基于Intel,R2000的UHF,RFID读写器的设计

摘要：设计出一种超高射频识别系统(UHF RFID)读写器设计的新方案。该读写器采用了Intel R2000收发器芯片、AT91SAM7S256微控器，方案符合ISO 180006C和EPC global Gen2标准，工作频率为840～960 MHz，标签识别距离可达10 m。重点给出了读写器硬件系统组成和软件工作流程，同时介绍了相关射频电路。

关键词：射频识别； 超高频； ISO 180006C； R2000

中图分类号：TN82034文献标识码：A文章编号：1004373X(2011)23011003

Design of UHF RFID Readerwriter Based on Intel R2000

CHEN Xingrong1， MAO Zhen2

(1.Nanjing Institute of Technology, Nanjing 211167, China; 2.Wuxi SensingNet Industrialization Research Institute, Wuxi 214135, China)

Abstract： A novel scheme of readerwriter of UHF RFID system was designed. The transceiver chip Intel R2000 and at91sam7s256 were used in the readerwriter. The design conforms to ISO180006C and EPC global Gen 2 standard, whose operating frequency is 840～960 MHz and its distance is 10 m. The hardware configuration and the software flow of the system are proposed, and the relevant RF circuit design is also introduced.

Keywords： radio frequency identification； UHF； ISO 180006C； R2000

收稿日期：201107150引言

近年来兴起的射频识别技术(RFID)是以无线电磁波信号通过近场或远场方式与标签交换能量与信息，实现识别目的的技术，具有数据容量大、无需接触读写、保密性高、寿命长、抗干扰能力强等优点［12］。在工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理以及物流管理等领域的应用越来越广泛。按工作频段，RFID系统可分为低频、高频、超高频和微波等几类［34］。目前大多数RFID系统为低频和高频系统，但超高频频段的RFID系统具有操作距离远、通信速度快、成本低、尺寸小等优点，更适合未来物流、供应链领域的应用，也为实现物联网提供了可能［56］。

本文介绍了一种新型UHF频段RFID读写器设计方案。该读写器是基于Intel R2000芯片、以AT91SAM7S256为微控制器，符合ISO 180006C和EPC global Gen2标准［7］。与传统超高频RFID系统相比，该方案简化了设计过程、减小了读写器体积、降低了生产成本，缩短了产品生产周期。

1读写器系统框图

基于R2000的读写器系统结构如图1所示，其中控制器采用ARM7内核处理器，除了R2000的一些必要外围元件，系统和天线之间必须加环行器以满足单天线应用，TX口还必须加功放模块。根据读写器的系统框图，主要器件选型如下：

图1读写器系统框图1.1RFID宽频环行器HYG504XX

作为单天线应用的收发隔离,环形器一般用亚铁磁性复合材料制成，这种材料具有各向异性的特点，环形器为三端口器件，端口1为输入，端口2为输出，端口3为隔离端口，能量几乎不能穿过，以此类推，一般UHF读写器上用环形器使信号按顺时针方向流通，当端口1为TX输出时，RF信号会从端口2流过，而端口3即RX端口为隔离端，具体隔离度需参考器件参数和LAYOUT效果；相反，当端口2作为收发复用端接收信号时，信号会按顺时针方向进入端口3，此时泄露到TX端口的能量非常小，可以忽略，而TX泄露到RX端口的能量很大程度上影响着接收机灵敏度即实际识别效果，因此需根据接收端LNA参数，在RX端加衰减器对TX泄露信号进行有效隔离，但由此产生一个问题，因为RX接收的有用信号本身就很少，在进行TX端泄露信号衰减的同时，RX端有用信号也被进一步削弱，因此也会影响到LNA的接收，因此，用环形器做收发隔离只能在一定程度上产生效果，对于TX输出功率给定且ERP不超过相关规定的情况下，要提高接收机灵敏度，必须考虑增大收发两路的隔离度，视具体需求而定。

1.2射频开关HMC174

用来控制射频输出的通断。 在900 MHz频段内，输入的1 dB压缩点可以达到39 dBm，充分保证了HMC174可以承受输入很高的射频功率。输入3阶截取点可达到60 dBm，而前一级频率合成器的输出功率在3 dBm以内，因而保证了信号通过射频开关后的高线性度，最大限度地减少了射频信号的失真。

