RFID阅读器的硬件设计

0简介

以条形码技术为代表的传统自动识别技术已广泛应用于商业领域，物流，金融等领域，并已成为信息收集的重要手段. 符号表示法已经从一维条形码发展到二维条形码，但是条形码技术存在安全性低，信息无法更改，信息读取速度慢，通信能力差，抗干扰能力强等技术缺陷. 另外，在图1的读写器系统的硬件中，条形码识别技术在多目标识别和高速目标识别中完全没有用. 1，这使得条形码技术的应用非常有限，无法再满足当前的应用需求. 根据以上问题，射频阅读器应运而生. 射频阅读器具有读写速度快，识别距离长，数据传输率高，抗电磁干扰能力强，使用寿命长等优点，已被广泛用于生产管理.

射频识别技术是一种非接触式自动识别技术，它通过空间耦合实现信息的传输，并通过传输的信息达到信息识别的目的. 高速传输和长距离是射频识别系统的优点. 因此，该技术非常适合运输，运输和物流[1].

在应用示例中，产品上贴有标签，并且RFID读取器/写入器从该标签读取信息. 当阅读器处于正常工作状态时，由阅读器的发射天线产生的电磁场会耦合到标签. 标签使用这种耦合能量来驱动电路，然后将处理后的信息以电磁场的形式再次耦合到读取和写入. 该设备的接收天线由阅读器接收和处理.

1硬件电路设计

RFID阅读器的硬件包括RF芯片，巴伦电路，功率放大器电路，衰减器，低通滤波器，耦合器，天线，微控制器模块，RS232接口和USB接口[2-4]. 整个系统的示例性结构如图

所示.

1.1单片机模块和接口设计

微控制器模块采用C8051F340作为核心芯片. 要实现的主要功能是控制RF芯片的工作模式，并同时接收RF芯片的信号以完成接口命令的接收和发送[5]. C8051F系列是由美国德克萨斯州的Cygnal设计和制造的混合信号片上系统微控制器. C8051F具有一个可编程的内部高频振荡器，一个可编程的内部低频振荡器和一个设备，并且可以关闭任何或所有设备以节省功率. C8051F340采用流水线结构，与标准的8051结构相比，指令执行速度大大提高.

微控制器的最小系统主要由C8051F340芯片，3.3V电源电路，复位电路和调试电路组成. 与微控制器连接的接口具有RS232接口和USB接口. 电路原理图如图2所示.

1.2射频模块设计

RF模块使用AS3992作为核心芯片. AS3992是UHF RFID读取芯片，其接收灵敏度达到-86 dB，具有可编程的多读取器模式，工作在915MHz频段，并且可以同时支持ISO / IEC180006B和ISO /IEC180006C协议书. 该芯片具有很高的集成度. 它的发射器主要集成了压控振荡器，混频器，锁相环，调制器和功率放大器电路. 该芯片还支持协议处理的数字部分. 用户可以通过编译程序进行选择. 使用功放电路；混频器，低噪声放大器，中频放大器和解调电路主要集成在接收端. 另电路的设计，内部协议处理也促进了应用开发[6].

AS3992连接到C8051F340微控制器. 射频芯片AS3992用于从微控制器模块接收指令，并处于相应的工作模式下以接收和发送射频信号. 射频模块的如图3所示.

1.3外部功率放大器电路的设计

RF芯片AS3992的最大输出功率超过了功率放大器芯片的最小允许输入功率. 为了确保功率放大器芯片的安全运行，应在功率放大器的前级增加一个衰减器. 为了提高信号功率和增益的平坦度，采用了两级放大. 前级功率放大器的芯片模型为SXB4089Z，后级功率放大器的芯片模型为MAAP007649000100[7]. RFID读取器中的功率放大器电路的如图4所示.

1.4巴伦电路设计

RF芯片AS3992发送和接收差分信号，但是天线接收和发送单端信号. 平衡-不平衡转换器电路用于将RF芯片发送的差分信号转换为单端信号. 并将天线接收的单端信号转换为差分信号.

本文使用0900BL18B100巴伦天线信号调理器，其频率范围为800 MHz至1000 MHz，工作温度范围为-40°C至85°C. 平衡-不平衡转换器电路的电路原理图如图5所示.

1.5天线，耦合器和低通滤波器设计

天线与SMB直接连接器和耦合器相连. 耦合器使用RCP890A05桥耦合器. 天线可以连接到耦合器，以便天线可以发送和接收信息[8].

低通滤波器使用型号LFCN-1000 +滤波器. 该滤波器是具有出色功率处理能力的小型滤波器. 工作温度稳定，可以滤除1 000MHz以上的高频信号.

天线射频读写芯片，耦合器和低通滤波器的电路原理图如图6所示.

1.6电源模块

根据AS3992和C8051F340芯片的功率要求，本文选择了奥地利微电子公司的升压转换器AS1340. AS1340的工作电压为2.7〜5.5V，可提供2.7〜50V的可调输出电压； AS1340支持自动省电模式，可以提高轻载时的效率；此外，低功耗设计可以将工作电流降至仅30μA射频读写芯片，AS1340还可以提供具有输出断开功能的停机模式. 此时，工作电流小于1μA. AS1340的极低功耗控制可以大大延长电池寿命. AS1340的电路图如图7所示.

2结论

此设计使用C8051F340作为微处理器模块的核心，并使用AS3992作为RF模块的核心. 同时，它还具有不平衡变压器电路，功率放大/衰减电路，低通滤波器，耦合器和天线. 射频识别阅读器，运行稳定，信息读取准确. 该阅读器具有距离远，成本低，适用范围广，实用性强的优点. 该系统在识别和设备领域具有一定的理论和研究价值.

参考

[1]吴永祥. 关键词: 射频识别（RFID）技术，研究现状，发展前景微型计算机信息，2006，22（11）: 234236.

[2]李旭梅，黄军，刘宏. 基于零中频的表面声波射频识别设计[J]. 电子技术与应用，2013，39（2）: 911.

[3]黄俊祥，陶维庆. 关键词: 读卡器，MFRC522微型计算机与应用，2010，29（22）: 1618.

[4]李密. 基于ISO180006C标准的UHF RFID阅读器电路的设计与实现[D]. 成都: 电子科技大学，2010.

[5]王铁流，吴丹丹，李成. 关键词: C8051F320，USB接口，数据采集，存储电路电子产品世界，2006（12）: 101103.

[6]谭海燕，崔如春，肖志良，等. 基于AS3990 / AS3991的UHF RFID阅读器的设计[J]. 计算机应用，2006,26（6）: 1175-1178电子技术应用，2010，36（3）: 5456. <

[7] HAN S，KIN M S，KIM H C.用于UHFRFID读取器系统的CMOS功率放大器[C]. 第13届国际先进通信技术会议，2011: 57-60.

[8]李宝山. 关键词: 无源高频RFID系统阅读器天线工程，2008，38（5）: 3538.

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