CN201134107Y

CN201134107Y - 射频识别网络天线

Info

Publication number: CN201134107Y
Application number: CNU2007203004071U
Authority: CN
Inventors: 杨亚能; 熊建平; 王晓东; 阮新正
Original assignee: HUBEI MATERIAL CIRCULATING TECHNOLOGY INSTITUTE
Current assignee: HUBEI MATERIAL CIRCULATING TECHNOLOGY INSTITUTE
Priority date: 2007-12-22
Filing date: 2007-12-22
Publication date: 2008-10-15
Anticipated expiration: 2017-12-22

Abstract

一种射频识别网络天线，包括一个在标签和识读器间传递射频信号的射频天线TX；一个射频无线收发器N1；一个控制射频无线收发器N1向标签发射读取信号，并接收标签的应答，对标签的对象标识信息进行解码，将对象标识信息连带标签上其他相关信息通过网络传输到软识读器以供处理的网络微控制器N2；一个存储器N4、网络物理接口收发器N3、网络隔离变压器N5和网络接口N6。本实用新型解决了RFID技术在大面积、多方位、多天线、多标签密集识别的领域中存在的投资大、不能很好地多机协调运行，易发生数据碰撞等问题，具有投资小、能很好地多机协调运行、信息的传送更加迅速、准确、降低运转费用、结构简单、价格便宜等优点。

Description

射频识别网络天线

所属技术领域

本实用新型属于光电子信息技术，具体涉及一种在电子标签和识读器间传递射频信号的射频识别网络天线。

背景技术：

RFID(Radio Frequency Identification)射频识别技术是一种非接触式的自动识别技术，它通过无线射频方式进行非接触双向数据通信，对目标加以识别并获取相关数据，识别工作无须人工干预。作为条形码的无线版本，RFID技术具有条形码所不具备的防水、防磁、耐高温、使用寿命长、读取距离大、标签上数据可以加密、存储数据容量更大、存储信息更改自如等优点，已经被世界公认为本世纪十大重要技术之一，在生产、物流、公共交通、动物识别、危险品管理等各个行业有着广阔的应用前景。

RFID射频识别技术其基本原理是利用射频信号及其空间耦合、传输特性，实现对静止的或移动中的待识别物品的自动机器识别。一个最基本的RFID系统由电子标签、天线、识读器、计算机数据处理等部分组成。RFID标签可分为低频(LF)、高频(HF)、超高频(UHF)和微波等不同种类。目前国际上广泛采用的频段主要有4种：低频(125kHZ)、高频(13.54MHz)、超高频(860MHz～960MHZ)和微波(2.45GHz以上)。每一种频段都有它的特点，适用于不同的领域。

在多个识读器和多电子标签的射频识别系统中，存在着两种形式的冲突方式，一种是同一电子标签同时收到不同识读器发出的命令，另一种是一个识读器同时收到多个不同电子标签返回的数据。识读器必须采用一定的防冲突机制才能够顺利地完成在读写器作用范围内的标签识别、数据信息的读写操作。对于第一种冲突方式，目前一台识读器通常是配置1个天线，最多时配置4个天线，不能胜任在大面积多个对象识别等需要多个天线密集应用场合；对于第二种冲突方式，已经有很多的防碰撞机制能对其进行处理，如ALOHA法和二进制搜索算法等，但考虑到电子标签本身尺寸、能耗的限制，防碰撞机制在保障功能的同时还要求尽量简单易行，这在一定程度上限制了防碰撞机制的设计。

目前现有RFID识读器技术，是以单台为主的应用。由于识读器的射频线不能太长，所以一台识读器最多只能带4个天线，这是由于识读器自身的结构造成，如果要进行大面积识读就只能增加识读器的数量，多识读器和多电子标签的射频识别系统中，但存在着一些关键问题：首先是投资加大，应用面积越大，所需识读器增多，投资也就越大；二是不能很好地多机协调运行，发生数据碰撞是不可避免的；三是不便于更新升级，现今科技发展飞速，识读器的各种算法语言、加解密手段和防碰撞机制也在不断地更新换代，由于现有识读器的各个功能模块是以硬件形式存在的，识读器的更新升级需返回到生产厂家。

