射頻識別網絡天線的製作方法

2023-05-05 09:13:46

專利名稱：射頻識別網絡天線的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於光電子信息技術，具體涉及一種在電子標籤和識讀器間傳 遞射頻信號的射頻識別網絡天線。
技術背景-RFID (Radio Frequency Identification)射頻識別技術是一種非接觸式 的自動識別技術，它通過無線射頻方式進行非接觸雙向數據通信，對目標加以 識別並獲取相關數據，識別工作無須人工幹預。作為條形碼的無線版本，RFID 技術具有條形碼所不具備的防水、防磁、耐高溫、使用壽命長、讀取距離大、 標籤上數據可以加密、存儲數據容量更大、存儲信息更改自如等優點，已經被 世界公認為本世紀十大重要技術之一，在生產、物流、公共運輸、動物識別、 危險品管理等各個行業有著廣闊的應用前景。RFID射頻識別技術其基本原理是利用射頻信號及其空間耦合、傳輸特性， 實現對靜止的或移動中的待識別物品的自動機器識別。 一個最基本的RFID系統 由電於標籤、天線、識讀器、計算機數據處理等部分組成。RFID標籤可分為低 頻(LF)、高頻(HF)、超高頻(UHF)和微波等不同種類。目前國際上廣泛採用的頻 段主要有4種低頻(125kHZ)、高頻(13. 54MHz)、超高頻(860MHz 960MHZ)和 微波(2.45GHz以上)。每一種頻段都有它的特點，適用於不同的領域。在多個識讀器和多電子標籤的射頻識別系統中，存在著兩種形式的衝突方 式， 一種是同一電子標籤同時收到不同識讀器發山的命令，另一種是一個識讀 器同時收到多個不同電子標籤返回的數據。識讀器必須採用一定的防衝突機制 才能夠順利地完成在讀寫器作用範圍內的標籤識別、數據信息的讀寫操作。對 於第一種衝突方式，目前一臺識讀器通常是配置1個天線，最多時配置4個天 線，不能勝任在大面積多個對象識別等需要多個天線密集應用場合；對於第二 種衝突方式，已經有很多的防碰撞機制能對其進行處理，如ALOHA法和二進位 搜索算法等，但考慮到電子標籤本身尺寸、能耗的限制，防碰撞機制在保障功 能的同時還要求儘量簡單易行，這在一定程度上限制了防碰撞機制的設計。目前現有RFID識讀器技術，是以單臺為主的應用。由於識讀器的射頻線不能太長，所以一臺識讀器最多只能帶4個天線，這是由於識讀器自身的結構造 成，如果要進行大面積識讀就只能增加識讀器的數量，多識讀器和多電子標籤 的射頻識別系統中，但存在著一些關鍵問題首先是投資加大，應用面積越大，所需識讀器增多，投資也就越大；二是不能很好地多機協調運行，發生數據碰撞是不可避免的；三是不便於更新升級，現今科技發展飛速，識讀器的各種算 法語言、加解密手段和防碰撞機制也在不斷地更新換代，由於現有識讀器的各 個功能模塊是以硬體形式存在的，識讀器的更新升級需返回到生產廠家。隨著RFID電子標籤成本的降低，中國RFID標準的統一，該項技術將逐步 應用於我國的各行各業，尤其是我國現代化的物流倉庫、配送中心和超市正處 於大規模發展時期，市場需求將會逐年增加。 發明內容為了克服現有技術的上述不足本實用新型提供一種應用於大面積、多方位、 多天線、多讀頭和多電子標籤的射頻識別系統中，投資小、能很好地多機協調 運行、信息的傳送更加迅速、準確、降低運轉費用、結構簡單、價格便宜的射 頻識別網絡天線。本實用新型的技術方案包括一個在電子標籤和識讀器間傳遞射頻信號的射頻天線TX;一個接收網絡微控制器指令，向電子標籤發射或讀取信號，並將接收的電子標籤信息傳輸到網絡微控制器以供處理的射頻無線收發器Nl;一個控制射頻無線收發器N1向電子標籤發射讀取信號，並接收電子標籤的應答，對電子標籤的對象標識信息進行解碼，將對象標識信息連帶電子標籤上其他相關信息通過網絡傳輸到軟識讀器以供處理的網絡微控制器N2;一個用於存儲RFID網絡天線的所有控制程序和暫存數據的存儲器N4，為網 絡微控制器N2的外置存儲器；一個通過MII數據接口與網絡微控制器N2相連接的網絡物理接口收發器N3; 一個起到信號傳輸、阻抗匹配、波形修復、雜波抑制以及高電壓隔離等作 用，保護網絡物理接口收發器N3免遭電氣失誤引起的損壞的網絡隔離變壓器N5， 網絡隔離變壓器N5是連接於網絡物理接口收發器N3與網絡接口 N6之間的磁性 組件；一個完成網絡連接功能的網絡接口 N6。