谷梁科技,条形码设备整体解决方案提供商

rfid设备的智能射频识别读卡器应用

返回列表 来源: 发布日期: 2019.10.08
现在,当我们在超市购物时,我们只需一个识别器就可以知道价格。它以前不再是算盘或计算器。它加快了支付速度,对客户非常方便。射频识别(RFID)技术是一种自动识别技术。每个目标对象对应于射频读卡器中的唯一电子识别码(uid)或“电子标签”。标签被附加到对象上,以识别目标对象,如纸箱、托盘或包装盒。射频读卡器(收发器)从电子标签中读取识别码。

基本的RFID系统由三部分组成:天线或线圈、带有RFID解码器的收发机和RFID标签(每个标签都有一个独特的电子标识码)。表1显示了四种常用的RFID频率及其潜在应用。其中,UHF(UHF)在企业中的应用最为广泛,UHF在供应链管理中的应用最为广泛。

rfid设备的智能射频识别读卡器应用

  EPC电子标签
epc代表电子产品的代码。它是rfid标签的标准。它包括标签的数据内容和无线通信协议。EPC标准将条形码规范中的数据信息标准与ANSI或其他标准化组织(802.11b)开发的无线数据通信标准结合在一起。目前,应用于供应链管理的epc标准属于第二代epc一级标准。
类-1标签在出厂时已写入,但也可以在现场下载。通常,一旦标签被写入,内存就被锁定,信息就不能再被写入。类-1标签使用常规分组传输协议-卡读取器来发送包含相关命令和数据的分组,然后标签响应。
  恶劣的读卡器应用环境
rfid的应用环境可能非常恶劣。该频道的工作频率是一个无许可证(ISM)波段,用于工业、技术和医药。无线电话、无线耳机、无线数据网络和其他附近的读卡器干扰本频段的射频识别卡读卡器。每个读卡器的RF接收器的前端必须被设计成抵抗强干扰信号并避免可能导致查询错误的失真。接收机噪声必须保持在低电平,以便有足够的动态范围以无差错的方式检测低电平标签响应信号。
读卡器射频收发器是一种成熟的设计,它能在恶劣的环境中稳定工作,有大量的干扰源。发射机和接收机都具有高动态范围直接转换调制器和解调器,最大限度地提高稳定性和降低成本。
  实用和可靠的射频接收器设计
接收机的核心是线性的LT5516,它是高度集成的直接转换正交解调器。在芯片上提供精确的正交移相器(0到90度)。在通过RF滤波器之后,来自天线的信号通过不平衡变压器直接输入到解调器的输入端口。由于LT5516的噪声系数非常低,但在不需要低噪声放大器(LNA)的情况下,仍然可以保持21.5dBmIIP3和9.6dBP1dB的性能。
当接收数据时,阅读器发送连续载波(未调制)以提供标签的功率。在接收到请求后,电子标签通过载波的调幅响应流。所使用的调制方法是幅度移位键控(ASK)或反相幅度移位键控(PR-ASK)。该解调器具有两个正交相移输出端口,具有自然分集接收功能.如果一个信道由于多信道或相位抵消而不能接收信号,则另一个信道(90度相移)可以接收更强的信号,反之亦然。这样可以提高接收的整体可靠性。
一旦解调完成,i(同相)和q(正交相位)差分输出信号可以在ac模式下耦合到运算放大器(配置为差分放大器),然后转换为单端输出信号。此时,高通角频率应设置为5 KHz,低于接收数据流的最小信号频率,高于最大多普勒频率(可由运动标签采用),同时保持高于电力线频率(60 Hz)的频率。这样,输出信号可以使用lt1568平滑地通过低通滤波器,lt1568被配置为四阶低通。低通转折频率应设置为5MHz,以便最大码流信号通过滤波器到达基带。
然后基带信号由双低功耗模数转换器(LTC229,分辨率12位)数字化。由于标签码流的带宽为5 kHz至5 MHz,LTC 2291能够以25 MSPS的速率采样以准确捕获解调信号。必要时,还可以在基带dsp中实现附加数字滤波。这允许接收机具有最大的逻辑阈值设置灵活性,这可以由基带处理器以数字方式执行。
基带任务和数字RF信道化处理可以提高所有FPGA解决方案的吸引力和集成度。
  高动态范围射频发射器设计
发射机采用镜像抑制直接转换调制器.LT55 68具有较高的线性度和低的背景噪声,因此能够为传输信号提供优良的动态范围性能。调制器可以接收来自数模转换器(DAC)的正交基带I和Q信号,然后直接调制到900 MHz的发射频率。
在内部,lo(本地振荡器)被精确的正交移相器分割。将调制的RF信号组合成单端单边带RF输出信号(镜像被抑制46 dBc)。此外,调制器还具有匹配的I和Q混频器,其能够最大程度地抑制LO载波信号(高达-43dBm)。
复合调制电路具有优良的相邻功率比(ACP R),满足传输频率屏蔽的要求。例如,当调制器的射频输出电平为-8dbm时,acpr指数优于-60dbc。由于更好的ACPR性能,信号可以放大到许可的1W电源(在美国为30 dBm)或2W以符合欧盟的规格。在这两种情况下,保持电平固定非常重要,因为它用于为标签供电并最大化读卡距离。LTC5505射频功率探测器的内部温度补偿功能可以准确测量功率,并提供稳定的反馈信号,以调整射频功率放大器的输出功率。
