讀寫器基本組成

一般讀寫器的I/O接口形式主要有：

①RS-232串行接口：計(jì)算機(jī)普遍適用的標(biāo)準(zhǔn)串行接口，能夠進(jìn)行雙向的數(shù)據(jù)信息傳遞。它的優(yōu)勢(shì)在于通用、標(biāo)準(zhǔn)，缺點(diǎn)是傳輸距離不會(huì)達(dá)到很遠(yuǎn)，傳輸速度也不會(huì)很快。

②RS-485串行接口：也是一類標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口，數(shù)據(jù)傳遞運(yùn)用差分模式，抵抗干擾能力較強(qiáng)，傳輸距離比RS-232傳輸距離較遠(yuǎn)，傳輸速度與RS-232差不多。

③以太網(wǎng)接口：閱讀器可以通過(guò)該接口直接進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)。

④USB接口：也是一類標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口，傳輸距離較短，傳輸速度較高。

讀寫器即射頻標(biāo)簽讀寫設(shè)備，是射頻識(shí)別系統(tǒng)的兩個(gè)重要組成部分（標(biāo)簽與讀寫器）之一。射頻標(biāo)簽讀寫設(shè)備根據(jù)具體實(shí)現(xiàn)功能也有一些其他較為流行的別稱，如：閱讀器（Reader），查詢器（Interrogator），通信器（Communicator），掃描器（Scanner），讀寫器（Reader and Writer），編程器（Programmer），讀出裝置（Reading Device），便攜式讀出器（Portable Readout Device），AEI設(shè)備（ Automatic Equipment Identification Device）等。 通常情況下，射頻標(biāo)簽讀寫設(shè)備應(yīng)根據(jù)射頻標(biāo)簽的讀寫要求以及應(yīng)用需求情況來(lái)設(shè)計(jì)。隨著射頻識(shí)別技術(shù)的發(fā)展，射頻標(biāo)簽讀寫設(shè)備也形成了一些典型的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)模式，本章的重點(diǎn)也在于介紹這種讀寫器的實(shí)現(xiàn)原理。 從最基本的原理角度出發(fā)，射頻標(biāo)簽讀寫設(shè)備一般均遵循如圖《讀寫器》所示的基本模式。

讀寫器主要有兩種工作方式，一種是讀寫器先發(fā)言方式（Reader Talks First，RTF），另一種是標(biāo)簽先發(fā)言方式（Tag Talks First，TTF ）。

在一般情況下，電子標(biāo)簽處于等待或休眠狀態(tài)，當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn)入讀寫器的作用范圍被激活以后，便從休眠狀態(tài)轉(zhuǎn)為接收狀態(tài)，接受讀寫器發(fā)出的命令，進(jìn)行相應(yīng)的處理，并將結(jié)果返回給讀寫器。

這類只有接收到讀寫器特殊命令才發(fā)送數(shù)據(jù)的電子標(biāo)簽被稱為RTF方式；

與此相反，進(jìn)入讀寫器的能量場(chǎng)即主動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)的電子標(biāo)簽被稱為TTF方式。

讀寫器之所以非常重要，這是由它的功能所決定的，它的主要功能有以下幾點(diǎn)：

①實(shí)現(xiàn)與電子標(biāo)簽的通訊：最常見的就是對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行讀數(shù)，這項(xiàng)功能需要有一個(gè)可靠的軟件算法確保安全性、可靠性等。除了進(jìn)行讀數(shù)以外，有時(shí)還需要對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行寫入，這樣就可以對(duì)標(biāo)簽批量生產(chǎn)，由用戶按照自己需要對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行寫入。

②給標(biāo)簽供能:在標(biāo)簽是被動(dòng)式或者半被動(dòng)式的情況下，需要讀寫器提供能量來(lái)激活射頻場(chǎng)周圍的電子標(biāo)簽；閱讀器射頻場(chǎng)所能達(dá)到的范圍主要由天線的大小以及閱讀器的輸出功率決定的。天線的大小主要是根據(jù)應(yīng)用要求來(lái)考慮的，而輸出功率在不同國(guó)家和地區(qū)，都有不同的規(guī)定。

③實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的通訊：這一功能也很重要，讀寫器能夠利用一些接口實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通訊，并能夠給上位機(jī)提供一些必要的信息。

④實(shí)現(xiàn)多標(biāo)簽識(shí)別：讀寫器能夠正確的識(shí)別其工作范圍內(nèi)的多個(gè)標(biāo)簽。

⑤實(shí)現(xiàn)移動(dòng)目標(biāo)識(shí)別：讀寫器不但可以識(shí)別靜止不動(dòng)的物體，也可以識(shí)別移動(dòng)的物體。

