RFID應(yīng)用及原理 第四章 RFID系統(tǒng)讀寫器教程教案

射頻識(shí)別技術(shù)RFID

Technology第三章RFID讀寫器第三章RFID讀寫器

讀寫器是射頻識(shí)別系統(tǒng)中又一個(gè)非常重要的組成部分，它負(fù)責(zé)連接電子標(biāo)簽和計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)，與標(biāo)簽進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)通信，讀取標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)，或者按照計(jì)算機(jī)的指令對(duì)標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)進(jìn)行改寫。讀寫器的工作頻率決定了整個(gè)射頻識(shí)別系統(tǒng)的工作頻率，讀寫器的功率大小決定了整個(gè)射頻識(shí)別系統(tǒng)的工作距離。1、讀寫器的功能2、讀寫器的基本組成3、讀寫器的I/O接口形式4、讀寫器的工作方式5、讀寫器的種類6、讀寫器的發(fā)展趨勢(shì)第三章RFID讀寫器1、讀寫器的功能

讀寫器之所以非常重要，這是由它的功能所決定的，它的主要功能有以下幾點(diǎn)：①實(shí)現(xiàn)與電子標(biāo)簽的通訊：最常見的就是對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行讀數(shù)，

這項(xiàng)功能需要有一個(gè)可靠的軟件算法確保安全性、可靠性等。除了進(jìn)行讀數(shù)以外，有時(shí)還需要對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行寫入，這樣就可

以對(duì)標(biāo)簽批量生產(chǎn)，由用戶按照自己需要對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行寫入；②給標(biāo)簽供能:在標(biāo)簽是被動(dòng)式或者半被動(dòng)式的情況下，需要讀寫器提供能量來激活射頻場(chǎng)周圍的電子標(biāo)簽；閱讀器射頻場(chǎng)所能達(dá)到的范圍主要由天線的大小以及閱讀器的輸出功率決定的。天線的大小主要是根據(jù)應(yīng)用要求來考慮的，而輸出功率在不同國家和地區(qū)，都有不同的規(guī)定。第三章RFID讀寫器1、讀寫器的功能

③實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的通訊：這一功能也很重要，讀寫器能夠利用一些接口實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通訊，并能夠給上位機(jī)提供一些必要的信息；

④實(shí)現(xiàn)多標(biāo)簽識(shí)別：讀寫器能夠正確的識(shí)別其工作范圍內(nèi)的多個(gè)標(biāo)簽；

⑤實(shí)現(xiàn)移動(dòng)目標(biāo)識(shí)別：讀寫器不但可以識(shí)別靜止不動(dòng)的物體，也可以識(shí)別移動(dòng)的物體；

⑥實(shí)現(xiàn)錯(cuò)誤信息提示：對(duì)于在識(shí)別過程中產(chǎn)生的一些錯(cuò)誤，讀寫器可以發(fā)出一些提示；

⑦對(duì)于有源標(biāo)簽，讀寫器能夠讀出有源標(biāo)簽的電池信息，如電池的總電量、剩余電量等。第三章RFID讀寫器2、讀寫器的基本組成

典型的讀寫器終端一般由天線、射頻接口模塊和邏輯

控制模塊三部分構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)圖如下所示：第三章RFID讀寫器2、讀寫器的基本組成（1）天線讀寫器的天線是發(fā)射和接收射頻載波信號(hào)的設(shè)備；

它主要負(fù)責(zé)將讀寫器中的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成射頻載波信號(hào)并發(fā)送給電子標(biāo)簽，或者接收標(biāo)簽發(fā)送過來的射頻載波信號(hào)并將其轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)；讀寫器的天線可以外置也可以內(nèi)置；

天線的設(shè)計(jì)對(duì)閱讀器的工作性能來說非常重要，對(duì)于無源標(biāo)簽來說，它的工作能量全部由閱讀器的天線提供。第三章RFID讀寫器2、讀寫器的基本組成（2）射頻接口模塊

讀寫器的射頻接口模塊主要包括發(fā)射器、射頻接收器、時(shí)鐘發(fā)生器和電壓調(diào)節(jié)器等。該模塊是讀寫器的射頻前端，同時(shí)也是影響讀寫器成本的關(guān)鍵部位，主要負(fù)責(zé)射頻信號(hào)的發(fā)射及接收。

其中的調(diào)制電路負(fù)責(zé)將需要發(fā)送給電子標(biāo)簽的信號(hào)加以調(diào)制，然后再發(fā)送；解調(diào)電路負(fù)責(zé)將解調(diào)標(biāo)簽送過來的信號(hào)并進(jìn)行放大；時(shí)鐘發(fā)生器負(fù)責(zé)產(chǎn)生系統(tǒng)的正常工作時(shí)鐘。第三章RFID讀寫器2、讀寫器的基本組成（3）邏輯控制模塊

讀寫器的邏輯控制模塊是整個(gè)讀寫器工作的控制中心、智能單元，是讀寫器的“大腦”，讀寫器在工作時(shí)由邏輯控制模塊發(fā)出指令，射頻接口模塊按照不同的指令做出不同的操作。它主要包括微控制器、存儲(chǔ)單元和應(yīng)用接口驅(qū)動(dòng)電路等。