  基带处理和网络接口
在基带频率上,fpga对发送到dac和模数转换器(adc)的波形执行信道化任务。该过程也称为数字中频处理,涉及滤波、增益控制、频率转换和采样速率变化。FPGA甚至可以并行处理多个通道。
图2显示了射频读卡器的架构。其他基带处理任务包括:
  先导字段检测
  排序估计
调制解调(ASK,移频键控和相移键控)
  信号产生
  相关器处理
  峰值检测和阈值设定
  CRC纠错和校验和
编解码(nrz,manchester,单极性,差分双极性和miller)
  帧检测
  ID去扰
  安全加密引擎
接收到的RFID标签数据可以通过串口或网络接口传输到企业系统服务器。这种传统的体系结构正逐渐发展成为先进的分布式tcp/ip网络的一部分。在这个网络中,射频读卡器将负责管理相邻的标签。在这种情况下,射频卡阅读器就像电子标签和连接到企业软件系统的智能分布式数据库之间的网关。
根据硬件/软件功能分区,这些基带任务可以在FPGA、DSP或联合执行。Xilinx推出了一个IP核套件,包括FIR、CIC、DDS、DUC、DDC、位相关器、正弦/余弦LUT等。这些逻辑电路很好地适用于执行加密引擎任务(加密引擎采用移位寄存器和XOR)。为了Xilinx?VirtexTM-4系列DSP 48发动机非常适用于其他信号处理任务.
基带处理器负责控制各种基带处理任务的功能和调度以及链路层协议。这些基带处理任务包括跳频、预发送拦截、防冲突算法处理等。基带处理器还提供以太网、USB、固件和其它接口。
基带任务和数字RF信道化处理可以提高所有FPGA解决方案的吸引力和集成度。FGPA、DSP和基带处理都可以集成到FPGA中。有一个嵌入的过程
示出了基于FPGA的RFID处理器的体系结构。嵌入式处理器可以是硬核(例如PowerPCTM),用于Virtex-4 FX产品系列,也可以是软核(如MicroBlazeTM),用于SpartanTM设备,甚至是PowerPC和MicroBlaze的组合。用户可以将内置的硬以太网mac(emac)连接到外部以太网物理层,然后再连接到以太网。此外,用户还可以使用面向10/100 Baset的Lite以太网MAC IP.
PowerPC/Microblaze嵌入式处理器执行以下任务:
  EPC数据处理
  协议处理
  询问调度
  TCP/IP 网络接口
  控制和监视
  调制解调器控制
  升级代理
  HTTP服务器
  SNMP/MIB 处理
Xilinx千兆以太网系统参考设计(GRD)是一种基于EDK的参考系统,该系统在基于TCP/IP的协议接口和用户数据接口之间提供高性能网桥。gsrd组件具有满足tcp/ip系统每比特和每包开销的功能。
Xilinx还为MontaVistaLinux和Treck堆栈提供了性能基准。由Xilinx Studio Studio(XPS)微处理器库定义的NealPlus RTOS为使用MyBlaZE和PowerPC处理器的系统带来新的优势。原子核加实时操作系统的体积非常小,这意味着它可以利用芯片上现有的内存来最小化功耗和提高性能。此外,扩展的中间件使nucleus+rtos成为rfid后端网络的理想选择。
使用XilinxCoolRunnerTM-IICPLD,手持射频读卡器可连接到硬盘、QWERTY键盘、可移动硬盘接口、各种显示设备和其他计算机外设(如图4所示)。这些CPLD还可以帮助应用处理器,满足低功耗、高性能和更小的芯片封装的要求。
  结论
在未来,射频读卡器可能具有前端DSP功能,如射频协议处理。目前,这些功能都是在独立的dsp中实现的。在未来,它们很可能被集成到fpga中。嵌入式软处理内核能够显著提高DMIPS/MHz的性能。很快,处理内核的高版本将替换控制读卡器应用程序的后端外部处理器,以便最大化RF读卡器设备的灵活性,并在可编程逻辑的帮助下最小化其成本。
【相关推荐】

咨询热线

0755-23912033
  • 谷梁条码联系电话电话0755-23912033/13728742793
  • 谷梁科技传真传真0755-23912033
  • 谷梁公司邮箱邮箱info@gooland.com.cn
  • 谷梁条码地址公司地址深圳市龙华区民治街道新牛社区民治大道与工业 东路交汇处展滔科技大厦 B 座 B1611
深圳市谷梁科技有限公司 版权所有 备案号:粤ICP备13014175号       
  • 手机浏览谷梁手机站
  • 公众号二维码谷梁公众号二维码