RFID应用及原理 第四章 RFID系统读写器

第三章 RFID读写器
2、读写器的基本组成
• 读写器的接收部分主要包括功率分配器、混频器、模数转换器 (ADC)以及射频滤波器，接收部分的工作流程是： （1）由标签通过反向散射传递过来的信号通常功率比较小，它会 首先进入环行器，以便与阅读器发射的载波信号分离，避免出 现同频干扰。在通过射频滤波器后，进入到功率分配器，从这 里出来的信号又分成了两路; （2）从发射线路过来的未调制载波作为接收线路的本振信号，产 生两路参考信号，两路参考信号的相位相差90。 （3）两路参考信号与从第一步功分器分离出来的两路信号进行混 频，生成两路基带信号，然后分别经过各自的运算放大器和低 通滤波器以后，返回到阅读器的信号处理单元进行相关处理。
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5、读写器的种类
（2）OEM读写器 • 为了将读写器集成到用户自己的数据操作终端、BDE终端、 出入控制系统、收款系统及自动装置等，需要采用OEM读 写器。 • OEM读写器是装在一个屏蔽的白铁皮外壳中向用户供货的， 或者也可以是以无外壳的插件板的方式供货。 • 电子连接的形式大致有焊接端子、插接端子或螺丝旋接端 子等。
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ห้องสมุดไป่ตู้1、读写器的功能
• ③实现与计算机网络的通讯：这一功能也很重要，读写器 能够利用一些接口实现与上位机的通讯，并能够给上位机 提供一些必要的信息；
• ④实现多标签识别：读写器能够正确的识别其工作范围内 的多个标签； • ⑤实现移动目标识别：读写器不但可以识别静止不动的物 体，也可以识别移动的物体；
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3、读写器的I/O接口形式
一般读写器的I/O接口形式主要有： ①RS-232串行接口：计算机普遍适用的标准串行接口，能够 进行双向的数据信息传递。它的优势在于通用、标准，缺 点是传输距离不会达到很远，传输速度也不会很快。 ②RS-485串行接口：也是一类标准串行通信接口，数据传递 运用差分模式，抵抗干扰能力较强，传输距离比RS-232传 输距离较远，传输速度与RS-232差不多。 ③RJ45以太网接口：阅读器可以通过该接口直接进入网络。 ④USB接口：也是一类标准串行通信接口，传输距离较短， 传输速度较高。
读写器 射频接口
发射器
逻辑控制单元
微控制器 应用接口驱动 存储单元
天 线
接收器 时钟发生器 电压调节器
计 算 机 通 信 网 络
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2、读写器的基本组成
（1）天线 • 读写器的天线是发射和接收射频载波信号的设备； • 它主要负责将读写器中的电流信号转换成射频载波信号 并发送给电子标签，或者接收标签发送过来的射频载波 信号并将其转化为电流信号； • 读写器的天线可以外置也可以内置； • 天线的设计对阅读器的工作性能来说非常重要，对于无 源标签来说，它的工作能量全部由阅读器的天线提供。
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4、读写器的工作方式
• 读写器主要有两种工作方式，一种是读写器先发言方式 （Reader Talks First，RTF），另一种是标签先发言方式（Tag Talks First，TTF ）。
• 在一般情况下，电子标签处于等待或休眠状态，当电子标签 进入读写器的作用范围被激活以后，便从休眠状态转为接收 状态，接受读写器发出的命令，进行相应的处理，并将结果 返回给读写器。
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2、读写器的基本组成
• 下面以UHF频段读写器为例，详细介绍一下读写器的射频 模块是如何工作的。射频模块又可以分为发射和接收两部 分。 • 读写器的发射电路部分主要由混频器(Mixer)、数模转换器 (DAC)、衰减器(Attenuator)、可变增益放大器(VGA)、功率 分配器 (Power Splitter)、射频滤波器(Filter)、以及射频功 率放大器(PA)。 • 发射部分的工作过程如下： （1）阅读器控制压控振荡器，产生出频率为860-96OMHZ的 载波信号，然后把这个信号传送给功分器;
