專利名稱：固定式讀寫器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種射頻識(shí)別設(shè)備，特別是一種射頻識(shí)別設(shè)備的讀寫設(shè)備。
背景技術(shù)：
在射頻識(shí)別系統(tǒng)中，現(xiàn)有技術(shù)的讀寫器采用分離的FPGA進(jìn)行編解碼，由單片機(jī)控制外部設(shè)備的通信，頻率合成器產(chǎn)生本振頻率，調(diào)制器調(diào)制，放大器進(jìn)行功率放大，解調(diào)電 路對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行解調(diào)后差分放大。這種結(jié)構(gòu)不僅電路復(fù)雜、體積大、成本高，而且影響了 電路的可靠性和一致性，給讀寫器生產(chǎn)和調(diào)試都帶來(lái)了很大困難。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種固定式讀寫器，要解決的技術(shù)問(wèn)題是提高讀寫器電 路的可靠性和一致性，減小讀寫器的體積。本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案一種固定式讀寫器，所述固定式讀寫器由功能單 元電路和控制單元電路合成在一塊單板上構(gòu)成，控制單元電路和功能單元電路由SSP接口 連接；所述控制單元電路設(shè)有單片機(jī)，單片機(jī)分別連接有晶振電路、指示燈接口電路、背板 接口、輸入/輸出接口電路、RS-232驅(qū)動(dòng)電路、以太網(wǎng)物理層電路、USB的靜電釋放保護(hù)電 路；所述功能單元電路采用射頻識(shí)別集成芯片，射頻識(shí)別集成芯片分別連接有溫度補(bǔ)償晶 振電路、環(huán)路濾波器電路、密集型讀寫器濾波器電路、外部功率放大電路、耦合器電路，外部 功率放大電路經(jīng)耦合器電路、微波開關(guān)電路接天線端口。本實(shí)用新型的輸入/輸出接口電路連接輸入/輸出接口，RS-232驅(qū)動(dòng)電路連接外 部RS-232接口，以太網(wǎng)物理層電路連接以太網(wǎng)接口，USB的保護(hù)電路連接USB接口。本實(shí)用新型的單片機(jī)采用AT91SAM7X256作為主處理器，該處理器內(nèi)嵌RAM和 FLASH。本實(shí)用新型的射頻識(shí)別集成芯片采用R1000。本實(shí)用新型的溫補(bǔ)晶振電路采用TXC7P24000018，其3腳經(jīng)通過(guò)隔直電容接R1000 的42腳。本實(shí)用新型的R1000的6腳、7腳、2腳、3腳、18腳、19腳分別接三個(gè)巴倫芯片構(gòu)成 的平衡轉(zhuǎn)不平衡器件，巴倫芯片采用HHM1522E1。本實(shí)用新型的外部功率放大電路采用功率放大模塊PF01411A，1腳與巴倫芯片第 1腳經(jīng)隔直電容相接，4腳經(jīng)另一隔直電容接低通濾波器電路。本實(shí)用新型的環(huán)路濾波器電路由低通濾波器模塊LFCN1000構(gòu)成，1腳接隔直電 容，3腳接收發(fā)分離電路，收發(fā)分離電路采用耦合器XC0900A-20，1腳接低通濾波電路輸出， 由單刀四擲開關(guān)MASW-008566構(gòu)成微波開關(guān)電路，16腳接收發(fā)分離電路。本實(shí)用新型的太網(wǎng)物理層電路采用芯片LAN8700I，天線端口采用譯碼器 74HCT259，指示燈狀態(tài)顯示電路采用譯碼器74HCT259本實(shí)用新型的時(shí)鐘電路采用實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS1307，1腳和4腳接晶振，復(fù)位電路采用2. 63V電源管理芯片MAX706TCSA。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，用一個(gè)單芯片實(shí)現(xiàn)了解碼、編碼、成形濾波、協(xié)議處 理、載波的產(chǎn)生、調(diào)制、解調(diào)、混頻、接收放大，收發(fā)分離電路采用耦合器實(shí)現(xiàn)，與現(xiàn)有的用六 端口或者環(huán)形器相比，大大減小了尺寸，單片機(jī)控制集成芯片的時(shí)序以及和外部電路通信 的接口，該讀寫器不僅能滿足支持IS018000-6C標(biāo)準(zhǔn)的一切功能，而且能大大減小讀寫器 體積。

