读写模块

2024-08-26

读写模块（精选三篇）

读写模块篇1

射频识别技术 (RFID) 是一种利用无线射频技术在读写器和标签之间进行非接触双向数据传输, 以达到目标识别和数据交换目的的自动识别技术[1]。近年来, 射频识别技术尤其是超高频射频识别 (UHF RFID) 技术发展迅速, 得到广泛的应用[2,3]。国内目前已有一大部分企业已经自主研发出超高频固定式读写器, 如西安航天自动化股份有限公司、江苏瑞福、深圳先施、深圳远望谷等。

为了提高现有RFID读写器的群读能力、辐射范围、提高识别率, 本文设计了4天线RFID读写器核心模块。该模块采用R2000读写器芯片进行标签的读、写操作, 外部采用功率放大器芯片将射频信号放大到足够的功率电平, 以增加射频信号的发射功率, 进而保证信号的远距离传输。

因为射频信号的传输路径在读写器的读、写操作中起着非常重要的作用。因此, 有必要对射频传输线路进行研究, 做到射频信号传输线路的阻抗匹配。为了提高射频电路设计的成功率, 本文采用ADS仿真软件对射频信号传输路径中的模块进行了阻抗匹配等仿真分析, 使得设计出的模块各部分阻抗匹配。最后通过矢量网络分析仪测试了天线输出端的阻抗匹配参数, 同时采用频谱分析仪对射频信号的输出频谱进行测量, 通过测量结果可以看出:该模块能很好地满足设计要求、性能良好, 对后期产品的开发, 奠定了坚实的基础。

2 阻抗匹配

阻抗匹配的目的就是使负载阻抗与源阻抗共轭匹配, 从而获得最大的功率传输, 并使馈线上功率损耗最小。实现阻抗匹配的通常方法是在源和负载之间插入一个无源网络, 也称匹配网络。Smith圆图是应用最广泛的匹配电路设计工具之一[4]。

阻抗匹配的主要作用[4]:

1) 从源到器件、从器件到负载或器件之间功率传输最大;

2) 提高接收机灵敏度;

3) 获得理想的增益、输出功率、效率和动态范围;

4) 减小馈线中的功率损耗。

3 射频识别技术工作原理

典型的射频识别系统一般由RFID标签、读写器以及应用软件系统等部分组成。其工作原理框图如下图1所示:

RFID系统的基本工作原理是:读写器通过天线发出特定频率的射频信号;当RFID标签进入到读写器的读写工作区域时, 耦合后会产生感应电流, 从而为RFID标签提供相应的能量, 此时RFID标签被激活, 进而将自身携带的相关信息通过内置天线发送出去;读写器的接收天线接收到标签发送来的载波信号, 然后经过读写器的解调和解码后送到后台应用软件系统进行识别信息;后台主机系统根据解码信息控制执行机构动作, 从而达到自动识别的目的。

4 读写器模块总体设计

4.1 读写器模块架构

读写器模块架构主要由以下模块组成:1) 读写器芯片R2000;2) 主控单元ARM;3) 功率放大器;4) 4天线网络;5) 接口, 如下图2所示。

其中, R2000的主要作用是:对发射和接收的射频载波信号进行处理;主控单元ARM的主要作用是:对射频电路传输过来的数字信号进行解码, 获得电子标签的信息;同时又可以把要写入RFID标签的信息解码后发送给R2000芯片, 完成基本的RFID标签的读写操作;功率放大器的主要作用是:将射频信号放大到足够的功率电平, 以实现射频信号的有效发射;4天线网络由高性能射频芯片组成, 具有非常高的隔离度, 以减小各天线输出端的耦合干扰, 其主要作用是:用来发射和接受射频载波信号;接口的主要作用是:通过标准串口、U S B接口将电子标签内容以及其他信息传给后台计算机应用软件系统。

4.2 读写器模块性能

读写器模块性能如下:

·采用英频杰的Indy2000方案

·可读写标签:符合EPC global UHF Class 1Gen 2/ISO 18000-6C的电子标签

·工作频率:860MHz~960MHz

·输出功率:最大可达30d Bm

·读取距离:配备高增益天线, 可达10米左右

·天线连接口:4个MMCX-J型射频接头

·GPIO接口:4个

·通信接口:UART端口1个, 波特率115200bps;USB端口:一个USB2.0全速端口 (12Mbit/秒)

