基于RFID技術(shù)的超高頻讀寫器設計
射頻識別(RFID)是一種非接觸的自動識別技術(shù),它利用天線來傳輸射頻信號,利用空間耦合實現(xiàn)非接觸供電,并進行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信,而達到自動識別目標并交換數(shù)據(jù)的目的。與傳統(tǒng)的條形碼識別方式相比,射頻識別技術(shù)能對移動的多個目標進行識別,而且還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、數(shù)據(jù)加密等優(yōu)點。因而RHD技術(shù)廣泛應用于交通運輸、物流管理、門禁系統(tǒng)等眾多領(lǐng)域。相對而言,UHF頻段的發(fā)展遠沒有低頻和高頻段成熟,而UHF頻段的讀寫距離遠和更快的讀取速度讓其在國際物流、公路自動收費等領(lǐng)域有著獨特的優(yōu)勢,目前已成為RFID技術(shù)應用的一個主流發(fā)展方向。
1讀寫器的整體結(jié)構(gòu)
讀寫器的整體結(jié)構(gòu)
讀寫器RF前端采用零中頻接收結(jié)構(gòu)。由頻率合成器產(chǎn)生所需要的RF信號,然后經(jīng)過功率分配器得到兩路載波信號,分別用于發(fā)送通路和接收通路。發(fā)送通路采用OOK調(diào)制,基帶信號通過開關(guān)通斷控制載波是否經(jīng)過功放,并用天線發(fā)送;接收通路中接收信號先經(jīng)過功率分配、放大等操作,然后分別送到混頻器和兩路正交的載波信號進行混頻,對混頻之后的信號經(jīng)過濾波、放大等操作恢復出數(shù)字基帶信號。該系統(tǒng)之所以采用兩路正交混頻結(jié)構(gòu),主要是為了避免射頻場中存在接收盲點。如果只采用一路接收信號,當接收信號的相位和本振信號的相位相差90°,混頻后的信號始終為0,即有用信號沒有解調(diào)出來。但采用正交I和Q兩路接收信號,無論相位延時多少,I和Q中總有一路能解調(diào)出有用信號。
AS3990芯片與控制器之間的接口可以采用串行數(shù)據(jù)接口,為了采用較高的傳輸速率時也可以采用并行接口。本設計采用FPGA與AS3990芯片的并行連接通信,AS3990的IO0-I07、IRQ、CLK、VCC,CLSYS接口與FPGA相連接,如圖1所示,其中IRQ為中斷,IO0-I07為數(shù)據(jù)的雙向并行口。芯片內(nèi)部有32個寄存器用來實現(xiàn)其傳輸協(xié)議和監(jiān)測工作狀態(tài),通過對內(nèi)部寄存器的設置,來控制芯片的傳輸模式、調(diào)制方式、傳輸速率等。在常規(guī)工作模式下,即支持ISO18000-6C標準,傳輸數(shù)據(jù)的編碼與解碼,CRC校驗碼的生成和校驗都是在芯片內(nèi)部完成的,還有自動產(chǎn)生幀同步、引導碼,將從MCU傳遞的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)幀格式后再發(fā)送,且發(fā)送和接收都是通過FIFO寄存器傳輸?shù)摹6谥苯訑?shù)據(jù)模式下,數(shù)據(jù)的編解碼和CRC校驗碼的生成與校驗都在芯片外部實現(xiàn),而且發(fā)送和接收只能直接地、無緩沖地從FIFO中輸出碼流,可以用該模式來實現(xiàn)ISO18000-6B、6A協(xié)議等。
2讀寫器數(shù)字基帶部分設計
數(shù)字部分由控制器、存儲器組成,主要完成命令信號的發(fā)送和數(shù)字邏輯的控制,并且實現(xiàn)與PC機的通信和對RF模塊的控制。
2.1RF部分初始化
部分主要是完成對AS3990芯片內(nèi)部寄存器的配置。
芯片上電復位以后,配置寄存器初始化為其默認值,使芯片可以在EPCClass1Gen2協(xié)議下工作,但為了使芯片的工作性能達到最優(yōu)化或者實現(xiàn)ISO/IEC18000-6A、6B協(xié)議等,則必須重新配置寄存器的值。主要實現(xiàn)以下內(nèi)容的配置:
(1)AS3990有兩種工作模式,分別支持和實現(xiàn)不同的協(xié)議,為常規(guī)數(shù)據(jù)模式(NormalDataMode)和直接數(shù)據(jù)模式(DirectDataMode)。在常規(guī)數(shù)據(jù)模式中,發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)是通過內(nèi)部FIFO寄存器傳輸?shù)模袛?shù)據(jù)的處理過程都是在芯片內(nèi)部完成的。在直接數(shù)據(jù)模式中,數(shù)據(jù)處理是在芯片外部實現(xiàn)的,由控制部分完成,可以利用該模式來實現(xiàn)ISO18000-6A、6B協(xié)議等。
(2)選擇系統(tǒng)工作頻率。AS3990芯片規(guī)定的UHF讀寫器工作頻率是860~960MHz,我們可以根據(jù)具體情況和實際應用來設定其工作頻率。
(3)設定傳輸速率,包括讀寫器到標簽的數(shù)據(jù)速率和標簽到讀寫器的數(shù)據(jù)速率。其中讀寫器到標簽的比特率范圍為26.7~128kbps,標簽到讀寫器的傳輸速率在40~640kHz之間。
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