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1、物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程点击此处结束放映电电子子教教案案第1页/共60页物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程 本书物联网-射频识别（RFID）核心技术教程由物联网-射频识别（RFID）核心技术详解一书改编而来。物联网-射频识别（RFID）核心技术详解2011年11月荣获陕西省普通高等学校优秀教材一等奖，2012年12月修订出版第2版，2013年荣获陕西省高等教育教学成果二等奖。物联网-射频识别（RFID）核心技术教程2016年出
2、版，本书适合作为高校教材。点击此处结束放映第2页/共60页物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程 第12章 读写器的体系结构点击此处结束放映第3页/共60页 读写器的组成与设计要求读写器的组成与设计要求12.2低频读写器低频读写器12.3高频读写器高频读写器12.4微波读写器微波读写器12.5物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程点击此处结束放映读写器在读写器在RFID应用系统中的作用应用系统中的作用12.1第4页/共60页物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程 点击此处结束放映读
3、写器在读写器在RFID应用系统中的作用应用系统中的作用12.1第5页/共60页物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程在RFID应用系统中，要从一个电子标签中读出数据或者向一个电子标签中写入数据，需要非接触式的读写器作为接口。读写器与电子标签的所有动作均由应用软件控制，对一个电子标签的读写操作是严格按照“主-从”原则进行的。RFID应用系统的“主-从”原则如图12.1所示，其中包括应用软件与读写器的“主-从”原则和读写器与电子标签的“主-从”原则。点击此处结束放映第6页/共60页物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程点击
4、此处结束放映第7页/共60页物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程 点击此处结束放映读写器的组成与设计要求读写器的组成与设计要求12.2第8页/共60页物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程各种读写器虽然在工作频率、耦合方式、通信流程和数据传输方式等方面有很大的不同，但在组成和功能方面是十分类似的。读写器的主要功能是将数据加密后发送给电子标签，并将电子标签返回的数据解密，然后传送给计算机网络。点击此处结束放映第9页/共60页物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程12.2.1 读写器
5、的组成 1.读写器的软件读写器的所有行为均由软件来控制完成。软件向读写器发出读写命令，作为响应，读写器与电子标签之间就会建立起特定的通信。点击此处结束放映第10页/共60页物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程2.读写器的硬件读写器的硬件一般由天线、射频模块、控制模块和接口组成。图12.1 读写器的结构框图 点击此处结束放映第11页/共60页物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程（1）控制模块控制模块由ASIC组件和微处理器组成。点击此处结束放映第12页/共60页物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技
6、术教程）核心技术教程（2）射频模块射频模块主要由发送电路和接收电路构成。（3）读写器的接口控制模块与应用软件之间的数据交换通过读写器的接口来实现。RS-232、RS-485、RJ-45或WLAN接口。（4）天线 天线是用来发射或接收无线电波的装置。读写器与电子标签是利用无线电波传递信息，当信息通过电磁波在空间传播时，电磁波的产生和接收要通过天线来完成。点击此处结束放映第13页/共60页物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程12.2.2 读写器的设计要求读写器在设计时需要考虑许多因素，包括基本功能、应用环境、电器性能和电路设计等。点击此处结束放映第14页/共
7、60页物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程1 读写器的基本功能和应用环境 （1）读写器是便携式还是固定式。（2）支持一种还是多种类型电子标签的读写。（3）读写器的读取距离和写入距离。（4）读写器周边的电磁环境、温度、湿度和安全等环境。点击此处结束放映第15页/共60页物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程 2读写器的电气性能（1）空中接口的方式。（2）防碰撞算法的实现方法。（3）加密的需求。（4）供电方式与节约能耗的措施。（5）电磁兼容（EMC）性能。点击此处结束放映第16页/共60页物联网射频识别（物联网射频识别（
8、RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程3.读写器的电路设计（1）选用现有的读写器芯片或是自行进行设计。（2）天线的形式与匹配的方法。（3）收、发通道信号的调制方式与带宽。（4）若是自行进行电路模块设计，还应设计相应的编码与解码、防碰撞处理、加密和解密等电路。点击此处结束放映第17页/共60页物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程 点击此处结束放映低频读写器低频读写器12.3第18页/共60页物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程低频读写器主要工作在125KHz，可以用于门禁考勤、汽车防盗和动物识别等方面。下面以U
