石瑞英，王玉霞

（1.佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院，黑龍江佳木斯 154007；2.七臺(tái)河市科技局，黑龍江七臺(tái)河 154600）

射頻識(shí)別（RFID）是上世紀(jì)末興起的一種無線非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，利用空間射頻的信號(hào)通過空間耦合而實(shí)現(xiàn)信息的傳遞。RFID識(shí)別系統(tǒng)按工作的頻率分成了低頻（LF）、高頻（HF）、超高頻（UHF）、微波（MW）四個(gè)頻段。按標(biāo)簽是否供電，RFID系統(tǒng)分為有源和無源的。其中，UHF的RFID系統(tǒng)由于讀寫的距離遠(yuǎn)，多標(biāo)簽識(shí)別快，抗干擾的能力強(qiáng)以及標(biāo)簽的體積小、容量大、成本低的特點(diǎn)，UHF頻段的RFID系統(tǒng)使用的場景越來越多。此頻段的技術(shù)和相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)也成為全球RFID行業(yè)的特點(diǎn)。UHF頻段的RFID產(chǎn)品將成為這個(gè)行業(yè)的主流的產(chǎn)品。

1 射頻識(shí)別的相關(guān)技術(shù)

射頻識(shí)別即RFID（Radio Freguency Identification）技術(shù)，是一種無線通信技術(shù)，可通過無線電信號(hào)認(rèn)識(shí)和辯別特定的目標(biāo)并讀寫與之相關(guān)的數(shù)據(jù)，而不需要識(shí)別系統(tǒng)與特定的目標(biāo)之間的關(guān)系。射頻識(shí)別技術(shù)系統(tǒng)中關(guān)鍵的設(shè)備包括：射頻識(shí)別標(biāo)簽、射頻識(shí)別讀寫設(shè)備（讀卡器）以及天線。

射頻識(shí)別標(biāo)簽（電子標(biāo)簽）：主要由存有識(shí)別代碼的大規(guī)模集成線路芯片和收發(fā)天線構(gòu)成。使用時(shí)的能量取自天線接收到的無線電磁波。

天線：是與讀寫器連接，向電子標(biāo)簽發(fā)送信號(hào)，并從電子標(biāo)簽接收返回信號(hào)。

讀卡器：是用于閱讀以及向標(biāo)簽寫入數(shù)據(jù)的裝置，它是針對特定的電子標(biāo)簽而設(shè)定的，其主要是查閱電子標(biāo)簽中當(dāng)前貯數(shù)據(jù)的信息，向電子標(biāo)簽中寫入要貯存數(shù)據(jù)的信息，修改電子標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)信息。

1.1 閱讀器到射頻卡之間的通信傳遞

閱讀器發(fā)送的數(shù)據(jù)信號(hào)采用調(diào)制載波幅度（ASK）的方式進(jìn)行調(diào)制，其實(shí)就是開關(guān)調(diào)制的方式，當(dāng)傳送“1”時(shí)開關(guān)打開載波信號(hào)通過，當(dāng)傳送“0”時(shí)開關(guān)斷開沒有載波。數(shù)據(jù)編碼采用的是曼徹斯特編碼對每個(gè)二進(jìn)制的代碼分別利用2個(gè)具有不同相位的二進(jìn)制新碼去取代源碼的編碼的方式，例如：代碼1011001.曼徹斯特編碼對應(yīng)為10011010010110。

1.2 射頻卡到讀寫器的通信傳遞

根據(jù)要發(fā)送數(shù)據(jù)信息的不同，通過控制射頻識(shí)別標(biāo)簽的天線阻抗，使得反向的載波振幅產(chǎn)生微小變化，反射回波的振幅就攜帶了所要傳送的數(shù)據(jù)信息。也就是通過傳輸不同的數(shù)據(jù)來控制負(fù)載電阻阻值的變化從而使其接通或斷開，這些數(shù)據(jù)信息就能從射頻卡傳遞到讀寫器。射頻卡到讀寫器端通信過程中基帶編碼采用的是FM0編碼，F(xiàn)M0編碼又叫雙相間隔碼編碼，是在一個(gè)位窗內(nèi)采用電平變化來表示邏輯，如果電平從位窗的起始處翻轉(zhuǎn)則表示邏輯“1”；如果電平除了在位窗的起始處翻轉(zhuǎn)，還在位窗的中間翻轉(zhuǎn)則表示邏輯“0”。例如原數(shù)字序列為：10110001。經(jīng)過FM0編碼可兩種方式，分別對應(yīng)的序列為：0010110010101011，1101001101010100。