⑥實(shí)現(xiàn)錯(cuò)誤信息提示：對(duì)于在識(shí)別過(guò)程中產(chǎn)生的一些錯(cuò)誤，讀寫器可以發(fā)出一些提示。

⑦對(duì)于有源標(biāo)簽，讀寫器能夠讀出有源標(biāo)簽的電池信息：如電池的總電量、剩余電量等。

典型的讀寫器終端一般由天線、射頻接口模塊和邏輯控制模塊三部分構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)圖如下所示：

讀寫器天線

讀寫器的天線是發(fā)射和接收射頻載波信號(hào)的設(shè)備， 它主要負(fù)責(zé)將讀寫器中的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成射頻載波信號(hào)并發(fā)送給電子標(biāo)簽，或者接收標(biāo)簽發(fā)送過(guò)來(lái)的射頻載波信號(hào)并將其轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)，讀寫器的天線可以外置也可以內(nèi)置，天線的設(shè)計(jì)對(duì)閱讀器的工作性能來(lái)說(shuō)非常重要，對(duì)于無(wú)源標(biāo)簽來(lái)說(shuō)，它的工作能量全部由閱讀器的天線提供。

讀寫器射頻接口模塊

讀寫器的射頻接口模塊主要包括發(fā)射器、射頻接收器、時(shí)鐘發(fā)生器和電壓調(diào)節(jié)器等。該模塊是讀寫器的射頻前端，同時(shí)也是影響讀寫器成本的關(guān)鍵部位，主要負(fù)責(zé)射頻信號(hào)的發(fā)射及接收。 其中的調(diào)制電路負(fù)責(zé)將需要發(fā)送給電子標(biāo)簽的信號(hào)加以調(diào)制，然后再發(fā)送； 解調(diào)電路負(fù)責(zé)將解調(diào)標(biāo)簽送過(guò)來(lái)的信號(hào)并進(jìn)行放大； 時(shí)鐘發(fā)生器負(fù)責(zé)產(chǎn)生系統(tǒng)的正常工作時(shí)鐘。

讀寫器邏輯控制模塊

讀寫器的邏輯控制模塊是整個(gè)讀寫器工作的控制中心、智能單元，是讀寫器的“大腦”， 讀寫器在工作時(shí)由邏輯控制模塊發(fā)出指令，射頻接口模塊按照不同的指令做出不同的操作。 它主要包括微控制器、存儲(chǔ)單元和應(yīng)用接口驅(qū)動(dòng)電路等。 微控制器可以完成信號(hào)的編解碼、數(shù)據(jù)的加解密以及執(zhí)行防碰撞算法； 存儲(chǔ)單元負(fù)責(zé)存儲(chǔ)一些程序和數(shù)據(jù)； 應(yīng)用接口負(fù)責(zé)與上位機(jī)進(jìn)行輸入或輸出的通信。

下面以UHF頻段讀寫器為例，詳細(xì)介紹一下讀寫器的射頻模塊是如何工作的。射頻模塊又可以分為發(fā)射和接收兩部分。 讀寫器的發(fā)射電路部分主要由混頻器(Mixer)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)、衰減器(Attenuator)、可變?cè)鲆娣糯笃?VGA)、功率分配器 (Power Splitter)、射頻濾波器(Filter)、以及射頻功率放大器(PA)?！ぐl(fā)射部分的工作過(guò)程如下：

（1）閱讀器控制壓控振蕩器，產(chǎn)生出頻率為860-96OMHZ的載波信號(hào)，然后把這個(gè)信號(hào)傳送給功分器；

（2）功率分配器把要發(fā)射的信號(hào)分成兩部分，一部分發(fā)送到接收電路，作為接收信號(hào)進(jìn)行混頻時(shí)的信號(hào)源，另外一路則先經(jīng)過(guò)衰減器再送到Mixer；

（3）通過(guò)混頻，使閱讀器的基帶信號(hào)控制傳送過(guò)來(lái)的載波信號(hào)的幅度相位變化，然后經(jīng)過(guò)可變?cè)鲆娣糯笃鳎╒GA）和射頻濾波器以后，傳至功率放大器；

（4）閱讀器根據(jù)實(shí)際情況，自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)射信號(hào)的增益，然后經(jīng)過(guò)射頻功率放大器進(jìn)行放大，最后再經(jīng)過(guò)環(huán)行器傳送到閱讀器天線準(zhǔn)備發(fā)射。這里環(huán)行器的作用就是將閱讀器天線接收到的信號(hào)與發(fā)送的信號(hào)隔離開來(lái)，避免出現(xiàn)同頻干擾。