9、2270B芯片为例，介绍低频读写器的构成和主要应用。点击此处结束放映第19页/共60页物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程12.3.1 基于U2270B芯片的读写器1.U2270B芯片 U2270B芯片是ATMEL公司生产的基站芯片，该基站可以对一个IC卡进行非接触式的读写操作。点击此处结束放映第20页/共60页物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程点击此处结束放映第21页/共60页物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程2.基于U2270B芯片的读写器由U2270B构成的读写器模
10、块，关键部分是天线、射频读写基站芯片U2270B和微处理器。基站芯片U2270B通过天线以125KHz的调制射频信号为RFID电子标签提供能量(电源)，同时接收来自RFID电子标签的信息，并以曼彻斯特编码输出。天线一般由铜制漆包线绕制，直径3cm、线圈100圈即可，电感值为1.35mH。微处理器可以采用多种型号，如单片机AT89C2051、单片机AT89S51等。点击此处结束放映第22页/共60页物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程12.3.2 考勤系统的读写器 由U2270B构成的读写器，可以用于学生考勤系统。其中，电子标签由卡片构成，读卡器由基站芯片
11、U2270B及其支撑电路、主控芯片MCU及其支撑电路、外围接口电路（键盘、液晶、时钟和串口模块）构成。点击此处结束放映第23页/共60页物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程1.射频模块发射频率是U2270B输出的天线驱动频率。天线端子线圈的发射频率是由线圈回路的电阻、电容决定。2.天线模块3.电源模块4.数据输入与输出模块点击此处结束放映第24页/共60页物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程12.3.3 汽车防盗系统的读写器 射频识别以非接触、无视觉、高可靠的方式传递特定的识别信息，适合用于汽车防盗装置，能够有效地
12、达到汽车防盗的目的。点击此处结束放映第25页/共60页物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程1.防盗系统的工作原理汽车防盗装置的基本原理是将汽车启动的机械钥匙与电子标签相结合，即将小型电子标签直接装入到钥匙把手内，当一个具有正确识别码的钥匙插入点火开关后，汽车才能用正确的方式进行启动。点击此处结束放映第26页/共60页物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程2.防盗系统的组成图12.7 汽车防盗系统的基本组成 点击此处结束放映第27页/共60页物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程3
13、.硬件电路设计图12.9 汽车防盗系统的硬件电路 点击此处结束放映第28页/共60页物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程点击此处结束放映高频读写器高频读写器12.4第29页/共60页物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程高频读写器主要工作在13.56MHz，典型的应用有我国第二代身份证、电子车票和物流管理等。下面以MF RC500芯片为例，介绍高频读写器的构成和主要应用。点击此处结束放映第30页/共60页物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程12.4.1 MF RC500芯片Ph
14、ilips公司的MF RC500芯片主要应用于13.56MHz，是非接触、高集成的IC读卡芯片。该IC读卡芯片具有调制和解调功能，并集成了在13.56MHz下所有类型的被动非接触式通信方式和协议。MF RC500支持快速CRYPTOI加密算法，用于验证MIFARE系列产品。MF RC500的并行接口可直接连接到任何8位微处理器，给读卡器的设计提供了极大的灵活性。点击此处结束放映第31页/共60页物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程1.MF RC500芯片的特性 图12.9 MF RC500芯片的特点和主要应用点击此处结束放映第32页/共60页物联网射频识
15、别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程2.MF RC500芯片引脚的功能 点击此处结束放映第33页/共60页物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程12.4.2 基于MF RC500芯片的读写器1 基于AT89S51和MF RC500的读写器系统 点击此处结束放映第34页/共60页物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程（1）系统硬件设计系统主要由AT89S51、MF RC500、时钟电路、看门狗、MAX232和矩阵键盘等组成。（2）系统天线设计为了驱动天线，MF RC500通过TX1和TX2提供
16、13.56MHz的载波。（3）系统工作流程对MF RC500绝大多数的控制是通过读写MF RC500的寄存器来实现的。点击此处结束放映第35页/共60页物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程点击此处结束放映第36页/共60页物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程2.基于P89C58BP和MF RC500的读写器系统 MF RC500还可以设计基于MF RC500芯片和P89C58BP单片机的RFID读写器系统。点击此处结束放映第37页/共60页物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程
17、（1）发卡器和读卡器发卡器实际上是一种通用写卡器，发卡器由系统管理员管理，通过PC机设置或选择好要写入的数据，发出写卡命令，完成对MIFARE卡的数据及密码写入。读卡器往往可以脱离PC机工作，只要有非接触式IC卡进入读卡器天线的能量范围，读卡器便可读写卡中相关指定扇区的数据。点击此处结束放映第38页/共60页物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程（2）读卡器硬件系统发卡器与读卡器在硬件设计上大同小异，都是由单片机控制读写芯片(MF RC500)，再加上外围器件组成。点击此处结束放映第39页/共60页物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术
