一種rfid射頻信號監聽和分析工具及方法
2023-05-18 05:26:21
專利名稱：一種rfid射頻信號監聽和分析工具及方法
技術領域：
本發明涉及一種信號監聽和分析工具及其方法，尤其涉及一種RFID射頻信號監聽和分析工具及方法。
背景技術：
近年來，大到金融、鐵路、公共運輸和社會保障設施，小到圖書館、校園和門禁等，非接觸式RFID產品的應用範圍及領域日益多元化。雖然其中採用的射頻通信協議種類大多為符合IS0/IEC14443 TypeA或Type B國際標準，但是涉及到行業的特殊性，目前在實際應用中存在大量行業特定的產品規範和應用流程。因此對於非接觸式RFID產品產業鏈中的每個環節，都提出了兼容性和適應性的要求，。既要保證非接觸式RFID產品能夠兼容各 行業中存在差異的IS0/IEC 14443標準的通信協議，實現正確的調製和解調，又需要按照不同行業的產品規範和應用流程的進行產品作業系統的開發，實現行業應用需求，使得產品在使用中穩定、便捷，易於維護。除此之外由於目前國內缺乏統一的產品標準和評定規範，大量的非接觸式RFID產品存在著良莠不齊的情形。綜合上述原因，會導致國內非接觸式RFID產品在射頻通信協議和應用互操作流程中的兼容性和適應性等問題日益突出。如何對非接觸式RFID系統在使用中存在的上述問題進行快速、準確的定位，是國內非接觸式RFID產業鏈以及專業的RFID檢測機構共同面臨的難題。一方面這些問題涉及到多種學科和技術領域，涉及到ISO、ICAO、EMV等複雜的標準體系，到目前為止主要的測試分析工具都掌握在歐洲少數國家和檢測機構手中，高昂的設備成本和對技術人員的專業要求，都形成了非接觸式RFID射頻領域的技術壁壘；另一方面目前國內的技術人員通常在對於簡單的射頻信號還可以藉助於示波器加校驗線圈這樣的工具來進行觀察和分析，一旦複雜的射頻信號以數據流的形式出現，受限於示波器的解析度和存儲深度，在示波器上進行實時觀察將非常困難。作為一個非接觸式RFID系統，無論是從非接觸讀卡機發出信號(我們稱之為「上行信號」)還是非接觸智慧卡發出的響應信號(我們稱之為「下行信號」)，都會出現射頻協議不兼容和應用互操作流程的衝突等問題，由於系統的複雜性和熟悉程度不夠，對於問題的定位往往需要投入經驗豐富的技術人員或者採用國外的專業測試設備，給整個非接觸式RFID產業鏈都增加了維護成本和系統風險。如何能開發出一款使用簡單，低成本的非接觸式RFID射頻信號監聽和分析工具，對當前的非接觸式RFID產業發展提供有力的技術支持，使用簡單且成本低，同時穩定性高且易於維護成為本發明所要解決的技術問題。
發明內容
本發明目的提供一種RFID射頻信號監聽和分析工具及方法，通過採用FPGA編解碼技術實現對射頻通信協議的解析，將射頻通信中的數據流利用耦合天線進行捕獲，並將捕獲到的數據流實時轉換為可識別和易於分析的內容，在軟體界面進行顯示的實現方式，降低RFID射頻信號監聽和分析工具的複雜度，提高其性能和穩定性，同時降低設計成本。
一種RFID射頻信號監聽和分析工具，由計算機端界面單元、信息處理單元、可替換式耦合天線以及可替換式電源構成。其中信息處理單元是RFID射頻信號監聽和分析工具的主要部分，包含計算機通信接口電路、FPGA編解碼晶片、濾波電路、50歐姆阻抗匹配網絡和電源選擇電路。計算機端界面單元，用於將解析後的射頻信號數據流在計算機端進行顯示，方便測試人員對通信過程進行監聽，如需要保存，可以有選擇性的對信息進行保存；