讀寫器的接收部分主要包括功率分配器、混頻器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)以及射頻濾波器，接收部分的工作流程是：

（1）由標(biāo)簽通過(guò)反向散射傳遞過(guò)來(lái)的信號(hào)通常功率比較小，它會(huì)首先進(jìn)入環(huán)行器，以便與閱讀器發(fā)射的載波信號(hào)分離，避免出現(xiàn)同頻干擾。在通過(guò)射頻濾波器后，進(jìn)入到功率分配器，從這里出來(lái)的信號(hào)又分成了兩路；

（2）自發(fā)射線路的未調(diào)制載波作為接收線路的本振信號(hào)產(chǎn)生兩路參考信號(hào)，兩路參考信號(hào)相位差是90°；

（3）兩路參考信號(hào)與從第一步功分器分離出來(lái)的兩路信號(hào)進(jìn)行混頻，生成兩路基帶信號(hào)，然后分別經(jīng)過(guò)各自的運(yùn)算放大器和低通濾波器以后，返回到閱讀器的信號(hào)處理單元進(jìn)行相關(guān)處理。

通過(guò)空間信道實(shí)現(xiàn)讀寫器向射頻標(biāo)簽發(fā)送命令

讀寫設(shè)備與射頻標(biāo)簽之間必然通過(guò)空間信道實(shí)現(xiàn)讀寫器向射頻標(biāo)簽發(fā)送命令，射頻標(biāo)簽接收讀寫器的命令后做出必要的響應(yīng)，由此實(shí)現(xiàn)射頻識(shí)別。此外，在射頻識(shí)別應(yīng)用系統(tǒng)中，一般情況下，通過(guò)讀寫器實(shí)現(xiàn)的對(duì)射頻標(biāo)簽數(shù)據(jù)的無(wú)接觸收集或讀寫器向射頻標(biāo)簽中寫入的標(biāo)簽信息均要回送到應(yīng)用系統(tǒng)中或來(lái)自應(yīng)用系統(tǒng)，這就形成了射頻標(biāo)簽讀寫設(shè)備與應(yīng)用系統(tǒng)程序之間的接口API（Application Program Interface）。

一般情況下，要求讀寫器能夠接收來(lái)自應(yīng)用系統(tǒng)的命令，并且根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的命令或約定的協(xié)議作出相應(yīng)的響應(yīng)（回送收集到的標(biāo)簽數(shù)據(jù)等）。

射頻模塊（射頻通道）與基帶模塊

讀寫器本身從電路實(shí)現(xiàn)角度來(lái)說(shuō)，又可劃分為兩大部分，即：射頻模塊（射頻通道）與基帶模塊。

射頻模塊實(shí)現(xiàn)的任務(wù)主要有兩項(xiàng)，第一項(xiàng)是實(shí)現(xiàn)將讀寫器欲發(fā)往射頻標(biāo)簽的命令調(diào)制（裝載）到射頻信號(hào)（也稱為讀寫器/射頻標(biāo)簽的射頻工作頻率）上，經(jīng)由發(fā)射天線發(fā)送出去。發(fā)送出去的射頻信號(hào)（可能包含有傳向標(biāo)簽的命令信息）經(jīng)過(guò)空間傳送（照射）到射頻標(biāo)簽上，射頻標(biāo)簽對(duì)照射其上的射頻信號(hào)作出響應(yīng)，形成返回讀寫器天線的反射回波信號(hào)。射頻模塊的第二項(xiàng)任務(wù)即是實(shí)現(xiàn)將射頻標(biāo)簽反射回讀寫器的回波信號(hào)進(jìn)行必要的加工處理，并從中解調(diào)（卸載）提取出射頻標(biāo)簽回送的數(shù)據(jù)。

基帶模塊實(shí)現(xiàn)的任務(wù)也包含兩項(xiàng)，第一項(xiàng)是將讀寫器智能單元（通常為計(jì)算機(jī)單元CPU或MPU）發(fā)出的命令加工（編碼）為便于調(diào)制（裝載）到射頻信號(hào)上的編碼調(diào)制信號(hào)。第二項(xiàng)任務(wù)即是對(duì)經(jīng)過(guò)射頻模塊解調(diào)處理的標(biāo)簽的回送數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行必要的處理（包含解碼），并將處理后的結(jié)果送入讀寫器智能單元。

