基于DSP技術的RFID讀寫器設計

RFID是RadioFrequencyIdentification的縮寫，即射頻識別。射頻識別(RFID)技術是從20世紀80年代興起并逐漸走向成熟的一項自動識別技術，它利用射頻方式進行非接觸雙向通信，以達到目標識別與數(shù)據交換的目的。RFID是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數(shù)據，識別工作無須人工干預。作為條形碼的無線版本，RFID技術具有條形碼所不具備的防水、防磁、耐高溫、使用壽命長、讀取距離大、標簽上數(shù)據可以加密、存儲數(shù)據容量更大、存儲信息更改自如等優(yōu)點，已經被世界公認為本世紀十大重要技術之一，在生產、零售、物流、交通等各個行業(yè)等各個行業(yè)有著廣闊的應用前景。我國的第2代身份證即采用了RFID技術，世界上最大的零售商沃爾瑪也要求其最大的100個供應商從2005年1月1日起開始采用RFID技術。
1、RFID概述
一個最基本的RFID系統(tǒng)如圖1，有以下幾部分組成：標簽(Tag)，由耦合元件及芯片組成，每個標簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標識目標對象;讀寫器(Reader)，讀取(有時還可以寫入)標簽信息的設備;天線(Antenna)，在標簽和閱讀器間傳遞射頻信號。
電子標簽的工作頻率有3種：低頻(125kHz)、中頻(13.56MHz)和高頻(2.45GHz，5.8GHz)。文中的讀寫器設計基于IS015693標準，工作于13.56MHz，適用的電子標簽是無源的。無源標簽從讀寫器產生的電磁場中以電感耦合的方式獲得能量。讀寫器首先從后臺計算機接收命令，然后將命令數(shù)據按照ISO標準進行編碼調制并通過天線發(fā)射出去，處于讀寫器工作區(qū)的電子標簽接收命令數(shù)據通過改變能量強度發(fā)射響應信息，讀寫器通過天線接收電子標簽的響應信號，進行解調解碼后傳送給上位機做進一步處理。
2、讀寫器的設計
2.1讀寫器的核心控件
在本讀寫器的設計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DSP芯片。最高主頻可達150MHz，128kbit的Flash，18kbit的RAM，16通道的12bitADC，支持ANCIC/C++。由于TMS320F2812內部集成了16通道的12bitADC，故無須再外擴ADC，這樣可以使硬件電路變得更簡潔。使DSP工作它采用了位域編程的環(huán)境，程序結構更加清晰，縮短軟件開發(fā)周期。

2.2讀寫器的硬件設計
讀寫器的硬件組成，如圖2所示，是一個基于TMS320LF2812的DSP系統(tǒng)，完成與電子標簽和上位機的雙向通信，其中DSP在與電子標簽的數(shù)據交換中完成編碼和解碼的功能。
DSP產生脈沖位置編碼，控制13.56MHz載頻的輸出，實現(xiàn)脈沖位置調制。調制電路輸出信號的功率很弱，需將此信號進行功率放大，然后經過濾波和調諧后加到天線上，以提高對卡的操作距離。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25MHz。輸出通過電位器實現(xiàn)功率調節(jié)，可以調整的最小功率為0.5W，最大為6W。天線線圈在13.56MHz的工作頻率時表現(xiàn)為阻抗z，為了實現(xiàn)與50Ω系統(tǒng)的功率匹配，系統(tǒng)通過無源的匹配電路將此阻抗轉換為50Ω，然后通過50Ω的同軸電纜將功率從讀寫器末級傳送到天線匹配電路。
在設計過程共配有4個天線，可根據不同的距離需求調換。在ISO15693協(xié)議中，電子標簽到讀寫器的數(shù)據采用負載調制的方式(同時使用副載波)進行發(fā)射，即首先將曼徹斯特編碼的信號加載到副載波(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，首先通過帶通濾波器取出一個邊帶，放大后再送人解調器，解調器將邊帶信號與本地13.56MHz載波混頻濾波后獲得調制到副載波上的中頻信號，再進行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過抽樣判決是模擬信號，經過DSP的片上AD采樣、處理、判決后進行解碼和校驗，完成整個信號的接收處理過程。