超高頻RFID讀寫器設(shè)計(jì)

射頻身份識(shí)別(RFID，Radio Frequency Identification)，是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它主要由讀寫器和標(biāo)簽組成，具有讀寫距離遠(yuǎn)、使用壽命高、讀寫方便、快捷等優(yōu)點(diǎn)。隨著RFID技術(shù)的深入研究，RFID系列電子產(chǎn)品逐漸應(yīng)用到千家萬戶，UHF是超高頻段，此頻段讀寫器讀寫距離遠(yuǎn)、讀寫速度快，已應(yīng)用在供應(yīng)鏈管理、航空管理和后勤管理等行業(yè)。
本文介紹一種UHF頻段的RFID讀寫器設(shè)計(jì)，單片機(jī)采用飛利浦的LPC2103，設(shè)計(jì)簡單，基于ISO／IEC 18000-6C協(xié)議，可以做到多標(biāo)簽環(huán)境下成功識(shí)別標(biāo)簽并與其進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。本文對(duì)協(xié)議做了大體介紹，闡述了整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的硬件架構(gòu)，重點(diǎn)介紹了軟件設(shè)計(jì)中的數(shù)據(jù)基帶處理部分，對(duì)防碰撞部分、脈沖間隔編碼(PIE編碼)和雙向間隔解碼(FMO解碼)做了詳細(xì)介紹。

1 ISO／IEC 18000-6C協(xié)議
1．1 ISO／IEC 18000-6C協(xié)議簡介
ISO／IEC 18000是基于物品管理的射頻識(shí)別(RFID)的國際標(biāo)準(zhǔn)，按工作頻率的不同分為7部分，第6部分頻率為860～930 MHz，即UHF頻段。ISO／IEC 18000-6系列標(biāo)準(zhǔn)包括了ISO／IEC 18000-6A，ISO／IEC 18000-6B和ISC／IEC 18000-6C三種類型，6B主要應(yīng)用于交通領(lǐng)域，6C主要應(yīng)用于物流、生產(chǎn)管理和供應(yīng)鏈管理領(lǐng)域。由于生產(chǎn)銷售的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過B類，C類有逐步替代B類的趨勢，成為目前RFID研究的熱點(diǎn)。
ISO／IEC18000-6C協(xié)議規(guī)定了讀寫器與標(biāo)簽的物理和邏輯要求，采用讀寫器先發(fā)言的形式。表1為此規(guī)定的讀寫器和標(biāo)簽通信部分參數(shù)。

讀寫器與標(biāo)簽通信過程中濱寫器的狀態(tài)分為Select、Inventory和Access 3個(gè)狀態(tài)，而標(biāo)簽狀態(tài)則分為Ready、Arbitrate、Reply等7個(gè)狀態(tài)。
1．2 防碰撞算法
ISO／IEC 18000-6C協(xié)議采用隨機(jī)槽時(shí)隙防碰撞算法，標(biāo)簽用槽計(jì)數(shù)器值決定與讀寫器通信與否，讀寫器用QueryRep來設(shè)置標(biāo)簽槽時(shí)隙計(jì)數(shù)器的值，用QueryAdjust設(shè)置Q值大小，從而決定標(biāo)簽槽時(shí)隙計(jì)數(shù)器的范圍，圖1為選擇Q值的算法。

圖1中參數(shù)Q、Qfp和C均為正整數(shù)，信息幀長度為F=2＾Q-1，Q是動(dòng)態(tài)變化的，初值取round(Qfp)。一個(gè)時(shí)隙后，若該時(shí)隙是沖突時(shí)隙，則將Qfp加上參數(shù)C；若是空閑時(shí)隙，則將Qfp減去參數(shù)C；若是成功時(shí)隙，則Qfp保持不變。閱讀器根據(jù)新的Q=round(Qfp)來決定是繼續(xù)發(fā)送下一個(gè)時(shí)隙還是重新開啟一個(gè)新的幀。

2 讀寫器硬件設(shè)計(jì)
讀寫器射頻前端設(shè)計(jì)中發(fā)射通路采用射頻芯片，接收通路采用I、Q相干解調(diào)，利用兩級(jí)放大器和比較器，其系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

依據(jù)協(xié)議，擬定了此設(shè)計(jì)中讀寫器與標(biāo)簽通信的主要參數(shù)，如表2所示。