一般情況下，讀寫器的智能單元也劃歸基帶模塊部分。智能單元從原理上來(lái)說(shuō)，是讀寫器的控制核心，從實(shí)現(xiàn)角度來(lái)說(shuō)，通常采用嵌入式MPU，并通過(guò)編制相應(yīng)的MPU控制程序?qū)κ瞻l(fā)信號(hào)實(shí)現(xiàn)智能處理以及與應(yīng)用程序之間的接口API。 射頻模塊與基帶模塊的接口為調(diào)制（裝載）/解調(diào)（卸載），在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中，通常射頻模塊包括調(diào)制/解調(diào)部分，并且也包括解調(diào)之后對(duì)回波信號(hào)的必要加工處理（如放大、整形）等。射頻模塊的收發(fā)分離是采用單天線系統(tǒng)時(shí)射頻模塊必須處理好的一個(gè)關(guān)鍵問題

讀寫器從接觸方式分

讀寫器分為接觸式讀寫器，非接觸式讀寫器，單界面讀寫器和雙界面讀寫器以及多卡座接觸式讀寫器。

讀寫器從接口分

讀寫器從接口上來(lái)看主要有：串口讀寫器、并口讀寫器、USB讀寫器、PCMCIA卡讀寫器和IEEE 1394讀寫器。前兩種讀寫器由于接口速度慢或者安裝不方便已經(jīng)基本被淘汰了，USB讀寫器是目前市場(chǎng)上最流行的讀寫器。

讀寫器從頻率分

從射頻頻率上分：低頻閱讀器、高頻閱讀器、超高頻讀寫器、雙頻讀寫器、433MHz有源讀寫器、微波有源讀寫器等。

從信息傳遞的基本原理來(lái)說(shuō)，射頻識(shí)別技術(shù)在低頻段基于變壓器耦合模型(初級(jí)與次級(jí)之間的能量及信號(hào)傳遞)，在高頻段基于雷達(dá)探測(cè)目標(biāo)的空間耦合模型 (雷達(dá)發(fā)射電磁波信號(hào)碰到目標(biāo)后攜帶目標(biāo)信息返回雷達(dá)接收機(jī))。1948年哈里·斯托克曼發(fā)表的“利用反射功率的通信”奠定了射頻識(shí)別射頻識(shí)別技術(shù)的理論基礎(chǔ)。

射頻識(shí)別技術(shù)的發(fā)展可按十年期劃分如下：

1940-1950年：雷達(dá)的改進(jìn)和應(yīng)用催生了射頻識(shí)別技術(shù)，1948年奠定了射頻識(shí)別技術(shù)的理論基礎(chǔ)。

1950-1960年：早期射頻識(shí)別技術(shù)的探索階段，主要處于實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)研究。

1960-1970年：射頻識(shí)別技術(shù)的理論得到了發(fā)展，開始了一些應(yīng)用嘗試。

1970-1980年：射頻識(shí)別技術(shù)與產(chǎn)品研發(fā)處于一個(gè)大發(fā)展時(shí)期，各種射頻識(shí)別技術(shù)測(cè)試得到加速。出現(xiàn)了一些最早的射頻識(shí)別應(yīng)用。

1980-1990年：射頻識(shí)別技術(shù)及產(chǎn)品進(jìn)入商業(yè)應(yīng)用階段，各種規(guī)模應(yīng)用開始出現(xiàn)。

1990-2000年：射頻識(shí)別技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化問題日趨得到重視，射頻識(shí)別產(chǎn)品得到廣泛采用，射頻識(shí)別產(chǎn)品逐漸成為人們生活中的一部分。

2000年后：標(biāo)準(zhǔn)化問題日趨為人們所重視，射頻識(shí)別產(chǎn)品種類更加豐富，有源電子標(biāo)簽、無(wú)源電子標(biāo)簽及半無(wú)源電子標(biāo)簽均得到發(fā)展，電子標(biāo)簽成本不斷降低，規(guī)模應(yīng)用行業(yè)擴(kuò)大。

至今，射頻識(shí)別技術(shù)的理論得到豐富和完善。單芯片電子標(biāo)簽、多電子標(biāo)簽識(shí)讀、無(wú)線可讀可寫、無(wú)源電子標(biāo)簽的遠(yuǎn)距離識(shí)別、適應(yīng)高速移動(dòng)物體的射頻識(shí)別技術(shù)與產(chǎn)品正在成為現(xiàn)實(shí)并走向應(yīng)用。

