本發(fā)明屬于射頻識別(RFID)技術領域，涉及一種基于DSP的智能UFH RFID閱讀器。

背景技術：

近年來，隨著信息技術的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)發(fā)展成為一門新興產(chǎn)業(yè)，作為物聯(lián)網(wǎng)的基礎之一，射頻識別(RFID，Radio Frequency Identification)已成為人們越來越關注的技術。射頻識別技術目前已被廣泛應用于工業(yè)自動化、商品流通、物流管理等領域。RFID系統(tǒng)主要由三部分組成：應答器(射頻卡和電子標簽)、閱讀器(讀寫器和基站)和上位機主系統(tǒng)(中間件與網(wǎng)絡應用)。閱讀器作為RFID系統(tǒng)的重要組成部分，是實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)通信的關鍵因素，因此成為當今的研究熱點之一。但是在RFID系統(tǒng)中，閱讀器因受發(fā)射功率的限制，造成最大識別區(qū)域僅在10米左右，識別區(qū)域受到很大限制；固定的天線輻射方向圖和識別區(qū)域內多個標簽反射信號的相互干擾，造成閱讀器的識別率很難達到100％；常見的寬波束、低增益的輻射方向圖會造成識別目標定位誤差大。

閱讀器的發(fā)射功率和閱讀器的最大識別距離關系如式(1)：

$R=\frac{\mathrm{\λ}}{4\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{P_{TX}{G}_{TX}{G}_{Tag}p\mathrm{\τ}}{P_{th}}}---\left(1\right)$

式中，P_TX為閱讀器的發(fā)射功率，G_TX為閱讀器天線的增益，P_TXG_TX是等效全向輻射功率(EIRP)，G_Tag為標簽增益，p為閱讀器天線和標簽天線的極化匹配因子，τ為標簽天線和標簽芯片的功率傳輸因子，P_th為激活標簽芯片的最小接收功率。由于規(guī)定的閱讀器天線輻射EIRP最大值是受限的，例如美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)規(guī)定EIRP的最大值是4W，如果使用能夠產(chǎn)生多個高增益波束的相控陣天線，EIRP可以在某一個短時間內在某個方向超過4W，在計算平均功率時，它具有與低方向性、固定波束天線相同的平均功率，因為波束在多個方向上采用不同功率掃描，從而減小了平均功率。

根據(jù)公式(1)知在其他參數(shù)不變的情況下，增加識別距離就要增加發(fā)射功率或者增加閱讀器天線增益，單天線形成一個低增益的固定波束，波束切換型陣列天線形成一個高增益的窄波束，然后按“時間分割”原理產(chǎn)生多個固定方向的窄波束，波束可以在多個方向上掃描，總的識別區(qū)域得以擴展。圖1為波束切換型陣列天線掃描示意圖，控制陣元激勵相位形成五個波束，按照各個識別區(qū)域的標簽數(shù)目等情況自適應控制波束的掃描順序、駐留時間和掃描間隔時間(在同一掃描區(qū)域不同功率所對應的各自掃描時間)，實現(xiàn)空間區(qū)域的掃描，波束狹窄，但波束總覆蓋面積大于單個低增益寬波束的覆蓋面積。此外，波束切換型陣列天線的高定向性、較小的波束躍度和較高的角度分辨率可以提高RFID定位的精度，空分多址技術(SDMA)可以減少或避免碰撞，有效的減少多徑干擾，提高標簽識別率。

綜上，本發(fā)明設計了一種基于DSP的智能UFH RFID閱讀器，相 比于現(xiàn)有的閱讀器其主要優(yōu)點是采用智能波束切換算法和功率可控算法、體積小、成本低、識別速度快、最大識別距離遠、覆蓋區(qū)域大、碰撞率低、對物體定位精度高等。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明根據(jù)上述問題提供了一種基于DSP的智能UFH RFID閱讀器。該閱讀器系統(tǒng)主要由基帶控制部分和射頻前端構成?；鶐Э刂撇糠植捎肈SP處理器，DSP主要完成指令的接收和發(fā)送、數(shù)字信號的處理、實現(xiàn)智能波束切換算法和功率可控算法、實現(xiàn)讀寫器和上位機的串口通信功能。射頻前端部分是閱讀器的信號處理部分，主要完成調制和解調、功率放大、雜波濾除、功率分配和合成，確保了信號的正確收發(fā)。