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的電路框圖。圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的微波射頻電路原理圖。圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例的密集型濾波器原理圖。圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例控制電路主控芯片電路原理圖。圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例以太網(wǎng)物理層電路原理圖。圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例天線端口選擇和指示燈狀態(tài)顯示電路原理圖。圖7是本實(shí)用新型實(shí)施例主控芯片的時(shí)鐘和復(fù)位電路。圖8是本實(shí)用新型實(shí)施例向上位機(jī)提供的對(duì)外接口電路。圖9是本實(shí)用新型實(shí)施例向上位機(jī)提供擴(kuò)展外部I/O接口電路。
具體實(shí)施方式
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)說(shuō)明。如圖1所示，本實(shí)用新 型的固定式讀寫器由功能單元電路和控制單元電路合成在一塊單板上構(gòu)成，控制單元電路 和功能單元電路由SSP接口連接，用于實(shí)現(xiàn)兩單元電路間的數(shù)據(jù)通訊。功能單元電路用于 完成調(diào)制及發(fā)射載波信號(hào)、接收及解調(diào)標(biāo)簽回波信號(hào)，標(biāo)簽數(shù)據(jù)的編解碼及協(xié)議實(shí)現(xiàn)。控 制單元電路為讀寫器的控制部分，控制單元電路配置了用于同上位機(jī)通訊的以太網(wǎng)接口， RS-232接口，USB接口，用于狀態(tài)指示的LED指示接口，實(shí)時(shí)時(shí)鐘單元?？刂茊卧娐吩O(shè)有單片機(jī)，單片機(jī)分別連接有晶振電路、指示燈接口電路、背板接 口、輸入/輸出I/O接口電路、RS-232驅(qū)動(dòng)電路、以太網(wǎng)物理層PHY電路、USB的靜電釋放 ESD保護(hù)電路。I/O接口電路連接I/O接口，RS-232驅(qū)動(dòng)電路連接外部RS-232接口，以太網(wǎng) 物理層PHY電路連接以太網(wǎng)接口，USB的ESD保護(hù)電路連接USB接口。單片機(jī)與上位機(jī)的 通信通過(guò)RS-232接口，以太網(wǎng)接口，USB接口實(shí)現(xiàn)。如圖4所示，單片機(jī)采用AT91SAM7X256 作為主處理器，該處理器內(nèi)嵌RAM和FLASH。功能單元電路采用RFID集成芯片R1000，RFID集成芯片分別連接有溫度補(bǔ)償晶振 電路、環(huán)路濾波器電路、密集型讀寫器濾波器電路、外部功率放大電路、耦合器電路。外部功 率放大電路經(jīng)耦合器電路、微波開關(guān)電路接天線端口。功能單元電路各個(gè)電路如圖2所示，(I)RlOOO U37集成了信號(hào)發(fā)射后接收的主 要電路，包括編解碼、調(diào)制解調(diào)、接收、發(fā)射和協(xié)議處理功能。(2)溫補(bǔ)晶振電路采用U38，由 U38的3腳輸出通過(guò)隔直電容C154接R1000的42腳，為R1000提供參考信號(hào)。(3)三個(gè)巴 倫芯片U35、U36、U47 HHM1522E1構(gòu)成的平衡轉(zhuǎn)不平衡器件，他們各自的差分腳3腳、4腳分 別接R1000的差分腳6腳、7腳、2腳、3腳、18腳、19腳出來(lái)的差分信號(hào)，U35、U36、U47的一腳為單端輸出腳，U35、U36實(shí)現(xiàn)將外部不平衡信號(hào)轉(zhuǎn)化為能給RlOOO處理的差分信號(hào)，U47 實(shí)現(xiàn)將R1000輸出的差分信號(hào)轉(zhuǎn)化為給外部電路處理的單端信號(hào)，實(shí)現(xiàn)射頻差分信號(hào)轉(zhuǎn)射 頻單端信號(hào)，用于R1000外部的單端射頻信號(hào)和R1000內(nèi)部處理的差分射頻信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 (4)外部功率放大電路采用功率放大模塊U46PF01411A，其中1腳為射頻輸入，與平衡轉(zhuǎn)不 平衡轉(zhuǎn)換器U47第1腳單端輸出端經(jīng)隔直電容C172相接，4腳為射頻輸出，經(jīng)C114隔直電 容后接低通濾波器電路。