專(zhuān)利名稱：遠(yuǎn)距離射頻識(shí)別裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種非接觸式集成電路卡的讀寫(xiě)器，特別涉及一種集成電路卡的遠(yuǎn)距離射頻識(shí)別裝置。
非接觸式集成電路卡(Mifare邏輯加密卡)又稱射頻卡。射頻識(shí)別技術(shù)起源于80年代中期，與條碼技術(shù)、磁條技術(shù)相比，具有無(wú)接觸、工作距離較遠(yuǎn)(2-10cm)精度高、信息收集快捷及較好的應(yīng)用環(huán)境適應(yīng)性等一系列優(yōu)點(diǎn)，極大地加速了有關(guān)信息的收集和處理，在近幾年來(lái)獲得了極為迅速的發(fā)展。
如

圖1所示，非接觸式IC卡和讀寫(xiě)器均設(shè)置有發(fā)送和接收信號(hào)用的線圈(即天線)。由于IC卡內(nèi)無(wú)電源，所以IC卡工作所需要的能量都是線圈提供的。讀寫(xiě)器與IC卡之間的工作關(guān)系如下1、讀寫(xiě)器發(fā)射13.56MHZ激勵(lì)信號(hào)；2、IC卡進(jìn)入讀寫(xiě)器工作區(qū)內(nèi)被讀寫(xiě)器信號(hào)激勵(lì)；3、IC卡接收到激勵(lì)信號(hào)后，一方面將信號(hào)整形成為2V左右的工作直流電壓，供卡內(nèi)集成電路工作；另一方面卡內(nèi)電路對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行邏輯分析，判斷發(fā)自讀寫(xiě)器的命令；4、IC卡對(duì)讀寫(xiě)器的命令進(jìn)行處理后發(fā)射應(yīng)答信號(hào)給讀寫(xiě)器；5、讀寫(xiě)器接收IC卡的應(yīng)答信號(hào)非接觸式IC卡的工作流程如圖2和圖3所示。
由上述可知，IC卡內(nèi)無(wú)電源，IC卡工作所需要的能量全部由卡內(nèi)天線線圈獲得的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)提供，IC卡的結(jié)構(gòu)尺寸決定了取得的能量是有限的。IC卡與讀寫(xiě)器工作在一個(gè)頻率，是半雙工通信方式。通信時(shí)間長(zhǎng)，易受干擾。IC卡與讀寫(xiě)器的通信方式是采取應(yīng)答模式工作的，讀寫(xiě)器對(duì)卡的操作是靠發(fā)送有間隙的射頻場(chǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。要激活卡的調(diào)制，必須不斷發(fā)送有間隙的射頻場(chǎng)直到接收到卡發(fā)送的數(shù)據(jù)。所以卡進(jìn)入射頻場(chǎng)就減少了卡內(nèi)電源的供給，只有靠縮短距離加強(qiáng)電磁耦合來(lái)補(bǔ)償。
因此，非接觸式IC卡的工作機(jī)理決定了它的識(shí)別距離最大只能是10cm左右，基于以上原因非接觸式IC卡射頻識(shí)別系統(tǒng)只能在近距離環(huán)境下工作。這樣在一些環(huán)境中的應(yīng)用受到了限制，尤其是對(duì)移動(dòng)目標(biāo)的識(shí)別簡(jiǎn)直是不可能的。
本實(shí)用新型的目的是提供一種識(shí)別距離可達(dá)10米、并在2-10米內(nèi)可調(diào)的遠(yuǎn)距離射頻識(shí)別裝置。
為了達(dá)到上述的目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下一種遠(yuǎn)距離射頻識(shí)別裝置，包括分隔開(kāi)來(lái)的接收支路和發(fā)射支路、接收天線和發(fā)射天線；接收支路與接收天線連接，發(fā)射支路與發(fā)射天線連接；接收支路、發(fā)射支路分別與主控計(jì)算機(jī)連接。