本實用新型從根本上改變了現有RFID系統架構，通過軟識讀器操作管理平 臺可配置更多的RFID網絡天線讀頭，完成密集識讀器協調運行的工作。本實用新型與軟識讀器、網絡設備及具有唯一電子編碼的RFID無源電子標 籤相聯合，組成一種新型RFID系統結構。工作過程軟識讀器(PC機)通過 網絡向某一個(組)本實用新型發出讀取數據的指令，對應的本實用新型接收 到指令後即開啟射頻收發器、激活電子標籤同時接收電子標籤返回的射頻信號， 對收到的射頻信號進行濾波、解調、整形、生成數據信號並傳至軟識讀器(PC 機)後關閉射頻收發器，軟識讀器(PC機)對收到的數據進行運算處理後存入 磁碟，形成資料庫。本實用新型擴大了RFID技術的使用範圍和效果，使RFID技術網絡化，為 實現全球EPC"物聯網"提供有力的技術支撐，只要有計算機網絡的地方，掛一 個網絡天線，就可以對天線覆蓋範圍之內的電子標籤進行採集，可以直接上網 用網上的公共平臺進行監控。如果將網絡天線按一定的要求放置，它會覆蓋一 定的面積，網絡天線的數量越多，覆蓋的區域就越大，將來RFID技術的應用， 就像今天的手機使用一樣方便。本實用新型使那些具有特殊用途RFID系統的運行更加可靠和方便，如礦 井下的礦工定位，網絡天線不需要交流電源，甚至可以做成無線的，在井下會 顯得更安全更可靠。本實用新型可以廣泛應用於物流倉庫、零售業、汽車行業、 製造業、公共安全、零售、資產管理、醫療、服裝業、身份識別、防偽、交通、 圖書館、軍事等大面積、多標籤識別的領域及應用於各行各業。本實用新型的應用，可以突破物流領域中底層數據大面積自動採集的"瓶 頸"難題，完成RFID技術在物流方面的實際意義上的應用，產生重大的經濟效 益。與現有技術相比還具有①縮短作業時間；②改善盤點作業質量；③增大配 送中心的吞吐量；④降低運轉費用；⑤實現可視化管理；⑥信息的傳送更加迅 速、準確等優點。


以下結合附圖提供的實施例對本實用新型作進一步詳細的說明。 圖1是本實用新型的結構框圖。圖2是射頻無線收發器N1電路圖。圖3是 射頻無線收發器Nl和網絡微控制器N2的連接電路圖。圖4是存儲器N4接線 圖。圖5是網絡微控制器N2和網絡物理接口收發器N3的連接電路圖。圖6是網絡接口電路圖。
具體實施方式
圖1中，本實用新型包括 一個在標籤和識讀器間傳遞射頻信號的射頻圓 極化或線極化天線TX;一個接收網絡微控制器2 (Nl)指令，向標籤發射或讀取信號，並將接收 的標籤信息傳輸到網絡微控制器2以供處理的射頻無線收發器1 (Nl);本實用新型射頻無線收發器1為NRF905單片無線收發器，工作在4 3 3 / 8 6 8 / 9 1 5 M H Z的I S M頻段；由一個完全集成的頻率調製器， 一個帶解調器的 接收器， 一個功率放大器， 一個晶體震蕩器和一個調節器組成；一個控制射頻無線收發器1向標籤發射讀取信號，並接收標籤的應答，對 標籤的對象標識信息進行解碼，將對象標識信息連帶標籤上其他相關信息通過 網絡傳輸到軟識讀器以供處理的網絡微控制器2 (N2);本實用新型選用的N2 是DS80C400， DS80C400是快速的與8051兼容的高度集成的網絡微控制器，它 的外圍設備包括10/100bps的乙太網MAC， 3個串行埠， 1個CAN2.B控制器， 一個l-Wire控制器和64個I/O引腳，DS80C400比標準的8位微控制器提供了 更多的資源，標準微控制器的很多外圍電路DS80C400都把它集成到了一起；一個用於存儲RFID網絡天線的所有控制程序和暫存數據的存儲器4(N4 )， 為網絡微控制器2的外置存儲器；選用的是閃速存儲器(AT29C512);一個通過MII數據接口與網絡微控制器2相連接的網絡物理接口收發器3 (N 3 )，它實現物理層，IEEE-802. 