一种基于超高频rfid的远距离高速数据传输系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于RFID技术及应用系统设计技术领域，尤其涉及一种基于超高频RFID的远距离高速数据传输系统。
【背景技术】
[0002]射频识别(Rad1 Frequency Identificat1n，RFID)技术是一种非接触式自动识别技术，其工作原理是RFID读写器的天线和黏附在人或物上的RFID电子标签(又称电子标签)天线通过电磁波耦合(又称为电磁波反向散射)或电感耦合实现射频通信与信息交换，读写器自动采集并识别出RFID电子标签中存储的目标身份等信息。
[0003]RFID系统的工作流程就是将系统内RFID电子标签、读写器、上位机/后台依次连接起来，完成信息的采集、传输、处理与管理。首先RFID读写器通过其天线发出无线电信号，形成读写器的一个有效识别范围，当RFID电子标签进入这个识别范围时，RFID电子标签接收到来自读写器的电磁波信号被激活并进行命令解析，按照命令指示将电子标签中存储的数据信息通过其天线发送出去；然后读写器的天线接收来自RFID电子标签的射频信号，读写器对信号进行解调解码，通过上位机/后台或读写器自身判断接收的信息的合法性后，针对不同的设定发出不同的指令，如读取或改写电子标签中存储器的信息；最后读写器将处理后的数据信息传输至上位机/后台系统，上位机/后台对这些信息进行实时更新，并将这些信息共享给用户。
[0004]经过多年的研究和实践，RFID系统已经有了多种的实现方式。按照工作频率的不同，可将RFID系统划分为低频(Low Frequency ,LF)、高频(High Frequency ,HF)、超高频(Ultra-high Frequency，UHF)和微波(Microwave，MW)等几个类型。低频RFID系统工作在30KHz?300KHz频段，典型的工作频率有125KHz、133KHz和134.2KHz。低频电子标签一般为无源电子标签，并且可以有多重形状，其工作能量通过电子标签的天线(线圈)与读写器的天线(线圈)之间的电感耦合(变压器耦合)方式获得，电子标签与读写器进行数据交换时，电子标签必须位于读写器天线辐射的近场区内，即读写器天线及RFID电子标签天线均有很强的方向性。由于低频磁场的高穿透性，识别距离不受周围附件材料特性的影响(金属除外)。但是相比于其他频段的无源电子标签，其天线成本较高，读写距离近，速度慢，多电子标签防碰撞能力弱。高频RFID系统工作在3MHz?30MHz频段，典型的工作频率为13.56MHz，一般亦是无源电子标签，工作原理与低频RFID系统完全相同。相比于低频RFID系统，高频RFID系统提高了数据传输速率，和电子标签内部储存空间，但是其识别距离虽然相比低频RFID系统得到了提高，达到了I米量级，仍然无法满足远距离识别的要求。超高频RFID系统工作在300?1000MHz频率范围内，典型的工作频段有433.05MHz?434.79MHz、840MHz?845MHz、860MHz?960MHz。相比于低频和高频RFID系统，超高频RFID系统具有更高的数据传输速率以及更大的电子标签存储空间，其防碰撞能力也得到了显著的提高。较之高频RFID系统I米量级的识别距离，超高频RFID系统的识别距离能达到10米量级，带有电池的超高频RFID电子标签的识别距离可达百米量级；较之微波与毫米波RFID系统，超高频RFID系统的抗干扰能力更强，技术更为成熟，成本更低。因此，非常适合于高速、远距离、多目标的RFID系统应用。
[0005]超高频RFID电子标签有无源和有源两种类型，其区别主要在于RFID电子标签的能量供给方式不同，识别距离不同。无源便签内部没有电源供电，工作时，将读写器发射的射频信号整流为直流能量供给相应电路，同时解调射频信号，将电子标签内存数据通过反向散射调制来自读写器的射频载波的方式发射至读写器。由于电子标签只能从射频信号中提取能量，因此识别距离有限。有源RFID电子标签内置有电源，其工作的能量来自内置电源，无需通过反向散射调制机制来返回数据，可主动发起射频通信，有源电子标签相比于无源电子标签，具有更远的识别距离和通信可靠性。
[0006]但是，现有的RFID技术一般仅具有身份识别的功能，存在功能单一、应用领域较窄等问题。此外，现有的技术虽然已发展到RFID与传感器技术的结合，但受限于RFID国际标准对其数据速率的规定，现有的技术一般是将RFID与低速传感器结合，尚未出现RFID与高速传感器结合的技术。
