基于物联网应用的高频RFID阅读器设计方案解析

　一 设计摘要
　　“物联网”的概念最早在1999年提出，具体来说是一个覆盖世界上万事万物的“Internet of Things”：在物联网中，RFID标签携带的ID编码可以与真实世界中的任何物品相捆绑，从而使物体拥有网络上的虚拟“身份”；通过RFID标签上的ID编码，可以在网络上实时查询和动态跟踪标签所贴附物品的属性、特征及其他信息。“物联网”可以实现全球范围内物品跟踪与信息共享，大幅提高管理与运作效率，降低成本，给全球供应链的各个环节（仓储物流、生产制造、物品追踪、商业零售、公共服务等等行业）带来深层次变革。而要实现上述愿景，则必须有大量分布式的基础设施——具有联网功能的嵌入式RFID阅读器终端，才能“随时随地”的采集RFID标签信息，实现物联网的无缝全面覆盖。因此，本项目的目标就是基于PIC32技术，实现具有联网功能的嵌入式RFID阅读器终端。
　　系统原理和技术特点 ：
　　射频识别（Radio Frequency Identity， RFID）系统主要由电子标签（tag）、阅读器（reader）和数据管理系统这三个主要部分组成，如图1【RFID系统原理】所示：
　　
　　图1 RFID系统原理
　　电子标签部分又可以细分为标签天线和标签芯片两部分。每个电子标签都含有唯一的识别码，用来表示电子标签所附着的物体。当电子标签接收到阅读器的发射信号的时候，电子标签被“唤醒”，然后根据阅读器发射的指令完成相应的动作，并将响应信息发射回给阅读器。电子标签上的存储单元，可以反复读写10，000次以上。
　　阅读器也可以细分为阅读器天线和阅读器两部分。阅读器通过阅读器天线发射信号“唤醒”和传送指令给电子标签，并接收标签返回的信号。在初步滤波、处理信号之后，完成对电子标签信息的获取和解析，将有用的数据通过网络和数据管理系统交互。
　　数据管理系统主要完成数据信息的存储及管理。数据管理系统可以由简单的本地软件担当，也可以是集成了RFID管理模块的分布式ERP管理软件。
　　RFID系统的通信过程是阅读器给RFID标签信息和获得标签上信息的过程。由于RFID标签本身无电源，所以必须依靠从阅读器发送的射频信号中获得的能量，即所谓的波束供电技术。而标签获得能量仅够供给标签本身使用，没有多余的能量可供射频信号源工作，必须利用无源反射调制技术来实现RFID阅读器与标签之间的通信。无源反射调制技术就是在RFID系统的整个通信过程中，只存在一个发射机，即阅读器。而RFID标签在应答过程中对阅读器发射的连续波射频信号进行调制，再将已调制的射频信号反射回去，被阅读器接收解码，完成信息传递功能。波束供电技术和无源反射调制技术是反射调制式RFID系统的两大关键技术。
　　由图2【RFID系统技术特点】所示，UHF频段反射调制式RFID系统主要包括RFID阅读器和RFID标签两个部分，两者之间通过阅读器天线和标签天线建立无线信道通信。
　　
　　图2 RFID系统技术特点
　　RFID系统通信的按照时序先后大致可分为两个阶段：
　　第一阶段：阅读器将基带发射信号调制到载波上，发送给标签；标签从载波中获取能量，并解调阅读器发射的基带信号，得到阅读器发出的指令。
　　第二阶段：阅读器连续发射无调制的载波用以提供标签持续工作的能量，以及标签反射调制需要的载波；标签根据接收的阅读器指令内容，将标签的返回信息反射调制到来自阅读器的连续载波上，传输给阅读器。阅读器接收到标签返回信号后，解调出所需的基带信号。