随着RFID电子标签成本的降低，中国RFID标准的统一，该项技术将逐步应用于我国的各行各业，尤其是我国现代化的物流仓库、配送中心和超市正处于大规模发展时期，市场需求将会逐年增加。

发明内容

为了克服现有技术的上述不足本实用新型提供一种应用于大面积、多方位、多天线、多读头和多电子标签的射频识别系统中，投资小、能很好地多机协调运行、信息的传送更加迅速、准确、降低运转费用、结构简单、价格便宜的射频识别网络天线。

本实用新型的技术方案包括：

一个在电子标签和识读器间传递射频信号的射频天线TX；

一个接收网络微控制器指令，向电子标签发射或读取信号，并将接收的电子标签信息传输到网络微控制器以供处理的射频无线收发器N1；

一个控制射频无线收发器N1向电子标签发射读取信号，并接收电子标签的应答，对电子标签的对象标识信息进行解码，将对象标识信息连带电子标签上其他相关信息通过网络传输到软识读器以供处理的网络微控制器N2；

一个用于存储RFID网络天线的所有控制程序和暂存数据的存储器N4，为网络微控制器N2的外置存储器；

一个通过MII数据接口与网络微控制器N2相连接的网络物理接口收发器N3；

一个起到信号传输、阻抗匹配、波形修复、杂波抑制以及高电压隔离等作用，保护网络物理接口收发器N3免遭电气失误引起的损坏的网络隔离变压器N5，网络隔离变压器N5是连接于网络物理接口收发器N3与网络接口N6之间的磁性组件；

一个完成网络连接功能的网络接口N6。

本实用新型从根本上改变了现有RFID系统架构，通过软识读器操作管理平台可配置更多的RFID网络天线读头，完成密集识读器协调运行的工作。

本实用新型与软识读器、网络设备及具有唯一电子编码的RFID无源电子标签相联合，组成一种新型RFID系统结构。工作过程：软识读器(PC机)通过网络向某一个(组)本实用新型发出读取数据的指令，对应的本实用新型接收到指令后即开启射频收发器、激活电子标签同时接收电子标签返回的射频信号，对收到的射频信号进行滤波、解调、整形、生成数据信号并传至软识读器(PC机)后关闭射频收发器，软识读器(PC机)对收到的数据进行运算处理后存入磁盘，形成数据库。

本实用新型扩大了RFID技术的使用范围和效果，使RFID技术网络化，为实现全球EPC“物联网”提供有力的技术支撑，只要有计算机网络的地方，挂一个网络天线，就可以对天线覆盖范围之内的电子标签进行采集，可以直接上网用网上的公共平台进行监控。如果将网络天线按一定的要求放置，它会覆盖一定的面积，网络天线的数量越多，覆盖的区域就越大，将来RFID技术的应用，就像今天的手机使用一样方便。

本实用新型使那些具有特殊用途RFID系统的运行更加可靠和方便，如：矿井下的矿工定位，网络天线不需要交流电源，甚至可以做成无线的，在井下会显得更安全更可靠。本实用新型可以广泛应用于物流仓库、零售业、汽车行业、制造业、公共安全、零售、资产管理、医疗、服装业、身份识别、防伪、交通、图书馆、军事等大面积、多标签识别的领域及应用于各行各业。

本实用新型的应用，可以突破物流领域中底层数据大面积自动采集的“瓶颈”难题，完成RFID技术在物流方面的实际意义上的应用，产生重大的经济效益。与现有技术相比还具有①缩短作业时间；②改善盘点作业质量；③增大配送中心的吞吐量；④降低运转费用；⑤实现可视化管理；⑥信息的传送更加迅速、准确等优点。

附图说明

下面结合附图提供的实施例对本实用新型作进一步详细的说明。

图1是本实用新型的结构框图。图2是射频无线收发器N1电路图。图3是射频无线收发器N1和网络微控制器N2的连接电路图。图4是存储器N4接线图。图5是网络微控制器N2和网络物理接口收发器N3的连接电路图。图6是网络接口电路图。

