基于DSP技術(shù)的RFID讀寫(xiě)器設計

RFID是RadioFrequencyIdentification的縮寫(xiě)，即射頻識別。射頻識別(RFID)技術(shù)是從20世紀80年代興起并逐漸走向成熟的一項自動(dòng)識別技術(shù)，它利用射頻方式進(jìn)行非接觸雙向通信，以達到目標識別與數據交換的目的。RFID是一種非接觸式的自動(dòng)識別技術(shù)，它通過(guò)射頻信號自動(dòng)識別目標對象并獲取相關(guān)數據，識別工作無(wú)須人工干預。作為條形碼的無(wú)線(xiàn)版本，RFID技術(shù)具有條形碼所不具備的防水、防磁、耐高溫、使用壽命長(cháng)、讀取距離大、標簽上數據可以加密、存儲數據容量更大、存儲信息更改自如等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被世界公認為本世紀十大重要技術(shù)之一，在生產(chǎn)、零售、物流、交通等各個(gè)行業(yè)等各個(gè)行業(yè)有著(zhù)廣闊的應用前景。我國的第2代身份證即采用了RFID技術(shù)，世界上最大的零售商沃爾瑪也要求其最大的100個(gè)供應商從2005年1月1日起開(kāi)始采用RFID技術(shù)。
1、RFID概述
一個(gè)最基本的RFID系統如圖1，有以下幾部分組成：標簽(Tag)，由耦合元件及芯片組成，每個(gè)標簽具有唯一的電子編碼，附著(zhù)在物體上標識目標對象;讀寫(xiě)器(Reader)，讀取(有時(shí)還可以寫(xiě)入)標簽信息的設備;天線(xiàn)(Antenna)，在標簽和閱讀器間傳遞射頻信號。
電子標簽的工作頻率有3種：低頻(125kHz)、中頻(13.56MHz)和高頻(2.45GHz，5.8GHz)。文中的讀寫(xiě)器設計基于IS015693標準，工作于13.56MHz，適用的電子標簽是無(wú)源的。無(wú)源標簽從讀寫(xiě)器產(chǎn)生的電磁場(chǎng)中以電感耦合的方式獲得能量。讀寫(xiě)器首先從后臺計算機接收命令，然后將命令數據按照ISO標準進(jìn)行編碼調制并通過(guò)天線(xiàn)發(fā)射出去，處于讀寫(xiě)器工作區的電子標簽接收命令數據通過(guò)改變能量強度發(fā)射響應信息，讀寫(xiě)器通過(guò)天線(xiàn)接收電子標簽的響應信號，進(jìn)行解調解碼后傳送給上位機做進(jìn)一步處理。
2、讀寫(xiě)器的設計
2.1讀寫(xiě)器的核心控件
在本讀寫(xiě)器的設計中采用的控制核心器件是DSMS320F2812，它是TI公司2003年推出的32bit定點(diǎn)DSP芯片。最高主頻可達150MHz，128kbit的Flash，18kbit的RAM，16通道的12bitADC，支持ANCIC/C++。由于TMS320F2812內部集成了16通道的12bitADC，故無(wú)須再外擴ADC，這樣可以使硬件電路變得更簡(jiǎn)潔。使DSP工作它采用了位域編程的環(huán)境，程序結構更加清晰，縮短軟件開(kāi)發(fā)周期。

2.2讀寫(xiě)器的硬件設計
讀寫(xiě)器的硬件組成，如圖2所示，是一個(gè)基于TMS320LF2812的DSP系統，完成與電子標簽和上位機的雙向通信，其中DSP在與電子標簽的數據交換中完成編碼和解碼的功能。
DSP產(chǎn)生脈沖位置編碼，控制13.56MHz載頻的輸出，實(shí)現脈沖位置調制。調制電路輸出信號的功率很弱，需將此信號進(jìn)行功率放大，然后經(jīng)過(guò)濾波和調諧后加到天線(xiàn)上，以提高對卡的操作距離。功率放大電路采用NPN型的射頻功率晶體管MRF426，發(fā)射功率為4w，工作頻率可達25MHz。輸出通過(guò)電位器實(shí)現功率調節，可以調整的最小功率為0.5W，最大為6W。天線(xiàn)線(xiàn)圈在13.56MHz的工作頻率時(shí)表現為阻抗z，為了實(shí)現與50Ω系統的功率匹配，系統通過(guò)無(wú)源的匹配電路將此阻抗轉換為50Ω，然后通過(guò)50Ω的同軸電纜將功率從讀寫(xiě)器末級傳送到天線(xiàn)匹配電路。
在設計過(guò)程共配有4個(gè)天線(xiàn)，可根據不同的距離需求調換。在ISO15693協(xié)議中，電子標簽到讀寫(xiě)器的數據采用負載調制的方式(同時(shí)使用副載波)進(jìn)行發(fā)射，即首先將曼徹斯特編碼的信號加載到副載波(有ASK單副載波423.75kHz和FSK雙副載波423.75kHz、484.28kHz兩種方式)，然后再將信號加載到主載波13.56MHz上。因此，在讀寫(xiě)器的接收通道中，首先通過(guò)帶通濾波器取出一個(gè)邊帶，放大后再送人解調器，解調器將邊帶信號與本地13.56MHz載波混頻濾波后獲得調制到副載波上的中頻信號，再進(jìn)行ASK或FSK檢波，從而得到曼徹斯特碼波形。這里所得的曼徹斯特碼波形沒(méi)有經(jīng)過(guò)抽樣判決是模擬信號，經(jīng)過(guò)DSP的片上AD采樣、處理、判決后進(jìn)行解碼和校驗，完成整個(gè)信號的接收處理過(guò)程。