射频识别技术
RFID Technology
第三章 RFID读写器
第三章 RFID读写器
• 读写器是射频识别系统中又一个非常重要的组成部分，它 负责连接电子标签和计算机通信网络，与标签进行双向数 据通信，读取标签中的数据，或者按照计算机的指令对标 签中的数据进行改写。读写器的工作频率决定了整个射频 识别系统的工作频率，读写器的功率大小决定了整个射频 识别系统的工作距离。 1、读写器的功能 2、读写器的基本组成 3、读写器的I/O接口形式 4、读写器的工作方式 5、读写器的种类 6、读写器的发展趋势
• 这类只有接收到读写器特殊命令才发送数据的电子标签被称 为RTF方式； • 与此相反，进入读写器的能量场即主动发送数据的电子标签 被称为TTF方式。
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5、读写器的种类
• 根据使用用途，各种读写器在结构上及制造形式上也是千 差万别的。大致可以将读写器划分为以下几类：固定式读 写器、OEM读写器、工业读写器、便携式读写器以及大量 特殊结构的读写器。 • （1）固定式读写器 • 固定式读写器是最常见的一种读写器。它是将射频控制器 和高频接口封装在一个固定的外壳中构成的。有时，为了 减少设备尺寸，降低成本，便于运输，也可以将天线和射 频模块封装在一个外壳单元中，这样就构成了集成式读写 器或者一体化读写器。
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5、读写器的种类
（3）工业读写器 • 对于在安装或生产设备中的应用，需要采用工业读写器。
• 工业读写器大多具备标准的现场总线接口，以便容易集成 到现有设备中，它主要应用在矿井、畜牧、自动化生产等 领域。此外，这类读写器还满足多种不同的防护需要，现 在即使是带有防爆保护的读写器也能买到。 （4）发卡机
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1、读写器的功能
• 读写器之所以非常重要，这是由它的功能所决定的，它的主 要功能有以下几点： ①实现与电子标签的通讯：最常见的就是对标签进行读数， 这项功能需要有一个可靠的软件算法确保安全性、可靠性等。 除了进行读数以外，有时还需要对标签进行写入，这样就可 以对标签批量生产，由用户按照自己需要对标签进行写入； ②给标签供能:在标签是被动式或者半被动式的情况下，需要 读写器提供能量来激活射频场周围的电子标签；阅读器射频 场所能达到的范围主要由天线的大小以及阅读器的输出功率 决定的。天线的大小主要是根据应用要求来考虑的，而输出 功率在不同国家和地区，都有不同的规定。
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2、读写器的基本组成
（2）功率分配器把要发射的信号分成两部分，一部分发送到接 收电路，作为接收信号进行混频时的信号源，另外一路则先 经过衰减器再送到Mixer； （3）通过混频，使阅读器的基带信号控制传送过来的载波信号 的幅度相位变化，然后经过可变增益放大器（VGA）和射频 滤波器以后，传至功率放大器; （4）阅读器根据实际情况，自动调节发射信号的增益，然后经 过射频功率放大器进行放大，最后再经过环行器传送到阅读 器天线准备发射。 • 这里环行器的作用就是将阅读器天线接收到的信号与发送的 信号隔离开来，避免出现同频干扰。
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6、读写器的发展趋势
• 随着RFID技术的不断发展，未来的读写器也将朝着多功能、 多制式兼容、多频段兼容、小型化、多数据接口、便携式、 多智能天线端口、嵌入式和模块化的方向发展，而且成本 也将越来越低。 （1）多功能 • 为了适应市场对射频识别系统多样性和多功能的要求，读 写器将集成更多更加方便实用的功能。另外，为了适应某 些应用的方便，读写器将具有更多的智能性，具有一定的 数据处理能力，可以按照一定的规则将应用系统处理程序 下载到读写器中。这样，读写器就可以脱离中央处理计算 机，做到脱机工作，完成门禁、报警等功能。
