基于物流倉儲管理的RFID讀寫(xiě)器設計

　　RFID(Radio Frequency ldentification、射頻識別)技術(shù)是一種利用無(wú)線(xiàn)射頻通信實(shí)現遠距離識別的非接觸自動(dòng)識別技術(shù)。與現代物流領(lǐng)域普遍使用的條碼技術(shù)相比，它在讀寫(xiě)距離、保密性、智能化、環(huán)境適應能力以及使用壽命方面都有顯著(zhù)的優(yōu)勢。

　　目前，世界范圍內針對RFID的物流應用存在兩種編碼體系，一種是日本UID(Ubiquitous ID)中心提出的UID編碼體系，另一種是美國EPC(Electmnic Production Code．電子產(chǎn)品代碼)環(huán)球協(xié)會(huì )提出的EPC電子產(chǎn)品編碼標準。這兩種標準在所使用的無(wú)線(xiàn)頻段、信息位數和  應用領(lǐng)域等方面都有所不同。而我國還沒(méi)有自己正式的標準，但是有關(guān)RFID在900MHz頻段應用的電磁檢測工作已經(jīng)基本完成，我國最為關(guān)心的是IS018000 6標準。本質(zhì)上EPC標準和IS018000并不矛盾，對于物流應用，EPC標準則更為完善。

　　另外，對于物流應用來(lái)說(shuō)，成本是企業(yè)最關(guān)心的問(wèn)題。在滿(mǎn)足需要的前提下，選擇最低成本是首當其沖的。UHF(915MHz)射頻工作距離大概在10m左右，已經(jīng)能夠滿(mǎn)足物流應用的需求，而且成本要比微波段低得多。特別是UHF射頻允許采用相對較小的方向性天線(xiàn)，這將使讀寫(xiě)器的輻射波束定向到一個(gè)特定的區域，這種特點(diǎn)使讀寫(xiě)器能夠抵御來(lái)自于其他讀寫(xiě)器或發(fā)射機的潛在干擾。

　　鑒于上述情況，為了促進(jìn)RFID系統在我國物流倉儲管理領(lǐng)域的大規模應用，本文提出了一種基于物流倉儲管理應用的讀寫(xiě)器設計方泫。該讀寫(xiě)器的設計參照EPC標準，采用915MHz工作頻率．以某公司的RFID標簽芯片的讀寫(xiě)為目標，電路設計簡(jiǎn)單，應用靈活．生產(chǎn)成本低廉。

　　1標簽功能簡(jiǎn)介

  本設計所采用的標簽為工作在860MHz～960MHz的長(cháng)距離無(wú)源標簽，符合ISO18000- 6標準，工作距離可達8．4m(具體視天線(xiàn)情況而定)，尤其適用于美國物流供應鏈管理和后勤保障系統。該標簽主要有如下特點(diǎn)：

　　(1)通過(guò)RF前端的模擬電路將天線(xiàn)接收能量部分轉化為電量．為內部電路供電。

　　(2)內部包含有16位CRC(循環(huán)冗余校驗)編碼，具有很高的數據完整性。

　　(3)擁有快速防沖突機制，運用自身防沖突算法實(shí)現了真正的內部沖突判斷以及防沖突。

　　(4)采用64位EPC編碼，且內部包含2,16字節用戶(hù)自定義存儲空間。

　　當標簽進(jìn)入RF區域后，標簽被激活。如果RF區域信號強度達到標簽工作能量的需要，則標簽進(jìn)入準備工作狀態(tài)，等待接收讀寫(xiě)器發(fā)送的指令。標簽接收以及發(fā)送的數據都將經(jīng)過(guò)CRC進(jìn)行差錯校驗。同時(shí)．還通過(guò)曼徹斯特編碼以及FM0編碼對數據進(jìn)行進(jìn)一步的保護，  以此來(lái)保證數據的安全性。讀寫(xiě)器通過(guò)外部命令結合標簽內部防沖突算泫來(lái)實(shí)現多個(gè)標簽數據的同時(shí)讀取與寫(xiě)入。

　　2  RFID讀寫(xiě)器設計

　　2．1硬件設計

　　RFID讀寫(xiě)器應用在倉儲管理中．除完成簡(jiǎn)單的射頻信號收發(fā)處理之外，還需要連接上層倉庫管理系統(Warehouse Management System．WMS)，將接收到的標簽信息傳送到WMS中，以便于系統完成倉庫的入庫、盤(pán)點(diǎn)、出庫管理等操作。同時(shí)，將物品的貨位等信息通過(guò)WMS寫(xiě)入物品標簽。所以讀寫(xiě)器總體結構包括四個(gè)模塊：接收／發(fā)送模塊、控制模塊、對外接口模塊和供電管理模塊。射頻電路的發(fā)送和接收模塊均由射頻信號形成和信號處理兩個(gè)單元組成，射頻功率放大器對已形成的射頻信號進(jìn)行功率放大．線(xiàn)性放大器對所接收到的射頻信號進(jìn)行線(xiàn)性放大。所選芯片如表1所示。