微控制器可以完成信號(hào)的編解碼、數(shù)據(jù)的加解密以及執(zhí)行防碰撞算法；存儲(chǔ)單元負(fù)責(zé)存儲(chǔ)一些程序和數(shù)據(jù)；應(yīng)用接口負(fù)責(zé)與上位機(jī)進(jìn)行輸入或輸出的通信。第三章RFID讀寫器2、讀寫器的基本組成功率分配器把要發(fā)射的信號(hào)分成兩部分，一部分發(fā)送到接收電路，作為接收信號(hào)進(jìn)行混頻時(shí)的信號(hào)源，另外一路則先經(jīng)過衰減器再送到Mixer；通過混頻，使閱讀器的基帶信號(hào)控制傳送過來的載波信號(hào)的幅度相位變化，然后經(jīng)過可變?cè)鲆娣糯笃鳎╒GA）和射頻濾波器以后，傳至功率放大器;閱讀器根據(jù)實(shí)際情況，自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)射信號(hào)的增益，然后經(jīng)過射頻功率放大器進(jìn)行放大，最后再經(jīng)過環(huán)行器傳送到閱讀器天線準(zhǔn)備發(fā)射。

這里環(huán)行器的作用就是將閱讀器天線接收到的信號(hào)與發(fā)送的信號(hào)隔離開來，避免出現(xiàn)同頻干擾。第三章RFID讀寫器2、讀寫器的基本組成

讀寫器的接收部分主要包括功率分配器、混頻器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器

(ADC)以及射頻濾波器，接收部分的工作流程是：由標(biāo)簽通過反向散射傳遞過來的信號(hào)通常功率比較小，它會(huì)首先進(jìn)入環(huán)行器，以便與閱讀器發(fā)射的載波信號(hào)分離，避免出現(xiàn)同頻干擾。在通過射頻濾波器后，進(jìn)入到功率分配器，從這里出來的信號(hào)又分成了兩路;從發(fā)射線路過來的未調(diào)制載波作為接收線路的本振信號(hào)，產(chǎn)生兩路參考信號(hào)，兩路參考信號(hào)的相位相差90。兩路參考信號(hào)與從第一步功分器分離出來的兩路信號(hào)進(jìn)行混頻，生成兩路基帶信號(hào)，然后分別經(jīng)過各自的運(yùn)算放大器和低通濾波器以后，返回到閱讀器的信號(hào)處理單元進(jìn)行相關(guān)處理。第三章RFID讀寫器3、讀寫器的I/O接口形式一般讀寫器的I/O接口形式主要有：①RS-232串行接口：計(jì)算機(jī)普遍適用的標(biāo)準(zhǔn)串行接口，能夠進(jìn)行雙向的數(shù)據(jù)信息傳遞。它的優(yōu)勢(shì)在于通用、標(biāo)準(zhǔn)，缺點(diǎn)是傳輸距離不會(huì)達(dá)到很遠(yuǎn)，傳輸速度也不會(huì)很快。②RS-485串行接口：也是一類標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口，數(shù)據(jù)傳遞運(yùn)用差分模式，抵抗干擾能力較強(qiáng)，傳輸距離比RS-232傳輸距離較遠(yuǎn)，傳輸速度與RS-232差不多。③RJ45以太網(wǎng)接口：閱讀器可以通過該接口直接進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)。④USB接口：也是一類標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口，傳輸距離較短，傳輸速度較高。第三章RFID讀寫器4、讀寫器的工作方式讀寫器主要有兩種工作方式，一種是讀寫器先發(fā)言方式（Reader

Talks

First，RTF），另一種是標(biāo)簽先發(fā)言方式（TagTalks

First，TTF

）。

在一般情況下，電子標(biāo)簽處于等待或休眠狀態(tài)，當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn)入讀寫器的作用范圍被激活以后，便從休眠狀態(tài)轉(zhuǎn)為接收狀態(tài)，接受讀寫器發(fā)出的命令，進(jìn)行相應(yīng)的處理，并將結(jié)果返回給讀寫器。

這類只有接收到讀寫器特殊命令才發(fā)送數(shù)據(jù)的電子標(biāo)簽被稱為RTF方式；

與此相反，進(jìn)入讀寫器的能量場(chǎng)即主動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)的電子標(biāo)簽被稱為TTF方式。第三章RFID讀寫器5、讀寫器的種類

根據(jù)使用用途，各種讀寫器在結(jié)構(gòu)上及制造形式上也是千差萬別的。大致可以將讀寫器劃分為以下幾類：固定式讀寫器、OEM讀寫器、工業(yè)讀寫器、便攜式讀寫器以及大量特殊結(jié)構(gòu)的讀寫器。（1）固定式讀寫器