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6、读写器的发展趋势
（2）多制式兼容 • 由于目前全球没有统一的射频识别技术标准，各个厂家的 系统互相不兼容，但是随着射频识别技术的逐渐统一，以 及市场竞争的需要，只要这些标签协议是公开的，或者是 经过许可的，某些厂家的读写器将兼容多种不同制式的电 子标签，以提高产品的应用适应能力和市场竞争力。 （3）多频段兼容 • 由于目前缺乏一个全球统一的射频识别频率，不同国家和 地区的射频识别产品具有不同的频率。为了适应不同国家 和地区的需要，读写器将朝着兼容多个频段，输出功率数 字可控等方向发展。
• 发卡机也叫读卡器、发卡器等，主要用来对电子标签进行 具体内容的操作，包括建立档案呢、消费纠正、挂失、补 卡、信息纠正等，经常与计算机放在一起。从本质上说， 发卡机实际上是小型的射频读写器。
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5、读写器的种类
（5）便携式读写器 • 便携式读写器是适合于用户手持使用的一类射频电子标签 读写设备，其工作原理与其他形式的读写器完全一样。 • 便携式读写器主要用于动物识别，主要作为检查设备、付 款往来的设备、服务及测试工作中的辅助设备。 • 便携式读写器一般带有LCD显示屏，并且带有键盘面板以 便于操作或输入数据。 • 通常可以选用RS-232接口来实现便携式读写器与PC机之间 的数据交换。 • 除了在实验室中用于系统评估工作的最简单的便携式读写 器以外，还有用于恶劣环境中的特别耐用并且带有防水保 护的便携式读写器。
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6、读写器的发展趋势
（4）成本更低 • 相对来说，目前大规模的射频识别应用，其成本还是比较 高的。随着市场的普及以及技术的发展，读写器以及整个 射频识别系统的应用成本将会越来越低，最终会实现所有 需要识别和跟踪的物品都使用电子标签。 （5）小型化、便携式、嵌入式、模块化 • 这是读写器市场发展的一个必然趋势。随着射频识别技术 的应用不断增多，人们对读写器使用是否方便提出了更高 的要求，这就要求不断采用新的技术来减小读写器的体积， 使读写器方便携带、使用，易于与其他的系统进行连接， 从而使得接口模块化。
• ⑥实现错误信息提示：对于在识别过程中产生的一些错误， 读写器可以发出一些提示；
• ⑦对于有源标签，读写器能够读出有源标签的电池信息， 如电池的总电量、剩余电量等。
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2、读写器的基本组成
• 典型的读写器终端一般由天线、射频接口模块和逻辑 控制模块三部分构成，其结构图如下所示：
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2、读写器的基本组成
（2）射频接口模块 • 读写器的射频接口模块主要包括发射器、射频接收器、时 钟发生器和电压调节器等。该模块是读写器的射频前端， 同时也是影响读写器成本的关键部位，主要负责射频信号 的发射及接收。
• 其中的调制电路负责将需要发送给电子标签的信号加以调 制，然后再发送； • 解调电路负责将解调标签送过来的信号并进行放大； • 时钟发生器负责产生系统的正常工作时钟。
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2、读写器的基本组成
（3）逻辑控制模块 • 读写器的逻辑控制模块是整个读写器工作的控制中心、智能 单元，是读写器的“大脑”， 读写器在工作时由逻辑控制模 块发出指令，射频接口模块按照不同的指令做出不同的操作。 • 它主要包括微控制器、存储单元和应用接口驱动电路等。 • 微控制器可以完成信号的编解码、数据的加解密以及执行防 碰撞算法； • 存储单元负责存储一些程序和数据； • 应用接口负责与上位机进行输入或输出的通信。