读写器

一般读写器的I/O接口形式主要有：

①RS-232串行接口：计算机普遍适用的标准串行接口，能够进行双向的数据信息传递。它的优势在于通用、标准，缺点是传输距离不会达到很远，传输速度也不会很快。

②RS-485串行接口：也是一类标准串行通信接口，数据传递运用差分模式，抵抗干扰能力较强，传输距离比RS-232传输距离较远，传输速度与RS-232差不多。

③以太网接口：阅读器可以通过该接口直接进入网络。

④USB接口：也是一类标准串行通信接口，传输距离较短，传输速度较高。

读写器即射频标签读写设备，是射频识别系统的两个重要组成部分（标签与读写器）之一。射频标签读写设备根据具体实现功能也有一些其他较为流行的别称，如：阅读器（Reader），查询器（Interrogator），通信器（Communicator），扫描器（Scanner），读写器（Reader and Writer），编程器（Programmer），读出装置（Reading Device），便携式读出器（Portable Readout Device），AEI设备（ Automatic Equipment Identification Device）等。 通常情况下，射频标签读写设备应根据射频标签的读写要求以及应用需求情况来设计。随着射频识别技术的发展，射频标签读写设备也形成了一些典型的系统实现模式，本章的重点也在于介绍这种读写器的实现原理。 从最基本的原理角度出发，射频标签读写设备一般均遵循如图《读写器》所示的基本模式。

读写器主要有两种工作方式，一种是读写器先发言方式（Reader Talks First，RTF），另一种是标签先发言方式（Tag Talks First，TTF ）。

在一般情况下，电子标签处于等待或休眠状态，当电子标签进入读写器的作用范围被激活以后，便从休眠状态转为接收状态，接受读写器发出的命令，进行相应的处理，并将结果返回给读写器。

这类只有接收到读写器特殊命令才发送数据的电子标签被称为RTF方式；

与此相反，进入读写器的能量场即主动发送数据的电子标签被称为TTF方式。

读写器之所以非常重要，这是由它的功能所决定的，它的主要功能有以下几点：

①实现与电子标签的通讯：最常见的就是对标签进行读数，这项功能需要有一个可靠的软件算法确保安全性、可靠性等。除了进行读数以外，有时还需要对标签进行写入，这样就可以对标签批量生产，由用户按照自己需要对标签进行写入。

②给标签供能:在标签是被动式或者半被动式的情况下，需要读写器提供能量来激活射频场周围的电子标签；阅读器射频场所能达到的范围主要由天线的大小以及阅读器的输出功率决定的。天线的大小主要是根据应用要求来考虑的，而输出功率在不同国家和地区，都有不同的规定。

③实现与计算机网络的通讯：这一功能也很重要，读写器能够利用一些接口实现与上位机的通讯，并能够给上位机提供一些必要的信息。

④实现多标签识别：读写器能够正确的识别其工作范围内的多个标签。

⑤实现移动目标识别：读写器不但可以识别静止不动的物体，也可以识别移动的物体。

⑥实现错误信息提示：对于在识别过程中产生的一些错误，读写器可以发出一些提示。

⑦对于有源标签，读写器能够读出有源标签的电池信息：如电池的总电量、剩余电量等。

典型的读写器终端一般由天线、射频接口模块和逻辑控制模块三部分构成，其结构图如下所示：

读写器天线

读写器的天线是发射和接收射频载波信号的设备， 它主要负责将读写器中的电流信号转换成射频载波信号并发送给电子标签，或者接收标签发送过来的射频载波信号并将其转化为电流信号，读写器的天线可以外置也可以内置，天线的设计对阅读器的工作性能来说非常重要，对于无源标签来说，它的工作能量全部由阅读器的天线提供。

读写器射频接口模块

读写器的射频接口模块主要包括发射器、射频接收器、时钟发生器和电压调节器等。该模块是读写器的射频前端，同时也是影响读写器成本的关键部位，主要负责射频信号的发射及接收。 其中的调制电路负责将需要发送给电子标签的信号加以调制，然后再发送； 解调电路负责将解调标签送过来的信号并进行放大； 时钟发生器负责产生系统的正常工作时钟。

读写器逻辑控制模块

读写器的逻辑控制模块是整个读写器工作的控制中心、智能单元，是读写器的“大脑”， 读写器在工作时由逻辑控制模块发出指令，射频接口模块按照不同的指令做出不同的操作。 它主要包括微控制器、存储单元和应用接口驱动电路等。 微控制器可以完成信号的编解码、数据的加解密以及执行防碰撞算法； 存储单元负责存储一些程序和数据； 应用接口负责与上位机进行输入或输出的通信。