3標準定義了乙太網PHY，它符合IEEE-802. 3k 中用於10BaseT(第14條)和100BaseTX(第24條和第25條)的規範，選用的是 LXT972ALC， LXT972ALC是一個遵守快速乙太網協議的接收發送晶片，LXT972ALC 支持10/100 MAC的標準的MII，根據7層網絡通信模型，LXT972ALC是物理層 設備，LXT972ALC完成了參考模型中以IEEE802. 3標準定義的物理編碼子層 (PCS)，物理媒體附加子層(PMA),和物理媒體獨立子層(PMD)的功能，LXT972ALC 執行IEEE802. 3定義的標準10BASE-X的所有物理編碼子層和物理附加子層的功 能，它還能執行IOBASE-TX連接的所有的媒體獨立子層的所有功能；一個起到信號傳輸、阻抗匹配、波形修復、雜波抑制以及高電壓隔離等作 用，保護網絡物理接口收發器3免遭電氣失誤引起的損壞的網絡隔離變壓器5 (N5)，網絡隔離變壓器5是聯繫以網絡物理接口收發器3與終端網絡接口6之間的磁性組件，選用的是20F001N。 20F001N是雙絞線驅動/接收器，內部有2 個傳輸變壓器l個是用於發送的1:2.5隔離變壓器，l個是用於接收的l"隔 離變壓器；一個完成網絡連接功能的網絡接口 6 (N6)。圖2中，射頻無線收發器N1電路的核心晶片是NRF905。NRF905共32個 管腳。圖中C1 C7， L1 L3組成LC網絡，以保證收發頻率的穩定；XI、 R2、 Cll、 C12組成晶振源，為收發器提供標準中心頻率；Rl為nRF905提供模擬參 考電流；C8、 C9、 C10為電源濾波電容。圖3中，Nl是NRF905無線收發晶片，N2即DS80C400是快速的與8051兼 容的高度集成的網絡微控制器。N1與N2的連接有二組線路， 一組有4條線用 於數據通訊(SPI四線同步串行接口)；另一組有6條線用於N1、 N2間的各種 控制使能。Nl SPI接口的10腳(SPI輸出)與N2的20腳P3.0口連接；11 腳(SPI輸入)與N2的21腳P3. 1 口連接；12腳(SPI時鐘)與N2的22腳 P3. 2 口連接；13腳(SPI輸出)與N2的23腳P3. 3 口連接。Nl的6條控制線 連接1腳(TRXj:E使能晶片發射或接收)與N2的89腳PL 0 口連接;2腳(PWR一UP 晶片上電)與N2的90腳P1. 1 口連接；3腳(uPCLK時鐘輸出)與N2的91腳 PL2口連接；6腳(CD載波檢測)與N2的92腳P1.3 口連接；7腳(AM地址匹 配)與N2的93腳PL 4 口連接；8腳(DR發射或接收數據完成)與N2的94腳 Pl. 5 口連接。圖4中，N2與外置存儲器N4的連接分為地址總線、數據總線和控制總線。 N2的P0埠的8個口作為數據總線分別與N4的D0 D7連接；N2的P7、 P2、 P6. 0、P6. 1埠共18個口作為地址總線分別與N4的A0 A17連接；N2的P6. 2、 P6.3、 PSEN埠作為控制總線分別與N4的/CE、 /WE、 /OE端連接。圖5中，N2為快速的與8051兼容的高度集成的網絡微控制器DS80C400; N3為一個遵守快速乙太網協議的接收發送晶片LXT972ALC。 N2與N3是通過MII 數據接口相連接的。接口信號包括數據發送線(TXD0 3)、數據接收線(RXD0 3)、開始發送(CRS)、發送衝突(COL)、可以發送(TX_EN)、發送失敗(TX—ER)、 接收到環幀(RX_ER)、接收到數據(RX—DV)、發送時鐘(TXCLK)、接收時鐘 (RXCLK)、時鐘管理(MDC) 、 1/0數據管理。