【发明内容】
[0007]为解决上述技术问题，本发明提出了一种基于超高频RFID的远距离高速数据传输系统，结合超高频RFID与无线高速远距离数据传输的技术，应用于高速传感器信息无线传输上，极大扩展了 RFID系统功能与应用领域。
[0008]本发明的技术方案为:一种基于超高频RFID的远距离高速数据传输系统，包括:阅读系统以及电子标签，所述阅读系统包括:上位机以及阅读器;所述上位机控制阅读器向电子标签发送传感器信息采集命令;所述电子标签根据阅读器发送过来的传感器信息采集命令，对高速传感器数据进行采集、量化，电子标签通过无线传输方式将量化后的数据发送至阅读器，阅读器将数据传送给上位机进行显示。
[0009]进一步地，所述电子标签包括:直流电源模块、DC-DC模块、VGA输入模块、ADC模块、FPGA芯片、调制解调电路、天线，所述直流电源模块将AC电源转换为DC电压，所述DC-DC模块用于产生第一电压以及第二电压，所述第一电压用于为ADC模块供电，所述第二电压用于为FPGA芯片以及调制解调电路供电，所述ADC模块在FPGA芯片的控制下将模拟信号转换为数字信号，并将该数字信号传送至FPGA芯片，所述FPGA芯片将ADC模块传送过来的数字信号存入内部SRAM单元中，所述天线在FPGA芯片的控制下将数字信号发送给阅读器。
[0010]进一步地，所述阅读器采用循环发送读取命令的方式。
[0011]进一步地，阅读器识别电子标签的过程为:读写器向电子标签发送Select命令，设定电子标签属性以及标志；读写器向电子标签发送Query命令，电子标签返回RN16，电子标签状态转为R印Iy状态；阅读器向电子标签发送ACK命令，电子标签向读写器返回EPC。
[0012]更进一步地，阅读器在识别到电子标签后，阅读器向电子标签发送Req_RN命令，使电子标签进入开放或者保护状态，同时阅读器接收到电子标签返回的RN16，并将RN16作为句柄纳入Sensor_collect命令中发送给电子标签。
[0013]本发明的有益效果:本发明的一种基于超高频RFID的远距离高速数据传输系统，包括:上位机、阅读器以及电子标签;所述电子标签包括:直流电源模块、DC-DC模块、ADC模块、FPGA芯片、调制解调电路、天线；本发明采用的有源超高频电子标签识别距离可达百米量级，实现远距离数据传输，ADC将高速传感器输入的高速数据信号中的模拟信号转换为数字信号，FPGA将该数据存入内部SRAM中，再以相对较低的无线数据传输速率将数据发送给阅读器;并且阅读器并且采用循环发送读取命令方式，一次读取命令只读取少量的数据，待阅读器接收到发生的数据后，再发送下一条读取命令读取下一组数据，直到完成全部数据的传输，提高了数据传输的可靠性，并大大提升数据传输效率。
【附图说明】
[0014]图1为本发明提供的系统结构示意图。
[0015]图2为本发明提供的阅读器与标签通信处理流程图。
[0016]图3为本发明提供的传感器信息采集，读写器和标签交互过程。
[0017]图4为本发明提供的电子标签系统架构。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明:
[0019]如图1所示，本发明的一种基于超高频RFID的远距离高速数据传输系统，包括:上位机、阅读器以及电子标签;所述电子标签包括:直流电源模块、DC-DC模块、ADC模块、FPGA芯片、调制解调电路、天线;通过上位机控制阅读器发送传感器信息采集命令，电子标签接收到传感器信息采集命令后，通过FPGA控制ADC进行采样、量化，并将ADC输出数据存储于FPGA内部SRAM中，阅读器发送读取电子标签信息命令，电子标签将存储于SRAM中的传感器数据通过无线方式发送给阅读器，并将数据上传于上位机显示。本发明采用的电子芯片为超高频RFID芯片。
[0020]本发明通过FPGA芯片实现数字控制逻辑，FPGA芯片用于实现IS018000-6C协议及自定义的数据传输与处理命令，具体为:满足相关标准的数字基带处理电路及对ADC高速数据的采集、处理及发送控制。FGPA芯片内部SRAM存储器，读写速度不低于100Mb/s，满足对于高速数据的存储需求。FPGA用于
[0021]数字控制逻辑对相关标准命令的解析/处理及对ADC输出数据的采集/处理流程如图2所示。当阅读器发送盘存命令时，电子标签处理命令并返回相应数据；当阅读器发送传感器信息采集命令Sensor_collect时，数字基带电路控制ADC对高速传感器信息进行采样、量化，实现将高速传感器中的模拟信号转换为数字信号，数字基带电路将ADC量化后得