在本實(shí)用新型的優(yōu)選方案中，所述的射頻識(shí)別裝置包括接收天線、發(fā)射天線、天線連接器、讀卡器、主控計(jì)算機(jī)和控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)；天線連接器包括接收器、耦和放大器、調(diào)節(jié)器；讀卡器包括調(diào)制器、信號(hào)發(fā)生器、編碼器、接收機(jī)、解調(diào)器、解碼器；接收天線、接收器、接收機(jī)、解調(diào)器、解碼器依次串接構(gòu)成接收支路；發(fā)射天線、耦和放大器、調(diào)節(jié)器、調(diào)制器依次串接，調(diào)制器再分別與信號(hào)發(fā)生器、編碼器連接，構(gòu)成發(fā)射支路；接收支路通過(guò)解碼器與主控計(jì)算機(jī)連接，發(fā)射支路通過(guò)編碼器與主控計(jì)算機(jī)連接。
由于采用上述的結(jié)構(gòu)，識(shí)別作用距離可達(dá)10米，并且控制范圍可以在2-10米內(nèi)靈活調(diào)整。具有多目標(biāo)識(shí)別能力，同時(shí)可識(shí)別六個(gè)目標(biāo)。信號(hào)穿透能力強(qiáng)可以穿透墻壁、路面、衣物、人等。數(shù)據(jù)交換速度高數(shù)據(jù)傳輸速度可達(dá)1Kbps?？垢蓴_能力強(qiáng)，性能穩(wěn)定，工作可靠。安裝、調(diào)試方便。
圖1為非接觸式IC卡與讀寫(xiě)器的通信原理圖；圖2為非接觸式IC卡的工作流程圖；圖3為讀寫(xiě)器初始化和防沖突流程圖；圖4為本實(shí)用新型的構(gòu)成示意圖；圖5為本實(shí)用新型的原理框圖；圖6至圖10為本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式的電路以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明如圖4至圖5所示，一種遠(yuǎn)距離射頻識(shí)別裝置，包括接收天線、發(fā)射天線、天線連接器、讀卡器、主控計(jì)算機(jī)和控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
發(fā)射天線發(fā)射無(wú)線電信號(hào)用以激活目標(biāo)識(shí)別卡(射頻卡)。
接收天線接收目標(biāo)識(shí)別卡(射頻卡)發(fā)出的無(wú)線電信號(hào)。
天線連接器包括接收器、耦和放大器和調(diào)節(jié)器。天線連接器是連接天線與讀卡器之間必不可少的設(shè)備，它完成信號(hào)的傳遞和發(fā)射天線控制區(qū)域的調(diào)整。
讀卡器包括調(diào)制器、信號(hào)發(fā)生器、編碼器、接收機(jī)、解調(diào)器、解碼器。一方面產(chǎn)生無(wú)線電信號(hào)，經(jīng)調(diào)制后送往發(fā)射天線發(fā)射出去，用來(lái)激活通過(guò)該區(qū)域的射頻卡。另一方面，把接收天線接收的來(lái)自射頻卡的無(wú)線電信號(hào)經(jīng)放大、解調(diào)、解碼后變成數(shù)字信號(hào)送往主控計(jì)算機(jī)。
主控計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)處理讀卡器接收的數(shù)據(jù)信號(hào)。主控計(jì)算機(jī)對(duì)讀卡器接收的數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)過(guò)邏輯判斷后，向執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)備發(fā)出控制指令，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作。
執(zhí)行機(jī)構(gòu)準(zhǔn)確無(wú)誤的完成主控計(jì)算機(jī)發(fā)來(lái)的各種動(dòng)作指令，達(dá)到設(shè)計(jì)目的。執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以是自動(dòng)門(mén)、道閘、顯示牌、警號(hào)、信號(hào)燈、攝像機(jī)等其他自動(dòng)設(shè)備。
接收天線、接收器、接收機(jī)、解調(diào)器、解碼器依次串接構(gòu)成接收支路；發(fā)射天線、耦和放大器、調(diào)節(jié)器、調(diào)制器依次串接，調(diào)制器再分別與信號(hào)發(fā)生器、編碼器連接，構(gòu)成發(fā)射支路；接收支路通過(guò)解碼器與主控計(jì)算機(jī)連接，發(fā)射支路通過(guò)編碼器與主控計(jì)算機(jī)連接。
