一种超高频RFID读写器的设计

摘要目前，在国际上运用的较为管饭的识别技术莫过于超高频射频识别系统，该抗干扰性强、穿透性强、读写速度快、标识速度快等优势受到各个领域的青睐，尤其是物流行业。本文在充分研究RFID以及RFID读写器的基本构造的基础上，成功设计了一种超高频RFID读写器设备，与此同时将读写器中出现的指令冲突问题很好的解决了，最后该读写器通过相关测试得出了超高频RFID读写器的结论。

【关键词】超高频 RFID读写器防冲突程序

RFID技术（Radio Frequency Identification），又被称为无线射频识别技术，是目前全球先进通信技术中的一种。RFID产业是全球关注的热点产业之一，其中UHF频段RFID系统设计是其中的核心部分，该技术具有尺寸小、抗干扰性强、穿透性强、读写速度快、标识速度快等优势受到各个领域的青睐，尤其是物流行业。

1 RFID读写器的组成和结构

本文通过研究RFID读写系统以及ISO1800-6B设计的要求，设计出了一种超高频RFID读写器设备，超高频RFID读写器的内部基本构造如下图2所示。该读写器主要由三个部分组成，分别是由射频模块、控制部分和缓冲器，控制部分包括ARM微处理器、编解码电路。射频模块的发送部分由电源滤波器和功率放大器（power amplifier）构成，接收部分由信号整形模块、乘法器（multiplier）、滤波器、编解码电路、小信号放大器等电路组成，内部基本构造如下图1所示。

2 RFID读写器的硬件设计

2.1 RFID读写器的发射部分

RFID读写器发射部分工作流程如下：首先，将ARM微处理器的工作频率设定在合适的数值内，锁相环频率合成器便会向功率分配器传输指令进行控制。功率分配器在接受带传输指令后，便会将信号转化为本振频率（Local Oscillator）的若干分路，将其中的一条分路发送至混频器，另一分路发送至系统的接收电路，接收电路的信号转化为变频的本振信号。随后FPGA编码读取指令，同时向混频器传输 序列的编码器（encoder）信号。其次，混频器完成信息源和载波信号编码工作，从而形成调制低频信号，带通滤波器对调制低频信号进行滤波处理后发送至功率放大器，由于ARM需求设置功率要求需要将功率放大器对调制低频信号进行放大处理。最后通过环形器将信号放大后发送至天线并发射出，而环形器在经过滤波整流后将信号转化为直流信号传送至FPGA从而完成功率检测程序。

2.2 RFID读写器的接收部分

RFID读写器的接收部分工作流程如下：指令发送至天线后，指令信号经由环形器传输至带通滤波器，带通滤波器完成指令信号进行滤波处理后，将指令信号传输至小信号放大器，指令信号被放大后输送至功分器。随后，混频器将混合本振频率和载波信号，对相移键控中的相关平率信号进行解调处理，设置适合的电压，通过放大器再放大后传输到滤波器，滤波器将信号中残留的载波清理完毕。最后，通过电压比较器在比较信号电压和基准电压后设定电压值，在还原成标签处理后传输至基带信号，从而发送至FPGA完成处理。

2.3 RFID读写器的主控部分

该系统的主控部分主要负责各个部分的协调工作，避免指令之间出现冲突，RFID读写器主控部分设计原理如图2所示。ARM微型处理器会协调读写器内部的各项功能，读写器内部主要工作如下：第一，在系统启动时将配置数据发送至FPGA，完成FPGA的初始化工作。第二，保障读写器与计算机之间的信息流通，同时对信号发送的功率进行控制。第三，通过电压比较器在比较信号电压和基准电压后设定电压值，来控制系统灵敏度。第四，在标签读取中将标签制定传输至FPGA，从而保证在中断的状态下对FPGA完成启动接收，实现防冲突标签信息的处理。

3 RFID读写器的软件设计

由于技术指标、系统运行、外部接口等要求，该软件具备了以下功能：第一，主控制器接收指令，然后辨别命令的的类型与内容，接收指令后由主控制器完成基带编码。第二，主控制器完成基带编码传送后将信号发送至调制解调器，调制解调将完成对信号的调整、编码、滤波功能等程序。第三，在该软件的功率放大模块中完成指令的放大处理与天线相适应，在指令的发送和接收都是由天线完成。在多有指令操作完成后，在接收射频信号的过程由上述的反过程完成。

4 结语

本文中介绍的读写器是基于FPGA系统上完成了对基带信号的处理，其中，射频技术前部分为正交双通道处理技术。该系统通过测试后发现，RFID超高频读写器在性能和运行标准等方面可与国外同类产品媲美，同时简化后的和运行性能方面与国外同等产品持平，而简化后的射频技术不仅大幅降低了产品的制作成本而且提高了该读写器的灵敏度。

参考文献

[1]仲芳强,张亚君.基于ARM7的RFID读写器硬件系统设计[J].电子器件,2011,34(3):324-327.

[2]李磊,张昕,李迎松.超高频RFID读写器天线的设计与仿真[J].应用科技,2010,37(4):61-64.

作者单位

江西渝州科技职业学院电子信息工程学院 江西省新余市338000