一種遠(yuǎn)距離識(shí)別裝置的制造方法
【專利摘要】一種遠(yuǎn)距離識(shí)別裝置，把射頻接收后的信號(hào)經(jīng)過(guò)FFSK調(diào)制/解調(diào)模塊恢復(fù)后輸入CPU，CPU輸出信號(hào)通過(guò)FFSK調(diào)制/解調(diào)模塊、PLL調(diào)頻模塊、高效功放模塊經(jīng)收發(fā)轉(zhuǎn)換模塊輻射到天線。本實(shí)用新型的遠(yuǎn)距離識(shí)別裝置，改變了識(shí)別條件過(guò)于嚴(yán)格的無(wú)線通信系統(tǒng)，大幅度提高了系統(tǒng)性能，有效地提高了識(shí)別距離，改變了數(shù)據(jù)調(diào)制的方式，提高了接收靈敏度，制定了適合系統(tǒng)工作的新的通信協(xié)議，增強(qiáng)了數(shù)據(jù)傳輸時(shí)的安全性與可靠性；利用太陽(yáng)電池作為電能補(bǔ)充，大大提高了識(shí)別器連續(xù)工作的能力。
【專利說(shuō)明】
一種遠(yuǎn)距離識(shí)別裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及無(wú)線射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于動(dòng)態(tài)管理的遠(yuǎn)距離識(shí)別裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在常規(guī)的RFID系統(tǒng)中，當(dāng)作為應(yīng)答器的IC卡、電子標(biāo)簽等處在其讀寫器的有效范圍內(nèi)時(shí)，應(yīng)答器就能獲取讀寫器輻射出的無(wú)線電波而被激活，讀寫器與應(yīng)答器之間便建立其無(wú)線通信，進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)交換，這種交換信息按一定格式處理并進(jìn)行加密，數(shù)據(jù)傳輸安全可靠，因此該技術(shù)被廣泛應(yīng)用在公共交通交費(fèi)卡、車輛檢查檢測(cè)卡、身份識(shí)別卡等近距離識(shí)別及信息交換領(lǐng)域。
[0003]但由于常規(guī)的RFID系統(tǒng)中的IC卡應(yīng)答器體積小、無(wú)電源，電能只能從讀寫器輻射出的無(wú)線電波中獲取，而有源電子標(biāo)簽雖預(yù)置了鋰電池，但使用時(shí)間必竟有限，與讀寫器之間的無(wú)線通信功率非常小，識(shí)別距離很有限，除此之外，RFID功能受限的原因還有以下幾個(gè)方面:
[0004]1、使用頻段易受干擾。目前使用的功率小于10mw不受無(wú)線電管理委員會(huì)嚴(yán)格管理的頻段是:13.56MHz、433MHz、860-960MHz、2.45GHz、5.8GHz，而IC 卡最普遍的是使用13.56MHZ，電子標(biāo)簽大都采用2.45GHZ，因此RFID系統(tǒng)稍不注意就會(huì)遇到被干擾的環(huán)境。盡管目前國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織專門為此制定了IS014443和IS015693標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行了嚴(yán)格規(guī)定，但被受到干擾的可能性仍然極易發(fā)生。
[0005]2、數(shù)據(jù)調(diào)制載波的方式過(guò)于簡(jiǎn)單。無(wú)線通信系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)必須要反映在載波的哪個(gè)特征上，才能傳輸，常規(guī)RFID采用的振幅鍵控即ASK方式。這種把數(shù)據(jù)反映在載波的振幅變化上是最簡(jiǎn)單的方法，盡管ASK還提供了間斷式的電能供應(yīng)答器芯片使用，但ASK性能最差，但由于其解調(diào)簡(jiǎn)單方便，而不得己采用的工作方式。