1.3射频功率放大器PF01411B

PF01411B用做放大R2000的TX端输出信号，使其满足最大功率的输出要求。PF01411B的主要特性为：高增益：三级放大，输入功率0 dBm;高效率：输出功率在35.5 dBm时可达45％;增益控制范围宽：典型值可达70 dB。

1.4射频数控衰减器HMC273

HMC273用做衰减R2000的TX端输出信号，功率校正用。

1.5Impinj Indy R2000 UHF RFID读写器芯片

R2000是新一代UHF频段RFID读写器SoC芯片，符合EPC global UHF Class 1 Gen 2/ISO 180006C国际标准，内部集成ASK调制解调器、滤波器、功放、FPGA等模块。

1.6微处理单元AT91SAM7S256

该器件是32位微控制器，大大提升了微控制器的实时性能，整合了全套安全运行功能，包括由片上RC振荡器计时的监视器、电源以及闪存的硬件保护等。此外，该器件在最差条件下可以30 MHz的速度进行单时钟周期访问。

2电源模块和外设

电源模块提供5 V,3.3 V,1.8 V的电压，和外设做在同一块底板上。适配器输出的12 V直流电压通过单片开关电源LM2676转换成5 V，如图2所示，其他所需电压值通过LM1117系列LDO产生，如图3所示。外设只提供以太网口、USB口、串口。

AT91SAM7S256自带以太网MAC，只需选用一片PHY，这里选DM9161AEP,电路如图4所示。

PHY和MAC的接口采用RMII接口，以太网接口采用集成了网络变压器的HR911105A，增加信号传输的可靠性。USB的接口电路如图5所示，由于AT91SAM7S256芯片自带USB控制器，这部分电路相对简单，只需按照ATMEL的参考电路进行设计即可。串口电路如图6所示，其中一个用做调试，在没有显示设备的情况下，启动信息等可以从这个串口打印输出到Windows中的超级终端上，方便设计前期的调试过程。

图2电源模块DC/DC图3电源模块中的电压可调LDO图4以太网接口PHY电路3系统软件设计主程序

读写器在主机监控下进行工作，该系统与主机之间形成主从通信模式。主控模块上电完成正常初始化过程后，就进入等待状态，等主机发来指令，当接收到主机指令后，按照主控程序进行相应的工作。处理完毕后，将所得信息送往主机［89］。主程序流程如框图7所示。

图5USB接口电路图6串口电路4结语

本文采用Impinj最新的R2000进行UHF RFID设计，可支持多协议兼容，标签处理速度高达每秒400多张，此超高频射频识别系统尤其适用于物流、 供应链领域。实验表明，以此为核心的读写器防碰撞性能好、高级DRM算法支持每秒处理400个标签。这些特性减小了设备的开发复杂度，缩短了设备的研发周期，提高了系统性能，加快了设备的上市时间。

图7主程序框图参考文献

［1］肖菊兰，张红雨.超高频RFID读写器设计［J］.电子设计工程,2010(11)：158161.

［2］张润曦.超高频射频识别阅读器集成技术研究［D］.上海:华东师范大学，2010.

［3］李幂.基于ISO180006C标准的UHF RFID读写器电路的设计与实现［D］.成都：电子科技大学，2010.

［4］黄志敏，李鹏，高远，等.基于Intel R1000的超高频RFID读写器设计［J］.现代电子技术,2009,32(6)：5760.

［5］孟芳宇.基于Intel R1000的超频射频识别阅读器的设计［J］.航空电子技术,2010，41(2)：3335.

［6］李振汕.RFID在物流管理中的应用 ［J］.物流科技,2011(4)：7375.

［7］林曦，王敬超，张春.符合ISO/IEC180006C标准的UHF RFID读写器设计［J］.半导体技术，2008(9)：817819.

［8］乌云高娃，鲁骏，吴荣华.RFID读写器接收机基带数字信号处理研究［J］.电子学报,2009，37(6)：14.

［9］王小华，周晓生，孙百生.超高频射频识别系统读写器设计［J］.电子测量技术,2007,30(2)：14.

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