信息處理單元，主要用於實現對射頻信號的濾波、解析、與計算機的通信，以及對電源供電方式的切換；可替換式耦合天線，具有50歐姆阻抗匹配電路且可替換，其主要功能為對待測的非接觸RFID系統信號以耦合的方式進行捕獲，並送入信息處理單元；可替換式電源，至少可支持3種供電方式，用於為信息處理單元提供穩定的電流和電壓。供電方式可為直流電源供電、乾電池供電以及USB 口供電電源等，多種供電方式之間通過電源選擇電路進行切換，根據測試環境選擇適當的電源。計算機端界面單元的結構主要分為二大部分第一部分為控制面板，包括通信接口開關、射頻協議選擇按鈕、射頻通信協議波特率選擇按鈕和數據保存選擇按鈕。主要功能為控制FPGA編解碼晶片採用合適的數據流解析方式；第二部分為分析結果顯示面板，其中包括上下行數據的通信時間、解碼數據流、以及單條指令的內容顯示，主要功能為將解析後的信息進行串行顯示。本發明還提供一種RFID射頻信號監聽和分析方法，包含以下內容(I)首先在計算機端界面單元的控制面板上打開通信接口開關，選擇待測的射頻信號協議類型和通信波特率，以及確定是否需要保存結果至計算機；(2)按照現場應用的條件，通過電源選擇電路進行切換，選擇並接通合適的供電電源；(3)將可替換式耦合天線靠近待測的非接觸式RFID系統，調整好耦合天線與待測系統的位置，並使二者相對位置固定；(4)耦合天線將對非接觸式RFID通信中的射頻信號進行耦合，並將耦合後的信息通過50歐姆阻抗匹配網絡送入濾波電路，通信信號進行調製、濾波，解調後的信號實時送A FPGA編解碼晶片；(5)FPGA編解碼晶片在收到輸入的信號後，按照計算機端界面單元中選定的射頻信號協議類型和通信波特率分別對非接觸式RFID系統雙方的通信內容進行解析，並將解析結果送入與計算機的通信接口電路；(6)計算機的通信接口電路對數據進行雙向傳遞，收到FPGA編解碼晶片送出的數據後，通信接口電路將數據串行上傳至計算機端界面單元；(7)計算機端界面單元分析結果顯示面板對結果進行顯示，通過對界面顯示的上行或者下行數據內容，對通信是否正常或者返回錯誤代碼進行判斷和分析。通過本發明提供的解決方案，一方面可以實現對射頻通信中的數據流進行實時、不間斷的解析和傳輸，有效保證了測試結果的真實性和數據的存儲深度；另一方面如待測的射頻通信協議發生變化，只需在FPGA編解碼晶片上進行編程即可以實現功能的升級，使得監聽和分析工具的功能擴展和維護簡單易行。
圖I本發明提供的RFID射頻信號監聽和分析工具電路結構2本發明提供的RFID射頻信號監聽和分析方法基本流程圖
具體實施方案以下結合各附圖對本發明提出的內容進行詳細的描述。圖I為RFID射頻信號監聽和分析電路結構圖，圖中計算機端界面單元主要分為二大部分第一部分為控制面板，其中包括通信接口開關、射頻協議選擇按鈕、射頻通信協議波特率選擇按鈕和數據保存選擇按鈕，主要功能為控制FPGA編解碼晶片採用合適的數據流解析方式；第二部分為分析結果顯示面板，其中包括上下行數據的通信時間、解碼數據流，以及單條指令的內容顯示，主要功能為將解析後的信息進行串行顯示。信息處理單元為本發明的主要部分，實現對射頻信號的濾波，解析，與計算機的通 信，以及對供電方式的切換。可替換式耦合天線對待測的非接觸RFID系統信號以耦合的方式進行捕獲，並送入信息處理單元。可替換式電源至少包含三種形式，直流電源供電、乾電池供電以及USB 口供電，操作人員可根據現場應用條件確定。射頻通信中的數據流，利用耦合天線進行捕獲，並將捕獲到的數據流實時轉換為可識別和易於分析的內容，在計算機端界面進行顯示。其具體的實現方案為(I)首先在計算機端界面單元的控制面板上打開通信接口開關，選擇待測的射頻信號協議類型和通信波特率，同時可確定是否需要保存，如果需保存，則可有選擇性地保存結果到計算機；(2)按照現場應用的條件，通過電源選擇電路進行切換，選擇並接通合適的供電電源；工具所提供的可替換式電源至少包含三種形式，直流電源供電、乾電池供電以及USB 口供電。(3)將可替換式耦合天線靠近待測的非接觸式RFID系統，調整好耦合天線與待測系統的位置，並使二者相對位置固定；(4)耦合天線將對非接觸式RFID通信中的射頻信號進行耦合，並將耦合後的信息通過50歐姆阻抗匹配網絡送入濾波電路，通信信號進行調製、濾波，解調後的信號實時送A FPGA編解碼晶片；(5)FPGA編解碼晶片在收到輸入的信號後，按照計算機端界面單元中選定的射頻信號協議類型和通信波特率分別對非接觸式RFID系統雙方的通信內容進行解析，並將解析結果送入與計算機的通信接口電路；按照IS0/IEC14443標準的協議規定射頻通信的載波頻率為13. 56MHz，實際的傳輸信息是以847KHZ的頻率去調製載波信號，然後將調製後的信號在空中進行傳播。所以從耦合天線送入到濾波電路的信號包括了 13. 56MHz的載波信息，因此濾波電路對收到的信號進行解調處理，濾除其中的13. 56MHz的載波信號，僅保留847KHZ的調製信號，並將解調後的信號實時送入FPGA編解碼晶片。
