基于微波射频识别的物联网前端读写器设计研究

韩俊

摘要：为了满足社会对物联网以及微波射频技术的使用要求，对基于微波射频识别的物联网前端读写器进行设计研究，首先简单阐述了微波射频识别系统的工作原理，并从主控制模块和外围电路以及读写模块电路两个方面阐述了读写器硬件设计，并阐述了读写器系统软件设计思路，最后通过实验验证了微波射频识别的物联网前端读写器的有效性。

关键词：物联网；微波射频；读写器

中图分类号：TP311 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）10-0153-02

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

近年来微波射频识别技术已经被广泛应用在社会各个地方，例如小区门禁、高速收费路口、物流行业等，而物联网的出现将微波射频识别技术推向了新的高度。物联网是以计算机网络为载体结合射频识别通讯技术实现对物体的实时控制。所以，对基于微波射频识别的物联网前端读写器设计研究是非常有意义的，本文设计了一款体积小、结构简单的物联网前端读写器，通过实验验证了其能够有效地识别目标事物。

1 微波射频识别系统的工作原理

微波射频识别系统是利用反向散射耦合的方式实现信息的交互以及能量的传送。其主要的工作过程是：读写器天线发送电磁能量波，其中的一部分电磁能量波传送到目标处，被目标接受后，激活目标内部电路使并将内部储存的信息发射出来，另一部分电磁波能量向任意方向并以不同强度被散射，之后被散射的一些电磁波能量又回归到读写器天线，最后，读写器天线接收到信号后，通过对数据信息的分析处理，最终实现对目标的识别。

2 读写器硬件设计

基于微波射频识别的物联网前端读写器硬件主要由主控制模块和天线等组成。外围电路主要由三种模块组成，分别是电源、显示和通信模块，整个硬件系统的核心部分是主控制模块以及射频读写模块。图1是读写器硬件结构示意图。

2.1 主控制模块和外围电路

实验中主控制使用的是WINB公司生产的W77E58芯片，其芯片的主要特征有八位处理器，最高能够达到40M时钟，4个八位I/O口，3个十六位计数器及计时器，1K的片上外部存储器等，有着价格低廉、功能强大、性价比高的优势。

外围电路主要由单片机最小系统、电源模块和LED显示模块等组成，详见下图2所示。主控制模块的P1口相通与读写模块的I/O口，是数据总线和地址总线的辅助线路。图2为主控制模块和外围电路。

LED显示模块的工作职责是当有信号传送到时，LED显示模块接收到信号并将目标地址显示在显示屏上；当没有信号送达时，LED显示屏显示时间以及日期。

上位机通信模块在将TX以及RX实施双工串口通信时，需要先通过MAX232将其进行电平转化，最后将目标信息发送给上位机。

电源模块的主要职责是对所有模块提供电能，保证所有模块能够正常工作，通常提供给模块的电压是5V和3.3V。

2.2 读写模块电路

读写芯片使用的是奥地利AVL公司生产的射频芯片AS3992，其内部设置了压控振荡器以及锁相环倍频输出技术，可以實现860至960MHz的工作区间，同时也设置了集成模拟前端，拥有数字版权管理过滤器，并且集成了精确度高的接收器，正常工作的使用能耗低。

AS3992内部设置了20dBm的功率放大器，同时在外部设置了SP2811功率放大器，并将其设置为低功率线性模式，主要目的是得到更大的工作区间。

射频芯片AS3992有两个输出管脚，分别是RFOXN以及RFOPX，输出位置设有50欧姆的电阻，所以，必须要外接匹配电路、平衡器等。图3是读写模块电路图。

3 读写器系统软件设计

图4是系统软件流程图。从图4中可以看出，本系统软件工作流程主要分为5个部分：第一，主控制器以及读写模块复位初始化，初始化的内容包含编码方式、协议配置等；第二，与上位机进行信号交流，上位机将信号传送给主控制器并让其寻找目标；第三，当寻找出较多目标时，通过防碰撞算法逐个读取目标；第四，将读取的目标信息显示出来；第五，控制目标执行指定的动作。

4 实验结论

将硬件系统以PCB板为载体焊接制作完成，再将软件输入到单片机中，完成后进行实验验证。实验内容主要是在0.5～7m不同的通信距离处，对读写器的读写操作成功数进行统计，试验次数为100次，具体数值见表1。从表中可以看出，在0.5～3m的通信距离时，读写操作的成功数均为100，在5～6m的通信距离时，读写成功数为72和61，超过6m后，读写成功数大幅下降。另外，表1中可以得知在不同的通信距离处，读操作成功数均要大于等于写操作成功数，这样的数据结果是读写器天线以及标签天线的特性所导致的。因此，该读写器的设计满足实际使用需求。

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