連接如下N2的1腳(CRS)與 N3的63腳連接；N2的2腳(COL)與N3的62腳連接；N2的3腳(TXD3)與N3的60腳連接；N2的4腳(TXD2)與N3的59腳連接；N2的5腳(TXD1)與 N3的58腳連接；N2的6腳(TXD0)與N3的57腳連接；N2的7腳(TX—EN)與 N3的56腳連接；N2的8腳(TXCLK)與N3的55腳連接；N2的9腳(RX_ER) 與N3的53腳連接；N2的10腳(RXCLK)與N3的52腳連接；N2的11腳(RX—DV) 與N3的49腳連接；N2的14腳(KXD0)與N3的48腳連接；N2的15腳(RXD1) 與N3的47腳連接；N2的16腳(RXD2)與N3的46腳連接；N2的17腳(RXD3) 與N3的45腳連接；N2的18腳(MDC)與N3的43腳連接；N2的19腳(MDIO) 與N3的42腳連接。圖6中，N3為網絡物理接口收發器，N5為網絡隔離變壓器，N6為RJ45標 準網絡接口。 Ll、 L2分別為網絡連接和數據交換指示燈。N3的24腳(TPIN) 通過電阻R6與N5的6腳連接；N3的23腳(TPIP)通過電阻R7與N5的4腳連 接；N3的20腳(TPON)與N5的3腳連接；N3的19腳(TPOP)與N5的1腳連 接；N3的38腳(LED1)與L2正極連接；N3的37腳(LED2)與Ll正極連接。 N5的7腳與N6的6腳(RX-)連接；N5的9腳與N6的3腳(RX+)連接；N5的 10腳與N6的2腳(TX-)連接；N5的12腳與N6的1腳(TX+)連接。
權利要求1、一種射頻識別網絡天線，其特徵在於包括一個在電子標籤和識讀器間傳遞射頻信號的射頻天線TX；一個接收網絡微控制器指令，向電子標籤發射或讀取信號，並將接收的電子標籤信息傳輸到網絡微控制器以供處理的射頻無線收發器(1)；一個控制射頻無線收發器(1)向電子標籤發射讀取信號，並接收電子標籤的應答，對電子標籤的對象標識信息進行解碼，將對象標識信息連帶電子標籤上其他相關信息通過網絡傳輸到軟識讀器以供處理的網絡微控制器(2)；一個用於存儲RFID網絡天線的所有控制程序和暫存數據的存儲器(4)，為網絡微控制器(2)的外置存儲器；一個通過MII數據接口與網絡微控制器(2)相連接的網絡物理接口收發器(3)；一個起到信號傳輸、阻抗匹配、波形修復、雜波抑制以及高電壓隔離等作用，保護網絡物理接口收發器(3)免遭電氣失誤引起的損壞的網絡隔離變壓器(5)，網絡隔離變壓器(5)是連接於網絡物理接口收發器(3)與終端網絡接口(6)之間的磁性組件；一個完成網絡連接功能的網絡接口(6)。
2、 根據權利要求l所述的射頻識別網絡天線，其特徵在於射頻無線收發 器(1)為NRF905單片無線收發器。
3、 根據權利要求l所述的射頻識別網絡天線，其特徵在於網絡微控制器 (2)為DS80C柳。
專利摘要一種射頻識別網絡天線，包括一個在標籤和識讀器間傳遞射頻信號的射頻天線TX；一個射頻無線收發器N1；一個控制射頻無線收發器N1向標籤發射讀取信號，並接收標籤的應答，對標籤的對象標識信息進行解碼，將對象標識信息連帶標籤上其他相關信息通過網絡傳輸到軟識讀器以供處理的網絡微控制器N2；一個存儲器N4、網絡物理接口收發器N3、網絡隔離變壓器N5和網絡接口N6。本實用新型解決了RFID技術在大面積、多方位、多天線、多標籤密集識別的領域中存在的投資大、不能很好地多機協調運行，易發生數據碰撞等問題，具有投資小、能很好地多機協調運行、信息的傳送更加迅速、準確、降低運轉費用、結構簡單、價格便宜等優點。
文檔編號H04L12/00GK201134107SQ20072030040
公開日2008年10月15日 申請日期2007年12月22日 優先權日2007年12月22日
發明者楊亞能, 熊建平, 王曉東, 阮新正 申請人:湖北物資流通技術研究所