基于DSP技術(shù)的RFID讀寫器設(shè)計(jì)

RFID是RadioFrequencyIdentification的縮寫，即射頻識(shí)別。射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)是從20世紀(jì)80年代興起并逐漸走向成熟的一項(xiàng)自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它利用射頻方式進(jìn)行非接觸雙向通信，以達(dá)到目標(biāo)識(shí)別與數(shù)據(jù)交換的目的。RFID是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)別工作無(wú)須人工干預(yù)。作為條形碼的無(wú)線版本，RFID技術(shù)具有條形碼所不具備的防水、防磁、耐高溫、使用壽命長(zhǎng)、讀取距離大、標(biāo)簽上數(shù)據(jù)可以加密、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)容量更大、存儲(chǔ)信息更改自如等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被世界公認(rèn)為本世紀(jì)十大重要技術(shù)之一，在生產(chǎn)、零售、物流、交通等各個(gè)行業(yè)等各個(gè)行業(yè)有著廣闊的應(yīng)用前景。我國(guó)的第2代身份證即采用了RFID技術(shù)，世界上最大的零售商沃爾瑪也要求其最大的100個(gè)供應(yīng)商從2005年1月1日起開始采用RFID技術(shù)。
1、RFID概述
一個(gè)最基本的RFID系統(tǒng)如圖1，有以下幾部分組成：標(biāo)簽(Tag)，由耦合元件及芯片組成，每個(gè)標(biāo)簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標(biāo)識(shí)目標(biāo)對(duì)象;讀寫器(Reader)，讀取(有時(shí)還可以寫入)標(biāo)簽信息的設(shè)備;天線(Antenna)，在標(biāo)簽和閱讀器間傳遞射頻信號(hào)。
電子標(biāo)簽的工作頻率有3種：低頻(125kHz)、中頻(13.56MHz)和高頻(2.45GHz，5.8GHz)。文中的讀寫器設(shè)計(jì)基于IS015693標(biāo)準(zhǔn)，工作于13.56MHz，適用的電子標(biāo)簽是無(wú)源的。無(wú)源標(biāo)簽從讀寫器產(chǎn)生的電磁場(chǎng)中以電感耦合的方式獲得能量。讀寫器首先從后臺(tái)計(jì)算機(jī)接收命令，然后將命令數(shù)據(jù)按照ISO標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行編碼調(diào)制并通過(guò)天線發(fā)射出去，處于讀寫器工作區(qū)的電子標(biāo)簽接收命令數(shù)據(jù)通過(guò)改變能量強(qiáng)度發(fā)射響應(yīng)信息，讀寫器通過(guò)天線接收電子標(biāo)簽的響應(yīng)信號(hào)，進(jìn)行解調(diào)解碼后傳送給上位機(jī)做進(jìn)一步處理。
2、讀寫器的設(shè)計(jì)
2.1讀寫器的核心控件
在本讀寫器的設(shè)計(jì)中采用的控制核心器件是DSMS320F2812，它是TI公司2003年推出的32bit定點(diǎn)DSP芯片。最高主頻可達(dá)150MHz，128kbit的Flash，18kbit的RAM，16通道的12bitADC，支持ANCIC/C++。由于TMS320F2812內(nèi)部集成了16通道的12bitADC，故無(wú)須再外擴(kuò)ADC，這樣可以使硬件電路變得更簡(jiǎn)潔。使DSP工作它采用了位域編程的環(huán)境，程序結(jié)構(gòu)更加清晰，縮短軟件開發(fā)周期。

2.2讀寫器的硬件設(shè)計(jì)
讀寫器的硬件組成，如圖2所示，是一個(gè)基于TMS320LF2812的DSP系統(tǒng)，完成與電子標(biāo)簽和上位機(jī)的雙向通信，其中DSP在與電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)交換中完成編碼和解碼的功能。
DSP產(chǎn)生脈沖位置編碼，控制13.56MHz載頻的輸出，實(shí)現(xiàn)脈沖位置調(diào)制。調(diào)制電路輸出信號(hào)的功率很弱，需將此信號(hào)進(jìn)行功率放大，然后經(jīng)過(guò)濾波和調(diào)諧后加到天線上，以提高對(duì)卡的操作距離。功率放大電路采用NPN型的射頻功率晶體管MRF426，發(fā)射功率為4w，工作頻率可達(dá)25MHz。輸出通過(guò)電位器實(shí)現(xiàn)功率調(diào)節(jié)，可以調(diào)整的最小功率為0.5W，最大為6W。天線線圈在13.56MHz的工作頻率時(shí)表現(xiàn)為阻抗z，為了實(shí)現(xiàn)與50Ω系統(tǒng)的功率匹配，系統(tǒng)通過(guò)無(wú)源的匹配電路將此阻抗轉(zhuǎn)換為50Ω，然后通過(guò)50Ω的同軸電纜將功率從讀寫器末級(jí)傳送到天線匹配電路。
在設(shè)計(jì)過(guò)程共配有4個(gè)天線，可根據(jù)不同的距離需求調(diào)換。在ISO15693協(xié)議中，電子標(biāo)簽到讀寫器的數(shù)據(jù)采用負(fù)載調(diào)制的方式(同時(shí)使用副載波)進(jìn)行發(fā)射，即首先將曼徹斯特編碼的信號(hào)加載到副載波(有ASK單副載波423.75kHz和FSK雙副載波423.75kHz、484.28kHz兩種方式)，然后再將信號(hào)加載到主載波13.56MHz上。因此，在讀寫器的接收通道中，首先通過(guò)帶通濾波器取出一個(gè)邊帶，放大后再送人解調(diào)器，解調(diào)器將邊帶信號(hào)與本地13.56MHz載波混頻濾波后獲得調(diào)制到副載波上的中頻信號(hào)，再進(jìn)行ASK或FSK檢波，從而得到曼徹斯特碼波形。這里所得的曼徹斯特碼波形沒有經(jīng)過(guò)抽樣判決是模擬信號(hào)，經(jīng)過(guò)DSP的片上AD采樣、處理、判決后進(jìn)行解碼和校驗(yàn)，完成整個(gè)信號(hào)的接收處理過(guò)程。