(5)低通濾波器模塊U104 LFCN1000構(gòu)成環(huán)路濾波器電路，其中 1腳為射頻輸入，接隔直電容C114，3腳為射頻輸出，接收發(fā)分離電路。(6)偶合器電路采 用20dB耦合器U32 XC0900A-20構(gòu)成收發(fā)分離電路，1腳為發(fā)射輸入端，接低通濾波電路輸 出，2腳為發(fā)射輸出，經(jīng)隔直電容后接端口選擇電路，3腳對(duì)從天線接收回來(lái)到2腳的信號(hào)進(jìn) 行耦合，作為R1000的接收輸入。(7)單刀四擲開關(guān)U31 MASW-008566構(gòu)成微波開關(guān)電路， 16腳是單刀四擲開關(guān)的公共輸入輸出腳，通過(guò)隔制直電容C85接收發(fā)分離電路U32，U31的 1、6、7、14腳是端口控制腳，U31的2、4、9、12腳是各個(gè)端口輸出腳，分別通過(guò)隔直電容C79、 C81、C83、C84后接各天線端口，在天線控制信號(hào)控制下，實(shí)現(xiàn)多天線結(jié)構(gòu)。(8)如圖3所示， 由電感、電容串并聯(lián)構(gòu)成的密集型讀寫器濾波電路，用于實(shí)現(xiàn)支持密集型讀寫器。如圖5所示，以太網(wǎng)物理層電路采用芯片U8 LAN8700I。如圖6所示，天線端口選擇采用8位可尋址鎖存器U25 74HCT259，指示燈狀態(tài)顯示 電路同樣采用8位可尋址鎖存器U22 74HCT259。如圖7所示，時(shí)鐘電路采用串行時(shí)鐘芯片U19 DS1307,1腳和4腳接晶振。復(fù)位電 路采用電源管理芯片U27 MAX706TCSA。如圖8所示，來(lái)自U8的PIN28，PIN29, PIN31, PIN32的以太網(wǎng)接口的差分信號(hào)對(duì) 上使用4個(gè)49. 9歐姆、精度為1 %的電阻R52，R53，R54，R55，作為差分信號(hào)的匹配電阻，連 接到以太網(wǎng)接口。RS-232接口采用電平轉(zhuǎn)換芯片U2ADM3202。來(lái)自Ul AT91SAM7X256的 USB接口信號(hào)的USB_DP通過(guò)一個(gè)1. 5k歐姆的電阻R87連接到3. 3V，最終輸出到USB通信 接口。讀寫器通過(guò)以太網(wǎng)接口、RS232接口和USB接口與上位機(jī)進(jìn)行通信及軟件升級(jí)功能。 AT91SAM7X256主控芯片內(nèi)置兩個(gè)通用異步接收/發(fā)送裝置UART，通過(guò)外加的電平轉(zhuǎn)換芯片 ADM3202組成RS-232串口。AT91SAM7X256內(nèi)部集成了一個(gè)以太網(wǎng)MAC層接口，外接以太網(wǎng) 物理層芯片LAN87001，組成一個(gè)以太網(wǎng)接口以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信。AT91SAM7X256內(nèi)部集成了一 個(gè)USB控制器，作為USB從設(shè)備與USB主設(shè)備通信。為使讀寫器在2次開發(fā)中擴(kuò)展應(yīng)用，讀 寫器提供了 2根控制輸入線和4根控制輸出線，用戶可以通過(guò)這些控制線控制讀寫器工作 和控制外設(shè)。如圖9所示，I/O接口電路主要由光藕IC PTl, PT2 TLP521-4組成。兩路外部輸 入信號(hào)由經(jīng)光耦PTl隔離后輸入給處理器Ul AT91SAM7X256的I0_IN1，I0_IN2腳。兩路控 制線輸出I0_0UT1，I0_0UT2, I0_0UT3, I0_0UT4經(jīng)光耦隔離后再用晶體管電路來(lái)擴(kuò)展驅(qū)動(dòng) 能力。結(jié)構(gòu)中擴(kuò)展了一個(gè)擴(kuò)展接口 J2，該接口包括VCC、GND和六根IO線以及一根復(fù)位信號(hào) 線，用于以后的擴(kuò)展應(yīng)用。對(duì)輸入信號(hào)線，分別加了 IK電阻做過(guò)流保護(hù)，在輸出信號(hào)線上， 光耦輸出則用三極管3904增加驅(qū)動(dòng)，使輸出在使用中不需要增加外設(shè)直接驅(qū)動(dòng)外部器件。