[0006]3、傳輸速率和靈敏度無(wú)法進(jìn)一步同時(shí)提高。常規(guī)的RFID的數(shù)據(jù)傳輸速率需要很高，達(dá)每秒10KBit以上，因?yàn)殡p方識(shí)別距離很短，數(shù)據(jù)交換必須在很短時(shí)間內(nèi)完成。但過(guò)高的傳輸速率要占用較寬的傳輸通帶，而接收機(jī)在通帶過(guò)寬時(shí)的接收靈敏度大大下降，作用距離就會(huì)受到影響，這是一對(duì)矛盾，一方面不可能靠加大發(fā)射功率來(lái)提高傳輸距離，另一方面由于靈敏度受噪聲影響又提高不了，致使目前RFID靈敏度值僅為-80dBm到-102dBm之間，即使有源標(biāo)簽發(fā)射功率最大可達(dá)15dBm(31mw)，但系統(tǒng)作用距離仍達(dá)不到千米數(shù)量級(jí)。
[0007]4、天線效率低。讀寫器與應(yīng)答器之間相互識(shí)別的距離很有限，IC卡(無(wú)源)識(shí)別距離僅為2-lOcm，有源標(biāo)簽識(shí)別距離在80米左右，即使采用固定定向讀寫器，它加裝了帶功率放大的高增益定向天線，其識(shí)別距離也很難超過(guò)1000米。而且識(shí)別可靠性還與應(yīng)答器是否處在讀寫器的最大輻射范圍內(nèi)有關(guān)，相互位置稍有變化，識(shí)別能力大大下降。因此常規(guī)RFID不適用在任何方向上的同時(shí)識(shí)別和遠(yuǎn)距離識(shí)別，由于這些致命的缺點(diǎn)存在，致使其應(yīng)用范圍受到了很大限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了克服常規(guī)RFID識(shí)別系統(tǒng)存在的上述問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種識(shí)別距離遠(yuǎn)、靈敏度高的遠(yuǎn)距離識(shí)別裝置。
[0009]本實(shí)用新型為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是:一種遠(yuǎn)距離識(shí)別裝置，射頻接收的信息輸入FFSK調(diào)φ?」/解調(diào)模塊，F(xiàn)FSK調(diào)制/解調(diào)模塊處理后的信息信號(hào)輸入CPU，CPU輸出信號(hào)通過(guò)FFSK調(diào)制/解調(diào)模塊、PLL調(diào)頻模塊、高效功放模塊輸入收發(fā)轉(zhuǎn)換模塊，收發(fā)轉(zhuǎn)換模塊連接天線。
[0010]所述收發(fā)轉(zhuǎn)換模塊將接收到的讀寫器信息通過(guò)高靈敏接收模塊輸入FFSK調(diào)制/解調(diào)豐吳塊。
[0011 ]所述CPU連接用于預(yù)置數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)器。
[0012 ]配有可充電鋰電池組和太陽(yáng)能輔助充電系統(tǒng)，太陽(yáng)能輔助充電系統(tǒng)包括太陽(yáng)能電池組和電源充放電管理模塊，太陽(yáng)能電池組通過(guò)電源充放電管理模塊連接鋰電池組輸入端。
[0013]本實(shí)用新型的遠(yuǎn)距離識(shí)別裝置，重點(diǎn)改變了識(shí)別條件過(guò)于嚴(yán)格的無(wú)線通信系統(tǒng)，大幅度提高了系統(tǒng)性能，有效地提高了識(shí)別距離，將RFID應(yīng)用推上一個(gè)新的高度，改變了數(shù)據(jù)調(diào)制的方式，由ASK改為FFSK，(相位連續(xù)FSK)通道帶寬比較窄，提高了抗干擾和抗誤碼能力。提高了接收靈敏度，可達(dá)到_120dBm以上，比常規(guī)RFID高幾十倍;發(fā)射采用了高效率功放技術(shù);系統(tǒng)可以采用異頻全雙工工作或單頻單工工作兩種模式；制定了適合系統(tǒng)工作的新的通信協(xié)議，增強(qiáng)了數(shù)據(jù)傳輸時(shí)的安全性與可靠性;利用太陽(yáng)電池作為電能補(bǔ)充，大大提高了識(shí)別器連續(xù)工作的能力。