閱讀器的具體設計方案是：

(一)提出智能波束切換算法和功率可控算法

根據(jù)各個扇區(qū)的標簽數(shù)目、通信時間等情況自適應控制波束的掃描順序、駐留時間和掃描間隔時間(在同一掃描區(qū)域不同功率所對應掃描時間)。

(二)射頻發(fā)射電路

射頻發(fā)射電路主要實現(xiàn)射頻信號的產(chǎn)生、濾波、放大以及通過功率分配器和數(shù)字移相器經(jīng)天線發(fā)送到標簽上?；鶐SP處理器基于ISO/IEC18000-6C協(xié)議實現(xiàn)智能波束切換算法和功率可控算法，其發(fā)出指令給射頻模塊，射頻模塊編碼并將該信號調制成915MHz的超高頻信號，然后發(fā)送給平衡/不平衡變壓器，平衡/不平衡變壓器將由射 頻模塊采用雙端差分輸出的平衡發(fā)射信號，變成帶通濾波器所需的單端輸入信號，再經(jīng)過可編程功率放大器RDA2032Z和功率放大器spa-2118對信號進行放大，確保發(fā)送的信號輻射范圍達到20米的設計目標，信號通過定向耦合器傳輸給功率分配器和數(shù)字移相器，四路信號經(jīng)數(shù)字移相器處理，最后生成915MHz的超高頻信號經(jīng)天線發(fā)送出去。

(三)射頻接收電路

掃描區(qū)域內的標簽經(jīng)天線、數(shù)字移相器、功率合成器、定向耦合器、帶通濾波器、低噪聲放大器發(fā)送信號給射頻模塊，經(jīng)DSP處理得到標簽信息。標簽返回的信號經(jīng)天線傳送回射頻接收電路，返回信號首先經(jīng)數(shù)字移相器和功率合成器(功率分配器)傳輸給定向耦合器，再通過帶通濾波器濾除雜波，有用信號再經(jīng)低噪聲放大器放大，通過平衡/不平衡變壓器傳送到射頻模塊，射頻模塊再把接收到的信號調制、解調，把解碼后的信息傳送給DSP，最終在PC上顯示出標簽的信息。

附圖說明：

圖1是本發(fā)明波束掃描示意圖；

圖2是基于DSP的智能UHF RFID閱讀器框圖；

具體實施方式：

本發(fā)明的主旨是提出一種基于DSP的智能UFH RFID閱讀器，該閱讀器是采用智能波束切換算法和功率可控算法，以DSP芯片作為基帶處理器，由射頻模塊、變壓器模塊、功率放大器、帶通濾波器、定向耦合器、低噪聲放大器、功率分配器和數(shù)字移相器等模塊構成。

下面結合附圖1、附圖2對本發(fā)明實施方式作進一步地詳細描述。

基帶DSP處理器基于ISO/IEC18000-6C協(xié)議實現(xiàn)智能波束切換算法和功率可控算法，其發(fā)出指令給射頻模塊，射頻模塊編碼并將該信號調制成915MHz的超高頻信號，然后發(fā)送給平衡/不平衡變壓器，將由射頻模塊采用雙端差分輸出的平衡發(fā)射信號，變成帶通濾波器所需的單端輸入信號，再經(jīng)過由DSP控制的可編程增益功率放大器對信號進行不同級別的放大，確保發(fā)送的信號輻射范圍達到設計目標，通過定向耦合器傳輸給功率分配器和數(shù)字移相器，數(shù)字移相器通過DSP實現(xiàn)的智能波束切換算法，使天線陣形成不同指向的波束，最后915MHz的超高頻信號經(jīng)天線發(fā)送出去；標簽返回的信號經(jīng)天線傳送回射頻接收電路，返回信號首先經(jīng)數(shù)字移相器和功率合成器(功率分配器)傳輸給定向耦合器，再通過帶通濾波器濾除雜波，有用信號再經(jīng)低噪聲放大器放大，把一路放大后的不平衡信號經(jīng)過平衡/不平衡變壓器輸出兩路平衡信號傳送到射頻模塊，射頻模塊再把接收到的信號調制、解調，把解碼后的信息傳送給DSP，最終在PC上顯示出標簽的信息。

具體實現(xiàn)時，本發(fā)明實施例對實現(xiàn)相似功能所選用芯片種類不做限制。

上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內。