具体实施方式

图1中，本实用新型包括：一个在标签和识读器间传递射频信号的射频圆极化或线极化天线TX；

一个接收网络微控制器2(N1)指令，向标签发射或读取信号，并将接收的标签信息传输到网络微控制器2以供处理的射频无线收发器1(N1)；本实用新型射频无线收发器1为NRF905单片无线收发器，工作在433/868/915MHZ的ISM频段；由一个完全集成的频率调制器，一个带解调器的接收器，一个功率放大器，一个晶体震荡器和一个调节器组成；

一个控制射频无线收发器1向标签发射读取信号，并接收标签的应答，对标签的对象标识信息进行解码，将对象标识信息连带标签上其他相关信息通过网络传输到软识读器以供处理的网络微控制器2(N2)；本实用新型选用的N2是DS80C400，DS80C400是快速的与8051兼容的高度集成的网络微控制器，它的外围设备包括10/100bps的以太网MAC，3个串行端口，1个CAN2.B控制器，一个1-Wire控制器和64个I/O引脚，DS80C400比标准的8位微控制器提供了更多的资源，标准微控制器的很多外围电路DS80C400都把它集成到了一起；

一个用于存储RFID网络天线的所有控制程序和暂存数据的存储器4(N4)，为网络微控制器2的外置存储器；选用的是闪速存储器(AT29C512)；

一个通过MII数据接口与网络微控制器2相连接的网络物理接口收发器3(N3)，它实现物理层，IEEE-802.3标准定义了以太网PHY，它符合IEEE-802.3k中用于10BaseT(第14条)和100BaseTX(第24条和第25条)的规范，选用的是LXT972ALC，LXT972ALC是一个遵守快速以太网协议的接收发送芯片，LXT972ALC支持10/100MAC的标准的MII，根据7层网络通信模型，LXT972ALC是物理层设备，LXT972ALC完成了参考模型中以IEEE802.3标准定义的物理编码子层(PCS)，物理媒体附加子层(PMA)，和物理媒体独立子层(PMD)的功能，LXT972ALC执行IEEE802.3定义的标准10BASE-X的所有物理编码子层和物理附加子层的功能，它还能执行10BASE-TX连接的所有的媒体独立子层的所有功能；

一个起到信号传输、阻抗匹配、波形修复、杂波抑制以及高电压隔离等作用，保护网络物理接口收发器3免遭电气失误引起的损坏的网络隔离变压器5(N5)，网络隔离变压器5是联系以网络物理接口收发器3与终端网络接口6之间的磁性组件，选用的是20F001N。20F001N是双绞线驱动/接收器，内部有2个传输变压器：1个是用于发送的1∶2.5隔离变压器，1个是用于接收的1∶1隔离变压器；

一个完成网络连接功能的网络接口6(N6)。

图2中，射频无线收发器N1电路的核心芯片是NRF905。NRF905共32个管脚。图中C1～C7，L1～L3组成LC网络，以保证收发频率的稳定；X1、R2、C11、C12组成晶振源，为收发器提供标准中心频率；R1为nRF905提供模拟参考电流；C8、C9、C10为电源滤波电容。

图3中，N1是NRF905无线收发芯片，N2即DS80C400是快速的与8051兼容的高度集成的网络微控制器。N1与N2的连接有二组线路，一组有4条线用于数据通讯(SPI四线同步串行接口)；另一组有6条线用于N1、N2间的各种控制使能。N1 SPI接口的10脚(SPI输出)与N2的20脚P3.0口连接；11脚(SPI输入)与N2的21脚P3.1口连接；12脚(SPI时钟)与N2的22脚P3.2口连接；13脚(SPI输出)与N2的23脚P3.3口连接。N1的6条控制线连接：1脚(TRX_CE使能芯片发射或接收)与N2的89脚P1.0口连接；2脚(PWR_UP芯片上电)与N2的90脚P1.1口连接；3脚(uPCLK时钟输出)与N2的91脚P1.2口连接；6脚(CD载波检测)与N2的92脚P1.3口连接；7脚(AM地址匹配)与N2的93脚P1.4口连接；8脚(DR发射或接收数据完成)与N2的94脚P1.5口连接。