·电源供电:5VDC

4.3 读写器模块硬件结构框图

读写器模块硬件结构组成如下[5,6]:1) 主控芯片ARM;2) 读写器芯片R2000;3) 声表滤波器;4) 功率放大器;5) 射频耦合器;6) 射频开关;7) 4天线;8) 10d Bm衰减器;9) 前向功率检测;10) 反向功率检测;11) 各模块之间的阻抗匹配网络。其硬件结构框图如图3所示。

在图3中, 各个模块的功能如下:

·ARM的功能:主控制器, 控制发射、接收相关信息、并且与后台应用软件系统进行信息交换。

·R2000的功能:发射和接收的射频载波信号。

·阻抗匹配网络的功能为:使各模块之间的负载阻抗与源阻抗共轭匹配, 从而获得最大的功率传输。

·声表滤波的功能:在射频信号发射路径上, 主要是为了减小噪声、滤除杂散损耗。

·功率放大器的功能:将R2000发射的射频信号放大到足够的功率电平。

·射频耦合器的功能:用来作为本地振荡器的输入、前向功率和后向功率的检测。

·射频开关的功能:进行4天线网络A N T 1-A N T 4的选择。

·10d B衰减器的功能:作为外部本振, 并且对信号进行峰值功率检测。

·反向功率检测的功能:反向功率检测主要检测天线的回波损耗, 是为了避免出现因电路的设计问题、天线不匹配等其他情况导致发射通道上的信号被反射回来进入R2000芯片导致芯片毁坏, 如果检测反射回来的信号能量过大, 射频芯片会关闭发射通道来保护自身。

·正向功率检测的功能:正向功率检测是为了确定输出信号的功率。主要是检测功放输出信号功率, 然后按照本地的UHF RFID协议标准进行功率校正, 也可以作为外部本地振荡器的信号输入, 用于与接收的射频信号进行混频, 产生零中频信号。

5 基于ADS的系统仿真分析

在射频信号传输过程中, 为了使天线输出获得最大的功率信号, 因此在设计过程中, 必须使得射频信号传输路径上的阻抗匹配, 使馈线上功率损耗最小。因此在设计时采用ADS软件进行阻抗匹配分析, 使得输出获得最大的功率信号, 提高产品的设计成功率。根据图3的系统硬件框图, 对射频信号输出线路中主要路径进行了阻抗特性的仿真分析。

国内超高频RFID读写器频率范围为: (920-925) MHz, 因此本文以工作频率925MHz为例进行阻抗匹配特性仿真分析, 以验证射频信号传输线路阻抗匹配设计原理的可行性。

5.1 R2000输出与功率放大器之间的阻抗匹配分析

图4为R2000输出到功率放大器之间的原理图, 图5为阻抗匹配的Smith圆图, 由图5可以看出, R2000输出到功率放大器之间的射频传输线路阻抗匹配接近50Ω, 满足设计要求。

5.2 功率放大器与射频开关之间的阻抗匹配分析

由图7的Smith圆图可以看出, 功率放大器与射频开关之间的射频传输线路阻抗匹配, 满足设计要求。

5.3 前向功率检测部分10d B衰减器的阻抗匹配分析

由图9可以看出, 前向功率检测部分10d B衰减器满足设计要求。同时通过Smith圆图可以看出, 10d B衰减器的输入输出阻抗匹配, 可使射频线路中的损耗减至最小, 满足设计要求。

5.4 射频开关与各天线输出之间的阻抗匹配分析

由图11的Smith圆图可以看出, 射频开关与各天线输出之间的线路阻抗匹配, 满足设计要求。

本文在进行原理图设计时, 在射频开关和各天线输出之间的多处预留了封装为0402的焊接口。这样可使用矢量网络分析仪测试PCB板天线端口处的Smith圆图, 进而可以根据实测的S m i t h圆图进行阻抗匹配微调, 保证了输出功率为最大值。