固定式讀寫器是最常見的一種讀寫器。它是將射頻控制器和高頻接口封裝在一個(gè)固定的外殼中構(gòu)成的。有時(shí)，為了減少設(shè)備尺寸，降低成本，便于運(yùn)輸，也可以將天線和射頻模塊封裝在一個(gè)外殼單元中，這樣就構(gòu)成了集成式讀寫器或者一體化讀寫器。第三章RFID讀寫器5、讀寫器的種類（2）OEM讀寫器

為了將讀寫器集成到用戶自己的數(shù)據(jù)操作終端、BDE終端、出入控制系統(tǒng)、收款系統(tǒng)及自動(dòng)裝置等，需要采用OEM讀寫器。

OEM讀寫器是裝在一個(gè)屏蔽的白鐵皮外殼中向用戶供貨的，或者也可以是以無外殼的插件板的方式供貨。

電子連接的形式大致有焊接端子、插接端子或螺絲旋接端子等。第三章RFID讀寫器5、讀寫器的種類（3）工業(yè)讀寫器對(duì)于在安裝或生產(chǎn)設(shè)備中的應(yīng)用，需要采用工業(yè)讀寫器。

工業(yè)讀寫器大多具備標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線接口，以便容易集成到現(xiàn)有設(shè)備中，它主要應(yīng)用在礦井、畜牧、自動(dòng)化生產(chǎn)等領(lǐng)域。此外，這類讀寫器還滿足多種不同的防護(hù)需要，現(xiàn)在即使是帶有防爆保護(hù)的讀寫器也能買到。（4）發(fā)卡機(jī)

發(fā)卡機(jī)也叫讀卡器、發(fā)卡器等，主要用來對(duì)電子標(biāo)簽進(jìn)行具體內(nèi)容的操作，包括建立檔案呢、消費(fèi)糾正、掛失、補(bǔ)卡、信息糾正等，經(jīng)常與計(jì)算機(jī)放在一起。從本質(zhì)上說，發(fā)卡機(jī)實(shí)際上是小型的射頻讀寫器。第三章RFID讀寫器5、讀寫器的種類（5）便攜式讀寫器

便攜式讀寫器是適合于用戶手持使用的一類射頻電子標(biāo)簽讀寫設(shè)備，其工作原理與其他形式的讀寫器完全一樣。

便攜式讀寫器主要用于動(dòng)物識(shí)別，主要作為檢查設(shè)備、付款往來的設(shè)備、服務(wù)及測(cè)試工作中的輔助設(shè)備。

便攜式讀寫器一般帶有LCD顯示屏，并且?guī)в墟I盤面板以便于操作或輸入數(shù)據(jù)。

通?？梢赃x用RS-232接口來實(shí)現(xiàn)便攜式讀寫器與PC機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換。

除了在實(shí)驗(yàn)室中用于系統(tǒng)評(píng)估工作的最簡單的便攜式讀寫器以外，還有用于惡劣環(huán)境中的特別耐用并且?guī)в蟹浪Ｗo(hù)的便攜式讀寫器。第三章RFID讀寫器6、讀寫器的發(fā)展趨勢(shì)

隨著RFID技術(shù)的不斷發(fā)展，未來的讀寫器也將朝著多功能、多制式兼容、多頻段兼容、小型化、多數(shù)據(jù)接口、便攜式、多智能天線端口、嵌入式和模塊化的方向發(fā)展，而且成本

也將越來越低。多功能

為了適應(yīng)市場(chǎng)對(duì)射頻識(shí)別系統(tǒng)多樣性和多功能的要求，讀寫器將集成更多更加方便實(shí)用的功能。另外，為了適應(yīng)某些應(yīng)用的方便，讀寫器將具有更多的智能性，具有一定的數(shù)據(jù)處理能力，可以按照一定的規(guī)則將應(yīng)用系統(tǒng)處理程序下載到讀寫器中。這樣，讀寫器就可以脫離中央處理計(jì)算機(jī)，做到脫機(jī)工作，完成門禁、報(bào)警等功能。第三章RFID讀寫器6、讀寫器的發(fā)展趨勢(shì)（2）多制式兼容

由于目前全球沒有統(tǒng)一的射頻識(shí)別技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，各個(gè)廠家的系統(tǒng)互相不兼容，但是隨著射頻識(shí)別技術(shù)的逐漸統(tǒng)一，以及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需要，只要這些標(biāo)簽協(xié)議是公開的，或者是經(jīng)過許可的，某些廠家的讀寫器將兼容多種不同制式的電子標(biāo)簽，以提高產(chǎn)品的應(yīng)用適應(yīng)能力和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。（3）多頻段兼容

由于目前缺乏一個(gè)全球統(tǒng)一的射頻識(shí)別頻率，不同國家和地區(qū)的射頻識(shí)別產(chǎn)品具有不同的頻率。為了適應(yīng)不同國家和地區(qū)的需要，讀寫器將朝著兼容多個(gè)頻段，輸出功率數(shù)字可控等方向發(fā)展。第三章RFID讀寫器6、讀寫器的發(fā)展趨勢(shì)（4）成本更低

相對(duì)來說，目前大規(guī)模的射頻