由DMDAT(13) 管腳設定。具有集成的VCO、環路濾波器。
本設計中DMDAT(13) 管腳置低電平,采用OOK調制。晶體振蕩器的頻率選擇與MC33493相同。系統時鐘(11)、數據接口(15、16) 及輸入控制開關(14) 由單片機控制。
為了提高系統的接收靈敏度,本設計在天線和射頻接收/解調器之間增加了一套射頻信號放大電路,主要由RF2173組成,其功能是用于對天線接收到的射頻信號進行放大,以提高MC33593輸入射頻信號的信號強度;RF2173具有最大32dB的增益。
圖5:接收模塊
3.4 串口通信模塊
讀寫器采用RS232接口與計算機通信,電平轉換芯片用ICL232.通過該接口計算機向讀寫器發送讀、寫標簽等命令,讀寫器可把結果回送給計算機。
4. 軟件設計
4.1 主程序
由于系統在PC機的監控下工作,兩者之間為主從通信方式。主控模塊上電完成正常初始化過程后,便進入等待狀態,等PC機發來指令。當接收到PC機指令后,轉去處理相應的程序。處理完畢后執行結果信息返回PC機。主程序框圖如圖6所示。
圖6:接收模塊
4.2 防沖突程序
在讀寫器天線所覆蓋的范圍之內有多個標簽存在時,讀寫器發送命令后,會引起響應沖突,從而導致通信失敗。當讀寫器檢測到沖突后,可使用命令來處理存在的沖突。通過發送命令可以記錄讀寫器天線覆蓋范圍內的標簽的UID,然后利用UID的唯一性,讀寫器和各個標簽分別建立獨立的通道進行通信,從而消除沖突。讀寫器首先發送命令給標簽,在命令的數據域和參數域中分別包含UID的掩碼和掩碼的長度,傳送給標簽的掩碼要求是整字節,如果此掩碼不是整字節的話將自動在高位補零。通過設置標志域的相應標志位,讀寫器可以設置接收標簽響應的時隙為3或6,在各時隙中,讀寫器都可以接收標簽返回的UID,讀寫器通過發送結束信號的UID和當前時隙序號的最低4bit加命令數據域中的掩碼進行比較,如果不匹配則無應答,如果匹配將送回自己的UID.在某一時隙可能出現多個標簽同時做出響應,這時讀寫器要記下沖突的標簽掩碼和時隙計數器的值,以做進一步沖突處理。流程圖如圖7。
圖7:接收模塊
5.結束語
本文設計的超高頻射頻識別讀寫器能夠讀寫UCODE HSL 系列多種標簽,讀寫速度最快(從單個標簽上平均讀取64bit,耗時不超過6ms每多取32bit耗時累加1ms;每單個標簽上平均寫入32bit,耗時不超過25ms每多寫入32bit耗時累加25ms) ,讀寫距離(≥4m) ,有效地解決了多標簽防沖撞問題,此超高頻射頻識別系統尤其適用于物流、供應鏈領域。
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