基于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的高頻RFID閱讀器設(shè)計方案解析

　一 設(shè)計摘要
　　“物聯(lián)網(wǎng)”的概念最早在1999年提出，具體來說是一個覆蓋世界上萬事萬物的“Internet of Things”：在物聯(lián)網(wǎng)中，RFID標(biāo)簽攜帶的ID編碼可以與真實世界中的任何物品相捆綁，從而使物體擁有網(wǎng)絡(luò)上的虛擬“身份”；通過RFID標(biāo)簽上的ID編碼，可以在網(wǎng)絡(luò)上實時查詢和動態(tài)跟蹤標(biāo)簽所貼附物品的屬性、特征及其他信息?！拔锫?lián)網(wǎng)”可以實現(xiàn)全球范圍內(nèi)物品跟蹤與信息共享，大幅提高管理與運作效率，降低成本，給全球供應(yīng)鏈的各個環(huán)節(jié)（倉儲物流、生產(chǎn)制造、物品追蹤、商業(yè)零售、公共服務(wù)等等行業(yè)）帶來深層次變革。而要實現(xiàn)上述愿景，則必須有大量分布式的基礎(chǔ)設(shè)施——具有聯(lián)網(wǎng)功能的嵌入式RFID閱讀器終端，才能“隨時隨地”的采集RFID標(biāo)簽信息，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的無縫全面覆蓋。因此，本項目的目標(biāo)就是基于PIC32技術(shù)，實現(xiàn)具有聯(lián)網(wǎng)功能的嵌入式RFID閱讀器終端。
　　系統(tǒng)原理和技術(shù)特點 ：
　　射頻識別（Radio Frequency Identity， RFID）系統(tǒng)主要由電子標(biāo)簽（tag）、閱讀器（reader）和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)這三個主要部分組成，如圖1【RFID系統(tǒng)原理】所示：
　　
　　圖1 RFID系統(tǒng)原理
　　電子標(biāo)簽部分又可以細分為標(biāo)簽天線和標(biāo)簽芯片兩部分。每個電子標(biāo)簽都含有唯一的識別碼，用來表示電子標(biāo)簽所附著的物體。當(dāng)電子標(biāo)簽接收到閱讀器的發(fā)射信號的時候，電子標(biāo)簽被“喚醒”，然后根據(jù)閱讀器發(fā)射的指令完成相應(yīng)的動作，并將響應(yīng)信息發(fā)射回給閱讀器。電子標(biāo)簽上的存儲單元，可以反復(fù)讀寫10，000次以上。
　　閱讀器也可以細分為閱讀器天線和閱讀器兩部分。閱讀器通過閱讀器天線發(fā)射信號“喚醒”和傳送指令給電子標(biāo)簽，并接收標(biāo)簽返回的信號。在初步濾波、處理信號之后，完成對電子標(biāo)簽信息的獲取和解析，將有用的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)交互。
　　數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)主要完成數(shù)據(jù)信息的存儲及管理。數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)可以由簡單的本地軟件擔(dān)當(dāng)，也可以是集成了RFID管理模塊的分布式ERP管理軟件。
　　RFID系統(tǒng)的通信過程是閱讀器給RFID標(biāo)簽信息和獲得標(biāo)簽上信息的過程。由于RFID標(biāo)簽本身無電源，所以必須依靠從閱讀器發(fā)送的射頻信號中獲得的能量，即所謂的波束供電技術(shù)。而標(biāo)簽獲得能量僅夠供給標(biāo)簽本身使用，沒有多余的能量可供射頻信號源工作，必須利用無源反射調(diào)制技術(shù)來實現(xiàn)RFID閱讀器與標(biāo)簽之間的通信。無源反射調(diào)制技術(shù)就是在RFID系統(tǒng)的整個通信過程中，只存在一個發(fā)射機，即閱讀器。而RFID標(biāo)簽在應(yīng)答過程中對閱讀器發(fā)射的連續(xù)波射頻信號進行調(diào)制，再將已調(diào)制的射頻信號反射回去，被閱讀器接收解碼，完成信息傳遞功能。波束供電技術(shù)和無源反射調(diào)制技術(shù)是反射調(diào)制式RFID系統(tǒng)的兩大關(guān)鍵技術(shù)。
　　由圖2【RFID系統(tǒng)技術(shù)特點】所示，UHF頻段反射調(diào)制式RFID系統(tǒng)主要包括RFID閱讀器和RFID標(biāo)簽兩個部分，兩者之間通過閱讀器天線和標(biāo)簽天線建立無線信道通信。
　　
　　圖2 RFID系統(tǒng)技術(shù)特點
　　RFID系統(tǒng)通信的按照時序先后大致可分為兩個階段：
　　第一階段：閱讀器將基帶發(fā)射信號調(diào)制到載波上，發(fā)送給標(biāo)簽；標(biāo)簽從載波中獲取能量，并解調(diào)閱讀器發(fā)射的基帶信號，得到閱讀器發(fā)出的指令。
　　第二階段：閱讀器連續(xù)發(fā)射無調(diào)制的載波用以提供標(biāo)簽持續(xù)工作的能量，以及標(biāo)簽反射調(diào)制需要的載波；標(biāo)簽根據(jù)接收的閱讀器指令內(nèi)容，將標(biāo)簽的返回信息反射調(diào)制到來自閱讀器的連續(xù)載波上，傳輸給閱讀器。閱讀器接收到標(biāo)簽返回信號后，解調(diào)出所需的基帶信號。