6 PCB设计与实验

使用ADS仿真分析得到的阻抗匹配参数, 对本文设计原理图、P C B及样件调试提供了重要的理论依据。

6.1 PCB设计

在设计超高频RFID读写器模块P C B板时, 采用4层板设计结构:顶层和底层是信号层, 中间两层是地层和电源层。

为了保证P C B板上射频信号线路上的阻抗匹配, P C B相关参数如表1所示。

P C B板绘制图如下图12所示。

6.2 测试结果

以工作频率9 2 2 M H z为例, 微调后测得超高频RFID读写器模块4个天线输出端的Smith圆图及频谱图均满足设计要求, 如下图13、14所示。

通过图13可以看出, 超高频RFID式读写器模块4个天线输出端在工作频率为9 2 2 M H z时, 其阻抗匹配接近5 0Ω, 符合设计要求。由图1 4可以看出, 频率为9 2 5 M H z时, 各天线输出功率为2 8 d B m, 满足设计要求。

7 结束语

本文基于ADS仿真软件, 对超高频RFID式读写器模块中的射频信号传输进行了仿真分析, 通过ADS仿真分析可以看出, 该模块在设计时射频线路的阻抗匹配, 保证了信号在传递过程中能以最大功率传输、减小了馈线损耗。另外, 在进行PCB设计时, 考虑了射频信号的特点, 对PCB板的生产、加工有一定的要求。最后针对国内超高频R F I D工作频率的特点, 对该模块在925MHz时的输出特性进行了测试, 通过测试结果可以看出:该模块输出阻抗特性好、输出功率大, 能满足设计要求, 对后期相关产品的开发奠定了基础。

参考文献

[1]周晓光, 王晓华.射频识别 (RFID) 技术原理与应用实例[M].北京:人民邮电出版社, 2006.

[2]KLAUS FINKEN ZELLER.射频识别技术 (第三版) [M].北京:电子工业出版社, 2006, 10.

[3]Inc E P C.EPC Radio-Frequency Identity Protocols Class-1Generat ion-2 UH F RFID Protocol for Communications at 860MHz 960MHz[S].2004.

[4]徐兴福.ADS2008射频电路设计与仿真实例 (第2版) [M].北京:电子工业出版社, 2013.

[5]章小城, 向伟, 徐丹.基于Intel R1000芯片的超高频手持式读写器设计[J].计算机与数字工程, 2008, 36 (9) :198-200

读写模块篇2

world.ⅠTeaching model Reading and writing.ⅡTeaching method Top-down approach ⅢTeaching aims（教学目标）

1.Read to learn about Liu Xiang and how he became a sports hero.2.To be able to complete a timeline 3.To learn some key words and useful expressions Ⅳ Teaching Objectives  Key vocabulary:

ability

race

record

method

Japan

break Asian suffer courage pride ⅤTeaching aids Recorder, OHP, video ⅥTeaching Steps（教学步骤）

Ⅰ.Leading in.（情境导入）Step 1。Warming-up（Ⅰ情境导入--1.师友对话）

1.Show some pictures about Liu Xiang,then introduce him.2.Review the text of Unit 1.3.Read the words after the teacher.4.Introduce the new words.（师傅学友明确学习任务：师傅注意纠正学友的发音）Step 2 Reading and vocabulary.（Ⅰ情境导入--1.教师导入）

1.Look at the picture and the title of the passage in Activity 2.☺Who is he? ☺ When and where did he get his Olympic gold medal? ☺ What was his feeling at the moment? ☺ Has he ever suffered from injury or defeat? 2.Look at pictures in Activity 1 carefully.3.Show some phrases: first place stop sb.(from)doing sth.take pride in suffer from Ⅱ.Reading comprehension（阅读理解）

Step 3。Reading.（Ⅱ阅读理解--1.师友阅读）

友情提示：师友独立完成任务，再互助交流 Task 1 Read and answer(Activity2)

1.Play the recording.2.Ask the students to read through the passage.3.Check with a partner.4.Call back the answers from the whole class.5.Read the text together.（Ⅱ阅读理解--1.师友朗读）

友情提示：请朗读，师傅注意学友的语音语调.Task 2 Read paragraphs 1&2 and try to find out the past simple passive voice.6.Learning to learn.Task 3.Read paragraph 4 and find out the two most important prizes that Liu Xiang has won.(Activity3)Task 4 Read the passage and check the answers.(Ⅱ阅读理解--2.教师点拨)教师引导学生找出课文中重点短语和句子。