本實(shí)用新型的固定式讀寫器工作過(guò)程R1000是主功能實(shí)現(xiàn)電路單元，在向電子標(biāo)簽發(fā)射微波信號(hào)的時(shí)候，控制單元核心 芯片Ul通過(guò)SSP接口對(duì)R1000進(jìn)行控制，R1000芯片內(nèi)部完成編碼、編碼信號(hào)脈沖成形、經(jīng)過(guò)對(duì)RlOOO內(nèi)部頻率合成器產(chǎn)生的載波進(jìn)行調(diào)制后，通過(guò)17、18腳引出，與外接的平衡轉(zhuǎn)不平衡器件U47 HHM1522E1將發(fā)射的差分信號(hào)轉(zhuǎn)為單端信號(hào)后輸出，輸出OdBm左右功率， 經(jīng)功率放大器U46 PF01411A放大到31dBm左右，經(jīng)低通濾波器U104 LFCN-1000對(duì)諧波進(jìn) 行濾除后，進(jìn)入收發(fā)隔離器件U32，發(fā)射耦合端U32第4腳通過(guò)耦合一部分能量作為接收本 振，為讓讀寫器適應(yīng)不同工作場(chǎng)合、擴(kuò)大讀寫空間及讀寫器實(shí)現(xiàn)多天線讀卡，在輸入輸出端 增加單刀四擲開關(guān)U31 MASW-008566選擇讀卡天線端口，發(fā)射直通端U32第2腳通過(guò)接單 刀四擲開關(guān)選擇端口后，后經(jīng)天線輻射出去。在發(fā)射信號(hào)激活外部標(biāo)簽后，天線接收到外部標(biāo)簽返回的信號(hào)，經(jīng)單刀四擲開關(guān) U31進(jìn)行天線端口選擇后，通過(guò)U32耦合器將接收信號(hào)耦合到U32第三腳，送入不平衡轉(zhuǎn)平 衡器器件U36 HHM1522E1，將接收到的單端信號(hào)轉(zhuǎn)為差分信號(hào)送入R1000的3腳和4腳， 通過(guò)R1000內(nèi)部的低噪聲放大后進(jìn)行混頻后，通過(guò)密集型濾波器進(jìn)行濾波后解調(diào)，再通過(guò) R1000內(nèi)部解碼將讀出的標(biāo)簽信號(hào)信息通過(guò)SSP接口傳給控制中央處理器U1，U1由通信接 口傳給上位機(jī)，與控制計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行信息傳遞。主控芯片Ul AT91SAM7X256是整個(gè)讀寫器控制單元的核心，它通過(guò)SSP接口對(duì)功 能核心芯片R1000內(nèi)部寄存器進(jìn)行配置，實(shí)現(xiàn)符合EPC協(xié)議的所有操作。AT91SAM7X256內(nèi) 置2個(gè)同步/異步串行USART收發(fā)器，其中USARTl可以作為支持全功能的調(diào)制解調(diào)接口。 AT91SAM7X256和其外圍電路完成運(yùn)行嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)的功能，提供所需的硬件系統(tǒng)資源并 向射頻單元和上位機(jī)提供各種接口。在工作時(shí)，為清楚了解讀寫器工作狀態(tài)，控制單元通過(guò)2片74HCT259來(lái)對(duì)射頻天 線選擇和實(shí)現(xiàn)天線的狀態(tài)指示。通過(guò)其地址線AO A2可以分別選擇8個(gè)通道，LE為其鎖 存管腳，MR為高，LE的上升沿鎖存數(shù)據(jù)。MR為低且LE為低時(shí)，為地址譯碼器。本實(shí)用新型固定式讀寫器采用RFID集成電路芯片R1000來(lái)完成編碼、編碼的 數(shù)模轉(zhuǎn)換及成形濾波、載波的產(chǎn)生、調(diào)制、解調(diào)、混頻及模數(shù)轉(zhuǎn)換、解碼功能，電路簡(jiǎn)潔，體 積小，成本低；采用功能強(qiáng)大的主控芯片AT91SAM7X256，對(duì)外接口豐富?？蓱?yīng)用于滿足 IS018000-6C協(xié)議的電子標(biāo)簽的讀寫，讀寫速率高，支持密集型環(huán)境下工作，讀寫距離大于 6米，天線增益6dBi。
權(quán)利要求一種固定式讀寫器，其特征在于所述固定式讀寫器由功能單元電路和控制單元電路合成在一塊單板上構(gòu)成，控制單元電路和功能單元電路由SSP接口連接；所述控制單元電路設(shè)有單片機(jī)，單片機(jī)分別連接有晶振電路、指示燈接口電路、背板接口、輸入/輸出接口電路、RS-232驅(qū)動(dòng)電路、以太網(wǎng)物理層(PHY)電路、USB的靜電釋放(ESD)保護(hù)電路；所述功能單元電路采用射頻識(shí)別集成芯片，射頻識(shí)別集成芯片分別連接有溫度補(bǔ)償晶振電路、環(huán)路濾波器電路、密集型讀寫器濾波器電路、外部功率放大電路、耦合器電路，外部功率放大電路經(jīng)耦合器電路、微波開關(guān)電路接天線端口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固定式讀寫器，其特征在于所述輸入/輸出接口電路連接 輸入/輸出接口，RS-232驅(qū)動(dòng)電路連接外部RS-232接口，以太網(wǎng)物理層(PHY)電路連接以 太網(wǎng)接口，USB的(ESD)保護(hù)電路連接USB接口。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的固定式讀寫器，其特征在于所述單片機(jī)采用AT91SAM7X256 作為主處理器，該處理器內(nèi)嵌RAM和FLASH。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的固定式讀寫器，其特征在于所述射頻識(shí)別集成芯片采用 RlOOOo