下面以UHF频段读写器为例，详细介绍一下读写器的射频模块是如何工作的。射频模块又可以分为发射和接收两部分。 读写器的发射电路部分主要由混频器(Mixer)、数模转换器(DAC)、衰减器(Attenuator)、可变增益放大器(VGA)、功率分配器 (Power Splitter)、射频滤波器(Filter)、以及射频功率放大器(PA)。·发射部分的工作过程如下：

（1）阅读器控制压控振荡器，产生出频率为860-96OMHZ的载波信号，然后把这个信号传送给功分器；

（2）功率分配器把要发射的信号分成两部分，一部分发送到接收电路，作为接收信号进行混频时的信号源，另外一路则先经过衰减器再送到Mixer；

（3）通过混频，使阅读器的基带信号控制传送过来的载波信号的幅度相位变化，然后经过可变增益放大器（VGA）和射频滤波器以后，传至功率放大器；

（4）阅读器根据实际情况，自动调节发射信号的增益，然后经过射频功率放大器进行放大，最后再经过环行器传送到阅读器天线准备发射。这里环行器的作用就是将阅读器天线接收到的信号与发送的信号隔离开来，避免出现同频干扰。

读写器的接收部分主要包括功率分配器、混频器、模数转换器(ADC)以及射频滤波器，接收部分的工作流程是：

（1）由标签通过反向散射传递过来的信号通常功率比较小，它会首先进入环行器，以便与阅读器发射的载波信号分离，避免出现同频干扰。在通过射频滤波器后，进入到功率分配器，从这里出来的信号又分成了两路；

（2）自发射线路的未调制载波作为接收线路的本振信号产生两路参考信号，两路参考信号相位差是90°；

（3）两路参考信号与从第一步功分器分离出来的两路信号进行混频，生成两路基带信号，然后分别经过各自的运算放大器和低通滤波器以后，返回到阅读器的信号处理单元进行相关处理。

通过空间信道实现读写器向射频标签发送命令

读写设备与射频标签之间必然通过空间信道实现读写器向射频标签发送命令，射频标签接收读写器的命令后做出必要的响应，由此实现射频识别。此外，在射频识别应用系统中，一般情况下，通过读写器实现的对射频标签数据的无接触收集或读写器向射频标签中写入的标签信息均要回送到应用系统中或来自应用系统，这就形成了射频标签读写设备与应用系统程序之间的接口API（Application Program Interface）。

一般情况下，要求读写器能够接收来自应用系统的命令，并且根据应用系统的命令或约定的协议作出相应的响应（回送收集到的标签数据等）。

射频模块（射频通道）与基带模块

读写器本身从电路实现角度来说，又可划分为两大部分，即：射频模块（射频通道）与基带模块。

射频模块实现的任务主要有两项，第一项是实现将读写器欲发往射频标签的命令调制（装载）到射频信号（也称为读写器/射频标签的射频工作频率）上，经由发射天线发送出去。发送出去的射频信号（可能包含有传向标签的命令信息）经过空间传送（照射）到射频标签上，射频标签对照射其上的射频信号作出响应，形成返回读写器天线的反射回波信号。射频模块的第二项任务即是实现将射频标签反射回读写器的回波信号进行必要的加工处理，并从中解调（卸载）提取出射频标签回送的数据。

基带模块实现的任务也包含两项，第一项是将读写器智能单元（通常为计算机单元CPU或MPU）发出的命令加工（编码）为便于调制（装载）到射频信号上的编码调制信号。第二项任务即是对经过射频模块解调处理的标签的回送数据信号进行必要的处理（包含解码），并将处理后的结果送入读写器智能单元。

一般情况下，读写器的智能单元也划归基带模块部分。智能单元从原理上来说，是读写器的控制核心，从实现角度来说，通常采用嵌入式MPU，并通过编制相应的MPU控制程序对收发信号实现智能处理以及与应用程序之间的接口API。 射频模块与基带模块的接口为调制（装载）/解调（卸载），在系统实现中，通常射频模块包括调制/解调部分，并且也包括解调之后对回波信号的必要加工处理（如放大、整形）等。射频模块的收发分离是采用单天线系统时射频模块必须处理好的一个关键问题

读写器从接触方式分

读写器分为接触式读写器，非接触式读写器，单界面读写器和双界面读写器以及多卡座接触式读写器。

读写器从接口分

读写器从接口上来看主要有：串口读写器、并口读写器、USB读写器、PCMCIA卡读写器和IEEE 1394读写器。前两种读写器由于接口速度慢或者安装不方便已经基本被淘汰了，USB读写器是目前市场上最流行的读写器。