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是本實(shí)用新型遠(yuǎn)距離識(shí)別裝置的結(jié)構(gòu)原理框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]本實(shí)用新型的遠(yuǎn)距離識(shí)別裝置原理如圖1所示，射頻接收的信號(hào)經(jīng)FFSK調(diào)制解調(diào)模塊恢復(fù)后輸入CPU O CPU輸出信號(hào)通過(guò)FFSK調(diào)制/解調(diào)模塊、PLL調(diào)頻模塊、高效功放模塊輸入收發(fā)轉(zhuǎn)換模塊，收發(fā)轉(zhuǎn)換模塊連接天線，收發(fā)轉(zhuǎn)到天線。CPU連接用于預(yù)置數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)器。該應(yīng)答器配有可充電鋰電池組和太陽(yáng)能輔助充電系統(tǒng)，太陽(yáng)能輔助充電系統(tǒng)包括太陽(yáng)能電池組和電源充放電管理模塊，太陽(yáng)能電池組通過(guò)電源充放電管理模塊連接鋰電池組輸入端。
[0016]各部分原理如下:
[0017]FFSK調(diào)制/解調(diào)模塊:快速頻偏鍵控，也叫相位連續(xù)頻移鍵控，數(shù)據(jù)的變化反映在調(diào)制信號(hào)的頻率變化上，抗干擾能力大大增強(qiáng)，占用基帶寬度較窄，二進(jìn)制解碼特性改善。FFSK是一個(gè)基帶波形變換器。
[0018]PLL調(diào)頻模塊:是一種高穩(wěn)定度的頻率產(chǎn)生器，用于確定無(wú)線通信系統(tǒng)的頻段和頻點(diǎn)，并可以靈活配置。在要求的頻點(diǎn)上PLL也用作高性能的調(diào)頻器。因此識(shí)別器可靈活配置到不同的工作頻道上。FFSK信號(hào)對(duì)PLL進(jìn)行直接調(diào)頻，選擇合適的調(diào)制指數(shù)，使調(diào)頻性能達(dá)到最佳。
[0019]高效率功放模塊:采用C類或D類高效功放，電能轉(zhuǎn)換效率極高。
[0020]高靈敏接收模塊:由于是帶寬有限的調(diào)頻信號(hào)，可采用高增益限幅較大，獲取高質(zhì)量接收，其靈敏度可接近_120dBm，比常規(guī)高幾十倍。
[0021]收發(fā)轉(zhuǎn)換模塊:共用一付天線，提供接收與發(fā)射的切換和保護(hù)。
[0022]在應(yīng)答器中采用有源供電方式:配有可充電鋰的電池，為了使電能及時(shí)補(bǔ)充，增加了太陽(yáng)能輔助充電系統(tǒng)。
[0023]協(xié)議流程:讀寫器在一個(gè)規(guī)定的周期里，4秒左右，只有在開始的很短一段時(shí)間內(nèi)發(fā)出自身系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)識(shí)別碼、讀寫器ID碼、功能指令碼以及對(duì)在上一個(gè)周期里收到的多個(gè)應(yīng)答器信息后的確認(rèn)碼。應(yīng)答器在收到讀寫器的網(wǎng)絡(luò)識(shí)別和ID碼后，確認(rèn)自己已在識(shí)別網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，再根據(jù)收到的功能指令碼，執(zhí)行相關(guān)的操作。在滿足條件時(shí)，就在隨后周期剩余時(shí)間內(nèi)，按一定規(guī)則選擇自己的時(shí)間窗口，上傳應(yīng)答信息，并在下一個(gè)周期接收讀寫器發(fā)出的對(duì)自己的確認(rèn)信息。收到確認(rèn)，表明信息傳輸成功，以后就不再響應(yīng)讀寫器的同一個(gè)指令，除非有新的功能指令需要發(fā)出。如收不到確認(rèn)，則繼續(xù)選擇窗口重傳。由于讀寫器的周期絕大部分用于應(yīng)答器的上傳，因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)最多可允許16個(gè)應(yīng)答器一起響應(yīng)。同時(shí)通過(guò)確認(rèn)，使應(yīng)答器免去不必要的重復(fù)響應(yīng)，提高了系統(tǒng)識(shí)別的容量。