　　在射頻電路設計中，防止和抑制電磁干擾，提高電磁兼容性，是非常重要的環(huán)節。要選擇介電常數公差小的基材，并對電路的射頻部分和數字部分進(jìn)行分塊處理。射頻部分應盡量使用SMT(表帖式)元件，減少過(guò)孔，并在表面加接地金屬屏蔽層。各模塊具體設計如下所述。

　　2．1．1接收／發(fā)送模塊

　　接收／發(fā)送模塊功能框圖如圖1所示。收／發(fā)及調制解調芯片選用TI公司的TRF6901，功率放大芯片選用Freescale半導體器件公司的MW4IC915GMBR芯片，線(xiàn)性信號放大芯片選用RF微器件公司的RF2132。TRF6901芯片內部集成了完整的射頻接收和發(fā)送電路，可以組成一個(gè)半雙工射頻收發(fā)電路。其工作頻率可以通過(guò)編程進(jìn)行微調， 頻率范圍為860MHz～930MHz。MW4IC915是為GSM應用而設計的一款寬頻帶功率放大芯片，它采用了Freescale公司最新的大電壓LDMOS IC技術(shù)，可以工作在750MHz～1000MHz頻段內，線(xiàn)性性能幾乎覆蓋整個(gè)應用頻段。RF2132是砷化鎵異質(zhì)結器件(HBT)，能夠很好地滿(mǎn)足射頻電路對放大功率、效率以及供電電壓的要求。

　　本設計中各芯片工作頻率為915MHz。TRF6901調制方式為OOK，這可通過(guò)將內部B寄存器第4位置零來(lái)實(shí)現。TRF6901將所需發(fā)送信號通過(guò)PA引腳送至MW4IC915的RFIN引腳，對信號進(jìn)行功率放大之后，由天線(xiàn)發(fā)射出去；天線(xiàn)接收來(lái)的信號通過(guò)RF2132對其進(jìn)行線(xiàn)性信號放大，之后送TRF6901的LNA引腳，由TRF6901對接收信號進(jìn)行處理，完成讀寫(xiě)器前端的數據交換任務(wù)。

　　2．1．2對外接口模塊

　　圖2所示的對外接口模塊為電平轉換電路，主要器件為ICL232。ICL232芯片完成讀寫(xiě)器內部TTL電平與RS-232電平的轉換，通過(guò)連接標準9針串口與外部計算機連接。它是一款符合EIA  RS-232標準和V28規范的雙向RS-232發(fā)送／接收接口芯片，負責完成電路的  TTL／CMOS電平到標準串口電平的轉換，并能通過(guò)滯后改善數據接收的噪聲抑制。引腳1與3之間接1μF電容，引腳2通過(guò)1μF電容接5V電源，三個(gè)引腳構成+5V電平到+10V電平的轉換電路；引腳4與5之間接1μF電容，引腳6通過(guò)1μF電容接地，三個(gè)引腳構成+10V電平到－10V電平的轉換電路。

　　2．1．3控制模塊

　　控制模塊結構如圖3所示。讀寫(xiě)器內部控制任務(wù)主要由W77E58芯片完成，它是一款兼容8051的8位CMOS快速MCU。同8051相比，它減少了機器指令執行時(shí)間以及存儲周期，降低了功耗。它包含32KB Flash EPROM，支持無(wú)外部存儲元件的片上1KB SRAM，節約了更多的I／O引腳。它擁有四個(gè)8位I／O端口和一個(gè)附加的4位I／O口以及等待狀態(tài)控制信號，三個(gè)16位定時(shí)／計數器，12個(gè)兩中斷優(yōu)先級的中斷源，兩個(gè)加強型全雙工串行通信端口以及可編程看門(mén)狗定時(shí)器；只需外加復位、晶體振蕩電路和供電電路即可。

　　本設計中，W77E58工作頻率為40MHz。它的P1口連接TRF6901各個(gè)控制引腳，完成對收發(fā)芯片的控制并提供數據傳輸所需時(shí)鐘信號等；串口1連接TRF6901的數據收發(fā)端，實(shí)現數據的串行通信。  MCU串口0連接芯片ICL232，通過(guò)異步通信完成數據傳輸，只要設定W77E58串口1工作在方式1，選擇與計算機同樣的波特率即可。該部分設計主要集中在程序設計部分，將P1口當作普通I／O口用即可。