特別值得一提的是，在1998年美國(guó)麻省理工學(xué)院的David Brock博士和Sanjay Sarma教授在喝咖啡聊天時(shí)，談及物品自動(dòng)識(shí)別技術(shù)問題時(shí)產(chǎn)生的從系統(tǒng)的角度來(lái)解決物品自動(dòng)識(shí)別問題的靈感，由此導(dǎo)致了供應(yīng)鏈中物品自動(dòng)識(shí)別概念的一次革命，并最終在1999年10月1日正式創(chuàng)建Auto-ID Center這一非盈利性的開發(fā)組織。Auto-ID Center誕生后，迅速提出了產(chǎn)品電子代碼EPC(Electronic Product Code)的概念以及物聯(lián)網(wǎng)的概念與構(gòu)架，并積極推進(jìn)有關(guān)概念的基礎(chǔ)研究與實(shí)驗(yàn)工作?？梢哉f(shuō)，EPC與物聯(lián)網(wǎng)的概念將射頻識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用推到了極致，對(duì)射頻識(shí)別技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用的推廣起到了極大的推動(dòng)作用。

射頻識(shí)別技術(shù)的發(fā)展，一方面受到應(yīng)用需求的驅(qū)動(dòng)，另一方面射頻識(shí)別技術(shù)的成功應(yīng)用反過(guò)來(lái)又將極大地促進(jìn)應(yīng)用需求的擴(kuò)展。從技術(shù)角度說(shuō)，射頻識(shí)別技術(shù)的發(fā)展體現(xiàn)在若干關(guān)鍵技術(shù)的突破。從應(yīng)用角度來(lái)說(shuō)，射頻識(shí)別技術(shù)的發(fā)展目的在于不斷滿足日益增漲的應(yīng)用需求。

射頻識(shí)別技術(shù)的發(fā)展得益于多項(xiàng)技術(shù)的綜合發(fā)展。所涉及的關(guān)鍵技術(shù)大致包括：芯片技術(shù)、天線技術(shù)、無(wú)線收發(fā)技術(shù)、數(shù)據(jù)變換與編碼技術(shù)、電磁傳播特性。

隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，射頻識(shí)別產(chǎn)品的種類將越來(lái)越豐富，應(yīng)用也越來(lái)越廣泛?？梢灶A(yù)計(jì)，在未來(lái)的幾年中，射頻識(shí)別技術(shù)將持續(xù)保持高速發(fā)展的勢(shì)頭。射頻識(shí)別技術(shù)的發(fā)展將會(huì)在電子標(biāo)簽(射頻標(biāo)簽)、閱讀器、系統(tǒng)種類等方面取得新進(jìn)展。

在電子標(biāo)簽方面，電子標(biāo)簽芯片所需的功耗更低，技術(shù)更趨成熟。其作用距離將更遠(yuǎn)，無(wú)線可讀寫性能也將更加完善，并且能夠適合高速移動(dòng)物品識(shí)別，識(shí)別速度也將更加快，具有快速多標(biāo)簽讀寫功能。與此同時(shí)，在強(qiáng)場(chǎng)強(qiáng)下的自保護(hù)功能也會(huì)更加完善、智能性更強(qiáng)，成本更低。在讀寫器方面，多功能讀寫器，包括與條碼識(shí)別集成、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸、脫機(jī)工作等功能將被更多的應(yīng)用。同時(shí)，多種數(shù)據(jù)接口包括RS232，RS422/485，USB，紅外，以太網(wǎng)口也將得到應(yīng)用。而讀寫器將實(shí)現(xiàn)多制式多頻段兼容，能夠兼容讀寫多種標(biāo)簽類型和多個(gè)頻段標(biāo)簽。讀寫器會(huì)朝著小型化、便攜式、嵌入式、模塊化方向發(fā)展，成本將更加低廉，應(yīng)用范圍更加廣泛。在系統(tǒng)方面，低頻近距離系統(tǒng)將具有更高的智能、安全特性；高頻遠(yuǎn)距離系統(tǒng)性能將更加完善，成本更低。而2.45GHz和5.8GHz系統(tǒng)將更加完善。同時(shí)，無(wú)芯片系統(tǒng)將逐漸得到應(yīng)用。

總而言之，射頻識(shí)別技術(shù)未來(lái)的發(fā)展中，在結(jié)合其它高新技術(shù)，比如GPS、生物識(shí)別等技術(shù)，由單一識(shí)別向多功能識(shí)別方向發(fā)展的同時(shí)，將結(jié)合現(xiàn)代通信及計(jì)算機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)跨地區(qū)、跨行業(yè)應(yīng)用。2100433B