[0024]數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋Ｗo(hù)措施:讀寫器與應(yīng)答器之間每次只交換一幀數(shù)據(jù)，這幀數(shù)據(jù)為了安全先進(jìn)行加密處理，再作16位CRC校驗(yàn)，并把以上數(shù)據(jù)連同CRC校驗(yàn)碼分組作糾錯(cuò)編碼處理(糾一位隨機(jī)錯(cuò)誤)，在傳輸前再作交織處理，接收時(shí)先解交織、糾錯(cuò)，再16位CRC校驗(yàn)，最后解密，恢復(fù)出原始一幀數(shù)據(jù)。由于采用多重保護(hù)措施，它能對(duì)無(wú)線傳輸系統(tǒng)中可能引發(fā)的一定長(zhǎng)度的突發(fā)錯(cuò)誤和任一位隨機(jī)錯(cuò)誤都有自動(dòng)糾正能力，因此在有干擾時(shí)，系統(tǒng)仍能安全準(zhǔn)確可靠的工作，也有效增加了相互識(shí)別的距離。
[0025]本實(shí)用新型的遠(yuǎn)距離識(shí)別裝置，讀寫器與應(yīng)答器之間識(shí)別距離可以達(dá)到3000米以上最遠(yuǎn)可達(dá)10000米，這時(shí)有源應(yīng)答器的輸出功率接近或小于lOmw，僅是常規(guī)RFID有源電子標(biāo)簽功率的1/3。讀寫器與應(yīng)答器只要在有效距離范圍內(nèi)，不論雙方處于什么相對(duì)狀態(tài)都能正確識(shí)別。讀寫器與應(yīng)答器之間識(shí)別的內(nèi)容更加豐富，更加智能?？梢栽趹?yīng)答器中嵌入GPS設(shè)備，也可增加進(jìn)入非正常區(qū)域的識(shí)別及上傳等功能。
[0026]在具體實(shí)施時(shí)其調(diào)制方法也可以采用2PSK(相移鍵控)，PJM(相位跳變調(diào)制)，GMSK(高斯型最小頻移鍵控)等各種二進(jìn)制調(diào)制方式。四進(jìn)制調(diào)制方式，如4FSK，只要調(diào)制/解調(diào)器作些調(diào)整，就可以適應(yīng)各種調(diào)制。其它收發(fā)部分相同。協(xié)議和數(shù)據(jù)保護(hù)措施也可通用。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種遠(yuǎn)距離識(shí)別裝置，其特征在于:射頻接收的信息輸入FFSK調(diào)制/解調(diào)模塊，F(xiàn)FSK調(diào)制/解調(diào)模塊處理后的信息信號(hào)輸入CPU，CPU輸出信號(hào)通過(guò)FFSK調(diào)ffjij/解調(diào)模塊、PLL調(diào)頻模塊、高效功放模塊輸入收發(fā)轉(zhuǎn)換模塊，收發(fā)轉(zhuǎn)換模塊連接天線。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種遠(yuǎn)距離識(shí)別裝置，其特征在于:所述收發(fā)轉(zhuǎn)換模塊將接收到的讀寫器信息通過(guò)高靈敏接收模塊輸入FFSK調(diào)制/解調(diào)模塊。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種遠(yuǎn)距離識(shí)別裝置，其特征在于:所述CHJ連接用于預(yù)置數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)器。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種遠(yuǎn)距離識(shí)別裝置，其特征在于:配有可充電鋰電池組和太陽(yáng)能輔助充電系統(tǒng)，太陽(yáng)能輔助充電系統(tǒng)包括太陽(yáng)能電池組和電源充放電管理模塊，太陽(yáng)能電池組通過(guò)電源充放電管理模塊連接鋰電池組輸入端。
【文檔編號(hào)】G06K7/10GK205490541SQ201620174217
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年3月8日
【發(fā)明人】李齊營(yíng), 張來(lái)保, 孫洪濤
【申請(qǐng)人】李齊營(yíng), 張來(lái)保, 孫洪濤