读写器从频率分

从射频频率上分：低频阅读器、高频阅读器、超高频读写器、双频读写器、433MHz有源读写器、微波有源读写器等。

从信息传递的基本原理来说，射频识别技术在低频段基于变压器耦合模型(初级与次级之间的能量及信号传递)，在高频段基于雷达探测目标的空间耦合模型 (雷达发射电磁波信号碰到目标后携带目标信息返回雷达接收机)。1948年哈里·斯托克曼发表的“利用反射功率的通信”奠定了射频识别射频识别技术的理论基础。

射频识别技术的发展可按十年期划分如下：

1940-1950年：雷达的改进和应用催生了射频识别技术，1948年奠定了射频识别技术的理论基础。

1950-1960年：早期射频识别技术的探索阶段，主要处于实验室实验研究。

1960-1970年：射频识别技术的理论得到了发展，开始了一些应用尝试。

1970-1980年：射频识别技术与产品研发处于一个大发展时期，各种射频识别技术测试得到加速。出现了一些最早的射频识别应用。

1980-1990年：射频识别技术及产品进入商业应用阶段，各种规模应用开始出现。

1990-2000年：射频识别技术标准化问题日趋得到重视，射频识别产品得到广泛采用，射频识别产品逐渐成为人们生活中的一部分。

2000年后：标准化问题日趋为人们所重视，射频识别产品种类更加丰富，有源电子标签、无源电子标签及半无源电子标签均得到发展，电子标签成本不断降低，规模应用行业扩大。

至今，射频识别技术的理论得到丰富和完善。单芯片电子标签、多电子标签识读、无线可读可写、无源电子标签的远距离识别、适应高速移动物体的射频识别技术与产品正在成为现实并走向应用。

特别值得一提的是，在1998年美国麻省理工学院的David Brock博士和Sanjay Sarma教授在喝咖啡聊天时，谈及物品自动识别技术问题时产生的从系统的角度来解决物品自动识别问题的灵感，由此导致了供应链中物品自动识别概念的一次革命，并最终在1999年10月1日正式创建Auto-ID Center这一非盈利性的开发组织。Auto-ID Center诞生后，迅速提出了产品电子代码EPC(Electronic Product Code)的概念以及物联网的概念与构架，并积极推进有关概念的基础研究与实验工作。可以说，EPC与物联网的概念将射频识别技术的应用推到了极致，对射频识别技术的发展与应用的推广起到了极大的推动作用。

射频识别技术的发展，一方面受到应用需求的驱动，另一方面射频识别技术的成功应用反过来又将极大地促进应用需求的扩展。从技术角度说，射频识别技术的发展体现在若干关键技术的突破。从应用角度来说，射频识别技术的发展目的在于不断满足日益增涨的应用需求。

射频识别技术的发展得益于多项技术的综合发展。所涉及的关键技术大致包括：芯片技术、天线技术、无线收发技术、数据变换与编码技术、电磁传播特性。

随着技术的不断进步，射频识别产品的种类将越来越丰富，应用也越来越广泛。可以预计，在未来的几年中，射频识别技术将持续保持高速发展的势头。射频识别技术的发展将会在电子标签(射频标签)、阅读器、系统种类等方面取得新进展。

在电子标签方面，电子标签芯片所需的功耗更低，技术更趋成熟。其作用距离将更远，无线可读写性能也将更加完善，并且能够适合高速移动物品识别，识别速度也将更加快，具有快速多标签读写功能。与此同时，在强场强下的自保护功能也会更加完善、智能性更强，成本更低。在读写器方面，多功能读写器，包括与条码识别集成、无线数据传输、脱机工作等功能将被更多的应用。同时，多种数据接口包括RS232，RS422/485，USB，红外，以太网口也将得到应用。而读写器将实现多制式多频段兼容，能够兼容读写多种标签类型和多个频段标签。读写器会朝着小型化、便携式、嵌入式、模块化方向发展，成本将更加低廉，应用范围更加广泛。在系统方面，低频近距离系统将具有更高的智能、安全特性；高频远距离系统性能将更加完善，成本更低。而2.45GHz和5.8GHz系统将更加完善。同时，无芯片系统将逐渐得到应用。

总而言之，射频识别技术未来的发展中，在结合其它高新技术，比如GPS、生物识别等技术，由单一识别向多功能识别方向发展的同时，将结合现代通信及计算机技术，实现跨地区、跨行业应用。2100433B