Ⅲ.Consolidation（梳理巩固）Step 4。Words Master Ⅲ梳理巩固--1.师友互查 Task 1:单词记忆 ability race record method Japan break Asian suffer courage pride 友情提示：师友先读背单词，师傅再对学友提问

Ⅲ梳理巩固--1.师友互查 Task 2:重点短语 first place stop sb.(from)doing sth.take pride in suffer from Task 3:重点句子 1.First, he was invited to competitions around the world.2.Liu was encouraged at first to train for the high jump.3.In 2001, a special programme was set up to help young sportsmen and sportswomen.友情提示：师友先互助查找，再师傅检查学友 Ⅳ.Extension（拓展提高）做一做，看你学得怎么样

Step 5.Quiz I.根据提示完成句子。

1.Xu Wei was so excited because his horse came second in the __(比赛).2.His ______(记录)in the high jump is 1.80 metres.3.I realized he _____________(正经受)from shock.4.In Lily’s opinion, traditional teaching _______(方法)have many disadvantages.5.Almost everyone has some musical ______(能力).II.根据提示写句子。

1.那个鞋厂建于二战前。(set up)

2.贝蒂上高中时常胃疼。(suffer from)3.哈利得了一枚金牌，因此我们都为他感到自豪。(take pride in)4.朱丽叶，你为什么阻止他上楼？(stop sb from doing sth)

Step 6.Writing.Write a passage about Zhang Yining.Use the sentences you have written in Activity 6 to help you.Zhang Yining was noticed by Coach Wang Biling.She was asked by Wang Biling to go to Beijing Shichahai Sports School.A lot of Zhang Yining’s time was taken up by her training programme, but Zhang Yining was advised by her mother to study as well as train hard.师友先独立完成，师傅再帮助学友完善作文。Ⅴ.Summarize.（总结归纳）说一说，你这节课有哪些收获？ Ⅴ总结归纳--1.师友梳理本课重点词组和句型： 1.suffer… from 2.stop sb.(from)doing sth.3.take pride in 4.First, he was invited to competitions around the world.5.Liu was encouraged at first to train for the high jump.6.His races were recorded, and he was compared with the world’s best sports stars.（师傅要帮助学友完善笔记哦）Ⅴ总结归纳--2.教师总结 Reading strategies（阅读策略）Try to find the key words quickly.(快速寻找关键词)Step8.Homework

1.Try to search for more information about Liu Xiang and retell his story to your classmate.5

读写模块篇3

在RFID的设计中，基带信号的编解码模块扮演着重要的角色。由于单片机价格比较便宜，性价比较高，通常被用来做控制模块。本设计选择用C8051F120单片机来做系统的控制模块，其指令集与MCS-51完全兼容，具有标准8051的组织架构CIP-51采用流水线结构，70%的的指令执行时间为1或2个系统时钟周期，是标准8051指令执行速度的12倍;其峰值执行速度可达100MIPS(C8051F120等)，是目前世界上速度最快的8位单片机，其组成结构如图3所示。而且它有8K内存，能够满足本设计需要大量的数据存储需求。本文主要是在研究ISO-IEC_CD 18000-6C协议的基础上，对实现信号的编解码给出方法。

1 UHF RFID技术简介

RFID主要有三部分组成：标签，天线和读写器，如图1所示。其工作原理是利用电磁波为主要传输手段，读取标签数据或者改写标签数据。读写器把经过编码和调制后的数据通过天线发射出去，标签接收到射频信号，标签内的芯片就会对接收到的信号进行解调和解码，再根据接收到的信号做相应的处理，然后给读写器发送一个反馈的信号，读写器对标签的信号进行解调，解码后做相应的处理。RFID读写器的组成结构如图1所示，射频模块的主要功能是射频模块的主要功能是对发射信号进行调制和解调，并且产生高频发射能量，激活标签并为其提供能量。本设计用单片机来做控制系统，主要功能有信号的编解码，控制与标签的通信，与应用软件进行通信，执行应用软件发出的命令。本文主要是针对控制系统中的编解码模块进行阐述。

2 编解码模块

2.1 PIE编码模块

读写器给标签发送数据采用的是PIE编码，这种编码如图所示，Tari是读写器到标签的参考时间间隔。数据0用一个Tari表示，数据1的时间在1.5Tari到2个Tari之间，其中x的参考时间为0.5Tari到Tari之间。如图2所示。