18、教程）核心技术教程点击此处结束放映微波读写器微波读写器12.5第40页/共60页物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程微波RFID系统是目前射频识别系统研发的核心，是物联网的关键技术。微波RFID常见的工作频率是433MHz、860/960MHz、2.45GHz和5.8GHz等，该系统可以同时对多个电子标签进行操作，主要应用于需要较长的读写距离和高读写速度的场合。微波读写器的射频电路与低频和高频读写器有本质上的差别，需要考虑分布参数的影响，可以采用ADS软件进行仿真设计。点击此处结束放映第41页/共60页物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核
19、心技术教程）核心技术教程12.5.1微波RFID系统射频前端的一般结构 （1）石英振荡器产生的频率较低，首先在这个较低的频率上进行调制，然后通过上变频混频器产生射频频率，最后由输出级放大后发送到天线。混频时，调制可以被保留。另外，上变频混频器也可以由倍频器代替。（2）在接收通道，情况是相反的。接收的信号被放大后，通过微波接收器将信号频率降低，然后通过解调器得到接收数据。点击此处结束放映第42页/共60页物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程点击此处结束放映第43页/共60页物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程12.5
20、.2用于表面波标签的微波系统 由读写器天线发出的短电磁脉冲会被SAW标签的天线所接收，并在压电晶体上转换成表面波。表面波被SAW标签上的反射器反射后，会产生大量的脉冲，SAW标签的天线将这些脉冲作为应答信号发射出去。点击此处结束放映第44页/共60页物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程点击此处结束放映第45页/共60页物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程12.5.3微波读写器的一个实例 这是无源RFID系统，由读写器和电子标签组成，如图12.20所示。当电子标签进入读写器的能量场，电子标签的能量检测电路将射频信号转
21、化为直流信号，供其工作。同时，芯片内部的数据解调部分从接收到的射频信号中解调出数据并送到控制逻辑。点击此处结束放映第46页/共60页物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程点击此处结束放映第47页/共60页物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程（1）数字锁相环技术 在射频部分，采用晶体振荡器和压控振荡器以全数字锁相环的形式产生915MHz射频信号。（2）信号接收 天线接收的反射调制信号经过定向耦合器到接收通路，检波后的信号通过差动放大、低通滤波器、运算放大后，进行A/D转换送至主控模块进行解码。（3）主控模块 主控模块的
22、核心处理器为数字信号处理器（Digital Signal Processing，DSP）点击此处结束放映第48页/共60页物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程12.5.4 射频电路与ADS 在射频频段，电路出现了许多独特的性质，这些性质在常用的低频电路中从没遇到过，因此需要建立新的射频电路设计体系。ADS（Advanced Design System）软件由美国安捷伦（Agilent）公司开发，是当前射频和微波电路设计的首选工程软件。在深入理解射频电路的基础上，结合ADS软件工具进行设计，是通向射频电路设计成功的最佳路线。点击此处结束放映第49页/共60
23、页物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程1.启动和退出ADS 点击此处结束放映第50页/共60页物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程点击此处结束放映第51页/共60页物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程2.ADS的四种工作视窗ADS软件主要有4种工作视窗，分别为主视窗、原理图视窗、版图视窗和数据显示视窗，主要可以完成文件管理、原理图设计、版图设计和仿真数据显示等功能。点击此处结束放映第52页/共60页物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程(
24、1)主视窗启动ADS后，首先进入主视窗，主视窗是进入和退出ADS系统的桥梁。图12.19 ADS主视窗点击此处结束放映第53页/共60页物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程(2)原理图视窗原理图视窗提供了设计、编辑、仿真原理图的环境，是进行电路设计时使用最多的视窗。图12.20 ADS原理图视窗点击此处结束放映第54页/共60页物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程(3)数据显示视窗当完成设计仿真后，可以在数据仿真视窗显示仿真结果。图12.22 ADS数据显示视窗点击此处结束放映第55页/共60页物联网射频识别（物联
25、网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程(4)版图视窗版图视窗用来进行版图的设计、编辑与仿真。图12.25 版图视窗中的微带线分支定向耦合器点击此处结束放映第56页/共60页物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程3.ADS的设计功能(1)设计面板(2)设计工具(3)设计向导(4)设计指南(5)仿真与数据显示点击此处结束放映第57页/共60页物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程5.ADS的仿真功能(1)线性分析(2)谐波平衡和增益压缩分析(3)高频SPICE瞬态分析(4)电路包络分析(5)电磁仿真分析点击此处结束放映第58页/共60页物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程点击此处结束放映休息一下第59页/共60页感谢您的观看！第60页/共60页