在RFID系统中,读写器是核心部件。作为连接后端系统和前端标签的主要通道,读写器主要完成了以下功能:
1、读写器和标签之间的通信功能。在规定的技术条件和标准下,读写器与标签之间可以进行无线通信;
2、读写器和计算机之间可以通过各种接口(如RS232、TCP/IP、USB、红外、GPRS等)进行通信。有的读写器还可以通过网络接口直接与互联网连接,并提供信息以实现多个读写器在网络中运行:该读写器的识别码、读出标签的时间和信息;
3、能够在有效读写区域内实现多标签的同时识读,具备防碰撞的功能;
4、能够进行固定和移动标签的识读;
5、能够校验读写过程中的错误信息;
6、对于有源标签,往往能够识别和电池相关的信息,如电量等;
对于多数RFID应用系统,读写器和标签的行为一般由后端应用系统控制来完成。在后端应用程序与读写器之间的通信中,应用系统作为主动方向读写器发出若干命令,获取应用所需的数据,而读写器作为从动方做出回应,建立与标签之间的通信。在读写器和标签之间的通信中,读写器又作为主动方触发标签,并对所触发的标签进行认证、数据读取等,进而读写器将获得的标签数据作为回应传给应用系统(注:有源标签也可以作为主动方与读写器通信)。
由此可以看到,读写器的基本作用相当于一个核心交换环节,将标签中所含的信息传递给后端应用系统。从这个角度来看,读写器可以被看作是一种数据采集设备。
RFID系统的基本工作原理如图1所示。
图1, RFID读写器的基本工作原理
读写器的硬件通常由三部分组成:射频通道模块、控制模块和天线,其硬件结构如图2所示。
射频通道模块主要完成射频信号的处理,将信号通过天线发送出去,标签接收信号并做出响应,并将自身信息返回给读写器。
在射频通道模块中一般有两个分开的信号通道,称为发送电路和接收电路。传送到标签上的数据经过发送电路发送,而来自于标签的数据则经过接收电路来处理。
控制处理模块主要由基带信号处理单元和智能单元组成。基带处理单元实现的任务主要有两个:第一,将读写器智能单元发出的命令编码变为便于调制到射频信号的编码调制信号;第二,对经过射频通道模块解调处理的标签回送信号进行处理,并将处理后的结果送入读写器的智能单元中。
智能单元从原理上讲是读写器的控制核心;从实现角度来讲,通常采用MPU(嵌入式微处理器),并通过编制相应的MPU控制程序实现以下功能:
1、实现与后端应用程序之间的API规范;
2、控制与电子标签的通信过程;
3、执行防碰撞算法,实现多标签识别;
4、对读写器与标签之间传送的数据进行加密和解密;
5、进行读写器和标签之间的身份验证。
随着微电子技术的发展,以DSP(数字信号处理器)为核心的,辅助以必要的外围电路,基带信号处理和控制处理的软件化等方法,可以实现读写器对不同协议标签的兼容及改善读写器的多标签读写性,既方便了读写器设计,又改善了读写器的性能。
图2 ,读写器硬件结构图
读写器射频通道模块与处理模块之间的接口主要处理调制、解调信号和控制信号。由于接口位于读写器设备内部,各厂家的约定可能并不相同。实际上在接口的归属上业内有不同的意见,不过一般的情况是将射频通道模块集成化,提供单芯片的射频通道模块,比如健永的远距离低频读卡模块等。
后端应用系统与读写器智能单元之间的数据交换通过读写器接口来完成。读写器接口可以采用串口RS232或RS485、以太网、USB接口,还可以采用无线通信接口。从当前发展看,其趋势是采用集成多通信接口方式,包括GSM、GPRS、CDMA等无线通信接口。
根据应用系统的功能需求及不同厂商的产品接口,读写器具有各种各样的结构和外观形式。例如,天线和读写器模块可以分开(分离式),也可以集成到一起(集成式);读写器有便携式,也有固定式的。
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