讀卡器將加密數(shù)據(jù)載波信號(hào)經(jīng)發(fā)射天線向外發(fā)送；射頻卡(即IC卡)進(jìn)入發(fā)射天線工作區(qū)域后，由卡內(nèi)天線和電容組成的諧振回路接收發(fā)射天線發(fā)射的載波信號(hào)，射頻接口模塊將此信號(hào)轉(zhuǎn)變成電源啟動(dòng)信號(hào)、復(fù)位信號(hào)及系列時(shí)鐘，使芯片激活。存取控制模塊將存儲(chǔ)器中的信息代碼調(diào)制到載波上，經(jīng)卡上天線發(fā)射出去。接收天線接收到射頻卡發(fā)來(lái)的載波信號(hào)，經(jīng)天線連接器傳送給讀卡器；讀卡器對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)、解碼后送至后臺(tái)主控計(jì)算機(jī)；主控計(jì)算機(jī)根據(jù)卡號(hào)的合法性，針對(duì)不同的應(yīng)用做出相應(yīng)的處理和控制，發(fā)出指令信號(hào)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。根據(jù)特定的使用項(xiàng)目可以設(shè)計(jì)不同的軟件來(lái)完成要達(dá)到的功能。
遠(yuǎn)距離射頻識(shí)別裝置的激活電磁場(chǎng)是讀卡器的發(fā)射部件，通過(guò)發(fā)射天線發(fā)射出132KHZ的經(jīng)加密的數(shù)碼電磁波提供的。射頻卡進(jìn)入發(fā)射天線工作區(qū)，被激活的射頻卡發(fā)射的315MHZ的載波信號(hào)將自有的卡號(hào)發(fā)射出去，接收天線將接收到的315MHZ的電磁波送往讀卡器的接收部分?？梢?jiàn)本裝置的發(fā)送與接收是兩個(gè)頻點(diǎn)，兩套獨(dú)立的電路。信號(hào)通信是全雙工通迅，互不影響，提高了傳輸效率。被激活的射頻卡只發(fā)射自身的卡號(hào)，不需要復(fù)雜的讀寫(xiě)、反復(fù)校驗(yàn)等繁瑣程序。絕大多數(shù)工作是交給后臺(tái)電腦來(lái)完成的，通信操作簡(jiǎn)單。載波頻率窄，傳輸數(shù)據(jù)量小，反復(fù)瞬時(shí)通信抗干擾能力強(qiáng)。
本裝置識(shí)別的距離可達(dá)到10米，遠(yuǎn)距離的識(shí)別即可實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)目標(biāo)的識(shí)別，這樣就極大的拓寬了應(yīng)用領(lǐng)域。
圖6所示的為讀卡器的信號(hào)接收電路，圖7所示的為讀卡器信號(hào)發(fā)射電路，圖8所示的讀卡器的控制電路，圖9所示的為天線連接器的電路，圖10所示的為電源電路。
如圖6至圖10所示，發(fā)射信號(hào)的流程如下在圖8所示的讀卡器控制電路中，晶體振蕩器OSC產(chǎn)生4.224MHZ正弦波信號(hào)經(jīng)芯片D1:D、D1:F(芯片型號(hào)均為74LS04)整形后送至芯片D2:A(芯片型號(hào)為74LS393)的P1腳；
由主控計(jì)算機(jī)發(fā)來(lái)的讀卡器編碼經(jīng)中央處理器D4(芯片型號(hào)為80C196)的P28腳送至芯片D2:A的P2腳；芯片D2:A將其P1、P2腳送來(lái)的信號(hào)經(jīng)分頻、調(diào)制處理后，由讀卡器編碼調(diào)制的132KHZ載波信號(hào)從芯片D2:B(芯片型號(hào)為74LS393)的P11腳輸出；調(diào)制過(guò)的132KHZ載波信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)器D3:E、D3:D(型片芯號(hào)為7406)送往圖7所示的信號(hào)發(fā)射電路；在圖7所示的讀卡器的信號(hào)發(fā)射電路中，132KHZ載波信號(hào)經(jīng)芯片N1(芯片型號(hào)為IRF640)整形成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)正弦波，通過(guò)變壓器T1的線圈5、6送到圖9所示的天線連接器的電路中的接口TX-COM4；在圖9所示的天線連接器的電路中，信號(hào)由接口TX-COM4經(jīng)耦合器T2和一組電容送至接口TX-COM3；接口TX-COM3連接發(fā)射天線，即環(huán)行天線發(fā)射出經(jīng)讀卡器編碼調(diào)制的準(zhǔn)正弦波，用以激勵(lì)射頻卡。