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的固定式讀寫器，其特征在于所述溫補(bǔ)晶振電路采用 TXC7P24000018(U38)，其3腳經(jīng)通過(guò)隔直電容(C154)接RlOOO的42腳。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的固定式讀寫器，其特征在于所述RlOOO的6腳、7腳、2腳、 3腳、18腳、19腳分別接三個(gè)巴倫芯片(U35、U36、U47)構(gòu)成的平衡轉(zhuǎn)不平衡器件，巴倫芯片 (U35、U36、U47)采用 HHM1522E1。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的固定式讀寫器，其特征在于所述外部功率放大電路采用功 率放大模塊(U46)PF01411A，1腳與巴倫芯片(U47)第1腳經(jīng)隔直電容(C172)相接，4腳經(jīng) 另一隔直電容(C114)接低通濾波器電路。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的固定式讀寫器，其特征在于所述環(huán)路濾波器電路由低通濾 波器模塊(U104)LFCN1000構(gòu)成，1腳接隔直電容(C114)，3腳接收發(fā)分離電路(U32)，收發(fā) 分離電路(U32)采用耦合器XC0900A-20，1腳接低通濾波電路輸出，由單刀四擲開關(guān)(U31) MASW-008566構(gòu)成微波開關(guān)電路，16腳接收發(fā)分離電路(U32)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的固定式讀寫器，其特征在于所述太網(wǎng)物理層(PHY)電路采 用芯片(U8)LAN8700I，天線端口采用譯碼器(U25) 74HCT259，指示燈狀態(tài)顯示電路采用譯 碼器(U22) 74HCT259
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的固定式讀寫器，其特征在于所述時(shí)鐘電路采用實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯 片(U19)DS1307，1腳和4腳接晶振，復(fù)位電路采用2. 63V電源管理芯片(U27)MAX706TCSA。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種固定式讀寫器，要解決的技術(shù)問(wèn)題是提高讀寫器電路的可靠性和一致性，減小讀寫器的體積。本實(shí)用新型由功能單元電路和控制單元電路合成在一塊單板上構(gòu)成，控制單元電路和功能單元電路由SSP接口連接，控制單元電路設(shè)有單片機(jī)，功能單元電路采用射頻識(shí)別集成芯片。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，用一個(gè)單芯片實(shí)現(xiàn)了解碼、編碼、成形濾波、協(xié)議處理、載波的產(chǎn)生、調(diào)制、解調(diào)、混頻、接收放大，收發(fā)分離電路采用耦合器實(shí)現(xiàn)，與現(xiàn)有的用六端口或者環(huán)形器相比，大大減小了尺寸，單片機(jī)控制集成芯片的時(shí)序以及和外部電路通信的接口，該讀寫器不僅能滿足支持IS018000-6C標(biāo)準(zhǔn)的一切功能，而且能大大減小讀寫器體積。
文檔編號(hào)G06K17/00GK201562285SQ20092020464
公開日2010年8月25日 申請(qǐng)日期2009年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月14日
發(fā)明者曹春, 林丕成, 郭述強(qiáng), 陳軍 申請(qǐng)人:深圳市遠(yuǎn)望谷信息技術(shù)股份有限公司