图4中，N2与外置存储器N4的连接分为地址总线、数据总线和控制总线。N2的P0端口的8个口作为数据总线分别与N4的D0～D7连接；N2的P7、P2、P6.0、P6.1端口共18个口作为地址总线分别与N4的A0～A17连接；N2的P6.2、P6.3、PSEN端口作为控制总线分别与N4的/CE、/WE、/OE端连接。

图5中，N2为快速的与8051兼容的高度集成的网络微控制器DS80C400；N3为一个遵守快速以太网协议的接收发送芯片LXT972ALC。N2与N3是通过MII数据接口相连接的。接口信号包括：数据发送线(TXD0～3)、数据接收线(RXD0～3)、开始发送(CRS)、发送冲突(COL)、可以发送(TX_EN)、发送失败(TX_ER)、接收到环帧(RX_ER)、接收到数据(RX_DV)、发送时钟(TXCLK)、接收时钟(RXCLK)、时钟管理(MDC)、I/O数据管理。连接如下：N2的1脚(CRS)与N3的63脚连接；N2的2脚(COL)与N3的62脚连接；N2的3脚(TXD3)与N3的60脚连接；N2的4脚(TXD2)与N3的59脚连接；N2的5脚(TXD1)与N3的58脚连接；N2的6脚(TXD0)与N3的57脚连接；N2的7脚(TX_EN)与N3的56脚连接；N2的8脚(TXCLK)与N3的55脚连接；N2的9脚(RX_ER)与N3的53脚连接；N2的10脚(RXCLK)与N3的52脚连接；N2的11脚(RX_DV)与N3的49脚连接；N2的14脚(RXD0)与N3的48脚连接；N2的15脚(RXD1)与N3的47脚连接；N2的16脚(RXD2)与N3的46脚连接；N2的17脚(RXD3)与N3的45脚连接；N2的18脚(MDC)与N3的43脚连接；N2的19脚(MDIO)与N3的42脚连接。

图6中，N3为网络物理接口收发器，N5为网络隔离变压器，N6为RJ45标准网络接口。L1、L2分别为网络连接和数据交换指示灯。N3的24脚(TPIN)通过电阻R6与N5的6脚连接；N3的23脚(TPIP)通过电阻R7与N5的4脚连接；N3的20脚(TPON)与N5的3脚连接；N3的19脚(TPOP)与N5的1脚连接；N3的38脚(LED1)与L2正极连接；N3的37脚(LED2)与L1正极连接。N5的7脚与N6的6脚(RX-)连接；N5的9脚与N6的3脚(RX+)连接；N5的10脚与N6的2脚(TX-)连接；N5的12脚与N6的1脚(TX+)连接。

Claims

1、一种射频识别网络天线，其特征在于：包括

一个在电子标签和识读器间传递射频信号的射频天线TX；

一个接收网络微控制器指令，向电子标签发射或读取信号，并将接收的电子标签信息传输到网络微控制器以供处理的射频无线收发器(1)；

一个控制射频无线收发器(1)向电子标签发射读取信号，并接收电子标签的应答，对电子标签的对象标识信息进行解码，将对象标识信息连带电子标签上其他相关信息通过网络传输到软识读器以供处理的网络微控制器(2)；

一个用于存储RFID网络天线的所有控制程序和暂存数据的存储器(4)，为网络微控制器(2)的外置存储器；

一个通过MII数据接口与网络微控制器(2)相连接的网络物理接口收发器(3)；

一个起到信号传输、阻抗匹配、波形修复、杂波抑制以及高电压隔离等作用，保护网络物理接口收发器(3)免遭电气失误引起的损坏的网络隔离变压器(5)，网络隔离变压器(5)是连接于网络物理接口收发器(3)与终端网络接口(6)之间的磁性组件；

一个完成网络连接功能的网络接口(6)。

2、根据权利要求1所述的射频识别网络天线，其特征在于：射频无线收发器(1)为NRF905单片无线收发器。

3、根据权利要求1所述的射频识别网络天线，其特征在于：网络微控制器(2)为DS80C400。