1.3 防沖突和反碰撞

當(dāng)閱讀器的天線區(qū)域中有多個(gè)電子標(biāo)簽時(shí)，它們會(huì)同一時(shí)間到達(dá)信號(hào)，產(chǎn)生信道爭奪的情況。信號(hào)之間互相干擾就會(huì)發(fā)生碰撞，為防止這種碰撞筆者利用排隊(duì)論和抗噪聲技術(shù)來解決這個(gè)問題。射頻識(shí)別系統(tǒng)同時(shí)可以完成對多個(gè)電子標(biāo)簽的識(shí)別，防碰撞技術(shù)的好壞決定了射頻識(shí)別系統(tǒng)的性能。

1.4 多址接入的方式防沖突手段

1）空分多址（SDMA）：利用分離空間也就是利用電子控制定向的天線。

2）頻分多址（FDMA）：利用不同的副載波頻率來區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)通道。

3）時(shí)分多址（TDMA）：按時(shí)間分配通道的容量，把單位的時(shí)間劃分為多個(gè)時(shí)間間隙，閱讀器和電子標(biāo)簽在規(guī)定的時(shí)間間隙傳送數(shù)據(jù)信息。

2 射頻識(shí)別系統(tǒng)組成及工作原理

2.1 射頻識(shí)別系統(tǒng)組成

如圖1所示。

2.2 射頻識(shí)別系統(tǒng)的工作原理

讀寫器模塊通過天線發(fā)送出一定頻率的信號(hào)；當(dāng)射頻識(shí)別標(biāo)簽進(jìn)入讀寫器工作范圍時(shí)，它的天線產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而射頻識(shí)別標(biāo)簽獲得電波被激活向讀寫器發(fā)送自身編碼的數(shù)據(jù)信息；讀寫器接受到射頻識(shí)別標(biāo)簽反射回來的微波合成信號(hào)后，經(jīng)過讀寫器微控制處理器處理就可將射頻識(shí)別標(biāo)簽儲(chǔ)存的識(shí)別代碼的數(shù)據(jù)信息分離開，這些識(shí)別數(shù)據(jù)信息作為物體的特征的信號(hào)被傳送到控制計(jì)算機(jī)做進(jìn)一步的處理，從而完成與物品有關(guān)的查詢、收費(fèi)、放行、統(tǒng)計(jì)管理等作用。

3 射頻識(shí)別系統(tǒng)部分硬件的電路框圖

3.1 超高頻讀寫器系統(tǒng)的硬件框圖

如圖2所示。

3.2 射頻發(fā)送電路設(shè)計(jì)

讀寫器發(fā)射頻發(fā)送電路原理框圖如圖3所示，此電路由鎖相環(huán)電路、基帶信號(hào)調(diào)制電路、預(yù)放大電路以及功率放大電路組成。工作時(shí)，讀寫器必須要為標(biāo)簽提供穩(wěn)定的不帶調(diào)制的載波才能使標(biāo)簽?zāi)苷９ぷ?，另外在讀寫器發(fā)射端可直接對載波進(jìn)行調(diào)制。

3.3 射頻接收電路設(shè)計(jì)

由于超高頻讀寫器接收部分性能的好壞影響到讀寫器的讀標(biāo)簽距離，所以在此設(shè)計(jì)中，由功率分配器、低通濾波放大電路、混頻器和A/D轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成了射頻接收電路。此電路框圖如圖4所示。其工作過程是天線接收到射頻信號(hào)后，進(jìn)入到功率分配器里，由功率分配器將載有標(biāo)簽信號(hào)的射頻信號(hào)分為90°相位相差的X、Y兩路信號(hào)，然后X、Y兩路信號(hào)分別與頻率為載波的兩個(gè)正交的本振信號(hào)進(jìn)行混頻，變頻為基帶信號(hào)，再通過低通濾波器去掉上變頻分量，然后通過放大器和濾波器后送入A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣，最終送入嵌入式處理器微處理器進(jìn)行處理。

4 讀寫器嵌入式Linux的移植

4.1 基于S3C2410嵌入式Linux操作系統(tǒng)的移植

在嵌入式系統(tǒng)中,是系統(tǒng)上電后最先執(zhí)行的代碼,通過BootlLoader完成對系統(tǒng)板上的主要部件進(jìn)行初始化、分配內(nèi)存空間的映射等,把系統(tǒng)的軟硬件各部分環(huán)境帶到一個(gè)適合的狀態(tài),為最終調(diào)用操作系統(tǒng)準(zhǔn)備好良好的環(huán)境。BootLoader的生成過程如下：

1）修改Make file文件；

2）修改/arch/s3c2410/smdk.c文件。

4.2 Linux內(nèi)核的移植

1）Linux內(nèi)核的修改；

2）Linux內(nèi)核的配置編譯。

5 結(jié)束語

本文主要介紹了射頻識(shí)別技術(shù)的基本概念和基本組成原理，并分析了讀寫器和標(biāo)簽之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸所用到的相關(guān)技術(shù)、組成原理和工作原理，且給出了射頻識(shí)別系統(tǒng)部分硬件的電路框圖。對射頻收發(fā)的電路部分進(jìn)行了分析及工作過程的闡述。

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