(6)計算機的通信接口電路對數據進行雙向傳遞，收到FPGA編解碼晶片送出的數據後，通信接口電路將數據串行上傳至計算機端界面單元；
(7)計算機端界面單元分析結果顯示面板對結果進行顯示，通過對界面顯示的上行或者下行數據內容，對通信是否正常或者返回錯誤代碼進行判斷和分析。通過上述實施步驟，可以實現對射頻通信中的數據流進行實時、不間斷的解析和傳輸，有效保證了測試結果的真實性和數據的存儲深度。當待測的射頻通信協議發生變化時，只需在FPGA編解碼晶片上進行編程即可以實現功能的升級，使得監聽和分析工具的功能擴展和維護簡單易行。
權利要求
1.一種RFID射頻信號監聽和分析工具，其特徵在於該監聽和分析工具由計算機端界面單元、信息處理單元、可替換式耦合天線以及可替換式電源構成。
2.根據權利要求I所述的一種RFID射頻信號監聽和分析工具，其特徵在於所述信息處理單元包含計算機通信接口電路、FPGA編解碼晶片、濾波電路、50歐姆阻抗匹配網絡和電源選擇電路。
3.根據權利要求I所述的一種RFID射頻信號監聽和分析工具，其特徵在於所述計算機端界面單元包含控制面板和分析結果顯示面板兩部分。
4.根據權利要求I所述的一種RFID射頻信號監聽和分析工具，其特徵在於所述可替換式電源供電方式為直流電源供電、乾電池供電或USB 口供電。
5.根據權利要求I所述的一種RFID射頻信號監聽和分析工具，其特徵在於所述可替換式耦合天線具有50歐姆阻抗匹配電路。
6.一種RFID射頻信號監聽和分析方法，包含以下步驟 (1)首先在計算機端界面單元的控制面板上打開通信接口開關，選擇待測的射頻信號協議類型和通信波特率，以及確定是否需要保存結果至計算機； (2)按照現場應用的條件，通過電源選擇電路進行切換，選擇並接通合適的供電電源； (3)將可替換式耦合天線靠近待測的非接觸式RFID系統，調整好耦合天線與待測系統的位置，並使二者相對位置固定； (4)耦合天線將對非接觸式RFID通信中的射頻信號進行耦合，並將耦合後的信息通過50歐姆阻抗匹配網絡送入濾波電路，通信信號進行調製、濾波，解調後的信號實時送入FPGA編解碼晶片； (5)FPGA編解碼晶片在收到輸入的信號後，按照計算機端界面單元中選定的射頻信號協議類型和通信波特率分別對非接觸式RFID系統雙方的通信內容進行解析，並將解析結果送入與計算機的通信接口電路； (6)計算機的通信接口電路對數據進行雙向傳遞，收到FPGA編解碼晶片送出的數據後，通信接口電路將數據串行上傳至計算機端界面單元； (7)計算機端界面單元分析結果顯示面板對結果進行顯示，通過對界面顯示的上行或者下行數據內容，對通信是否正常或者返回錯誤代碼進行判斷和分析。
全文摘要
一種RFID射頻信號監聽和分析工具及方法，由計算機端界面單元、信息處理單元、可替換式耦合天線以及可替換式電源構成。本發明通過採用FPGA編解碼技術實現對射頻通信協議的解析，將射頻通信中的數據流利用耦合天線進行捕獲，並將捕獲到的數據流實時轉換為可識別和易於分析的內容，在軟體界面進行顯示的實現方式，降低RFID射頻信號監聽和分析工具的複雜度，提高其性能和穩定性，同時降低設計成本，滿足應用需求。同時本發明還提供一種RFID射頻信號監聽和分析的方法。
文檔編號G06K7/00GK102654899SQ201110053210
公開日2012年9月5日 申請日期2011年3月4日 優先權日2011年3月4日
發明者劉玉軍, 左捷, 申曄, 符銳, 賈峻 申請人:上海華虹集成電路有限責任公司