通信中通常采用的Tari值有6.25us、12.5us和25us。本设计采用的是6.25us。编完码的数据要加上帧同步或者导引头，再利用单片机的定时器就可以把数据以方波的形式发送出去。

2.1.1 用单片机对数据进行编码

单片机对数据编码的主要思路是在内存中开辟一个静态字符数组SendBuff[200]，读写器发送的命令可以用一组二进制数表示，把这些命令也放在字符数组里。如Query命令存放在字符数组Query[20]中。具体的流程图如图8所示。

2.1.2 用单片机进行数据发送

发送信号主要是把SendBuff数组中的二进制数据转化成方波信号。用单片机中的IO口进行发送，设置一个定时器2定时7.5us，采用查询的方式对定时器2的TF位的进行查询，如果TF2位为1，说明7.5us到了，改变IO端口电平。

2.2 FM0解码模块

标签返回来的信号采用的是FM0编码，FM0编码采用一个高低电平组合来表示数据0，用一个单独的高电平或者低电平来表示数据1。它们的一个周期是一样的。如图3所示。

从标签反射回来的信号进过高频模块处理后，送入单片机引脚的是基带信号，其格式如图4所示，需要对这些信号接收，解码，判断数据是否正确，要解码这些数据，首先必须要知道什么时候是标签数据的开始，然后才好接收信号和对信号进行解码，可以利用引导头来达到我们的目的。根据ISO-IEC_CD 18000-6C协议，FM0的导引头有两种，由query命令里面的TRext字段来决定,本设计中TRext取为0,导引头如图5所示。

我们注意观察导引头，由一个v字符，其处于低电平的时间超过了一个数据周期的时间，这种现象在FM0编码的数据中是不存在的，利用这个特性我们可以很容易检测到帧头，也就很容易知道数据的开始位置了。

我们用单片机的定时器来记录信号高电平或者低电平的时间，并且放到RECEIVE[]数组中，如果信号一个周期的范围在[0x1A,0x30]，半个周期的范围在[0x07,0x1A]，那么v字符的范围在[0x30,0x3B]。我们从RECEIVE[]数组的第一个元素开始检测，先检测v字符，如果RECEIVE[i]数值在[0x30,0x3B]这个范围,我们就认为找到了v字符,从下面的第二个数组开始就是数据,因为紧接着的一个字符时导引头的结束标志。

本设计通过查询方式来查看IO端口的状态，同时用定时器T0来对这个电平长度来计时，并把计时结果放入无符号整型数组RECEIVE[i]中。设置定时器T1，给定时器设计一个时间长度，如果IO端口处在某个状态的时间超过了这个时间长度，就认为是无效数据，重新开始检测。其流程图如图9所示。

3 测试结果

用单片机发送用于测试的二进制数1001，经过PIE编码后，加上码头，在示波器上观察其输出波形，如图6所示，图中的波形为在示波器上观察到的波形，前面为PIE码的帧同步，后面为对1001的PIE编码后的波形，波形符合PIE的编码规则，此编码程序能够完成PIE编码。

为了测试FM0解码，这里用利用单片机的一个输出脚模拟发送FM0波形，用另一个引脚接收，模拟发送的波形如图7所示，单片机经过FM0解码后，在数组FM0中数据为110001，观察易知正是解码后的数据，说明解码模块能够完成解码。

4 结束语

使用C8051F120单片机进行编解码，因为它有着很好的性价比，由于该单片机的处理速度很快，所以用软件来实现信号编解码对这个读写器的性能没有太大的影响，能够满足超高频RFID读写器设计的需要。本设计给出的编解码方案经过测试，能够完成对基带信号的编解码。

参考文献

[1]童长飞.C8051系列单片机开发与C语言编程[M].北京:北京航空航天大学出版社,2005.

[2]游战清,李苏剑.无线射频识别技术(RFID)理论与应用[M].出版地:电子工业出版社,2005.

[3]谭海涛.915MHzRFID读写器的设计与实现[D].北京:北方工业大学,2009.

[4]潘琢.C8051F120系列微控制器数据手册[Z].

[5]阎赛.RFID标签识读软件系统的设计与实现[D].武汉:华中科技大学,2007.