接收信號(hào)的流程如下射頻卡進(jìn)入發(fā)射天線作用場(chǎng)后被132KHZ載波信號(hào)激活，射頻卡發(fā)射出被卡號(hào)調(diào)制的315MHZ高頻載波信號(hào)；315MHZ高載波信號(hào)被接收天線接收后送到圖9所示的天線連接器電路中接口RX-COM2，再由接口RX-COM1送到圖6所示的讀卡器的信號(hào)接收電路中的接收機(jī)N1(芯片型號(hào)RX5001)；信號(hào)經(jīng)接收機(jī)N1檢波、解調(diào)處理后還原成一串方波編碼信號(hào)，經(jīng)接口芯片J1腳15、16送往圖8所示的讀卡器控制電路中的中央處理器D4；
中央處理器D4解釋出卡號(hào)、讀卡器號(hào)、區(qū)域號(hào)并變成二進(jìn)制編碼，經(jīng)串行口輸出電平轉(zhuǎn)換組件轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的RS-232信號(hào)，輸出到主控計(jì)算機(jī)；主控計(jì)算機(jī)對(duì)卡號(hào)進(jìn)行邏輯判斷，根據(jù)預(yù)置的功能性質(zhì)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。
權(quán)利要求1.一種遠(yuǎn)距離射頻識(shí)別裝置，其特征在于包括分隔開(kāi)來(lái)的接收支路和發(fā)射支路、接收天線和發(fā)射天線；接收支路與接收天線連接，發(fā)射支路與發(fā)射天線連接；接收支路、發(fā)射支路分別與主控計(jì)算機(jī)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的遠(yuǎn)距離射頻識(shí)別裝置，其特征是所述的射頻識(shí)別裝置包括接收天線、發(fā)射天線、天線連接器、讀卡器、主控計(jì)算機(jī)和控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)；天線連接器包括接收器、耦和放大器、調(diào)節(jié)器；讀卡器包括調(diào)制器、信號(hào)發(fā)生器、編碼器、接收機(jī)、解調(diào)器、解碼器；接收天線、接收器、接收機(jī)、解調(diào)器、解碼器依次串接構(gòu)成接收支路；發(fā)射天線、耦和放大器、調(diào)節(jié)器、調(diào)制器依次串接，調(diào)制器再分別與信號(hào)發(fā)生器、編碼器連接，構(gòu)成發(fā)射支路；接收支路通過(guò)解碼器與主控計(jì)算機(jī)連接，發(fā)射支路通過(guò)編碼器與主控計(jì)算機(jī)連接。
專(zhuān)利摘要一種遠(yuǎn)距離射頻識(shí)別裝置,包括分隔開(kāi)來(lái)的接收支路和發(fā)射支路、接收天線和發(fā)射天線；接收支路與接收天線連接,發(fā)射支路與發(fā)射天線連接；接收支路、發(fā)射支路分別與主控計(jì)算機(jī)連接。識(shí)別作用距離可達(dá)10米,并且控制范圍可以在2—10米內(nèi)靈活調(diào)整。具有多目標(biāo)識(shí)別能力,同時(shí)可識(shí)別六個(gè)目標(biāo)。信號(hào)穿透能力強(qiáng)可以穿透墻壁、路面、衣物、人等。數(shù)據(jù)交換速度高數(shù)據(jù)傳輸速度可達(dá)1Kbps?？垢蓴_能力強(qiáng),性能穩(wěn)定,工作可靠。安裝、調(diào)試方便。
文檔編號(hào)G06K9/00GK2454823SQ0120788
公開(kāi)日2001年10月17日 申請(qǐng)日期2001年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月26日
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