论基于物流仓储管理的RFID读写器设计21303.docx

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1、基于物流仓仓储管理的的RFIDD读写器设设计日期：22008-8-199来源：电子子技术应用用 作者者：武慧芝芝 朱云龙龙 罗海波波字体： RFID(Radiio Frrequeency ldenntifiicatiion、射射频识别)技术是一一种利用无无线射频通通信实现远远距离识别别的非接触触自动识别别技术。与与现代物流流领域普遍遍使用的条条码技术相相比，它在在读写距离离、保密性性、智能化化、环境适适应能力以以及使用寿寿命方面都都有显著的的优势。目前，世界界范围内针针对RFIID的物流流应用存在在两种编码码体系，一一种是日本本UID(Ubiqquitoous IID)中心心提出的UUID编码

2、码体系，另另一种是美美国EPCC(Eleectmnnic PProduuctioon Coode电电子产品代代码)环球球协会提出出的EPCC电子产品品编码标准准。这两种种标准在所所使用的无无线频段、信信息位数和和 应用用领域等方方面都有所所不同。而而我国还没没有自己正正式的标准准，但是有有关RFIID在9000MHzz频段应用用的电磁检检测工作已已经基本完完成，我国国最为关心心的是ISS0180000 66标准。本本质上EPPC标准和和IS01180000并不矛盾盾，对于物物流应用，EEPC标准准则更为完完善。另外，对于于物流应用用来说，成成本是企业业最关心的的问题。在在满足需要要的前提下下，

3、选择最最低成本是是首当其冲冲的。UHHF(9115MHzz)射频工工作距离大大概在100m左右，已已经能够满满足物流应应用的需求求，而且成成本要比微微波段低得得多。特别别是UHFF射频允许许采用相对对较小的方方向性天线线，这将使使读写器的的辐射波束束定向到一一个特定的的区域，这这种特点使使读写器能能够抵御来来自于其他他读写器或或发射机的的潜在干扰扰。鉴于上述情情况，为了了促进RFFID系统统在我国物物流仓储管管理领域的的大规模应应用，本文文提出了一一种基于物物流仓储管管理应用的的读写器设设计方泫。该该读写器的的设计参照照EPC标标准，采用用915MMHz工作作频率以以某公司的的RFIDD标签芯

4、片片的读写为为目标，电电路设计简简单，应用用灵活生生产成本低低廉。1标签功能能简介 本设计计所采用的的标签为工工作在8660MHzz9600MHz的的长距离无无源标签，符符合ISOO180000- 66标准，工工作距离可可达844m(具体体视天线情情况而定)，尤其适适用于美国国物流供应应链管理和和后勤保障障系统。该该标签主要要有如下特特点：(1)通过过RF前端端的模拟电电路将天线线接收能量量部分转化化为电量为内部电电路供电。(2)内部部包含有116位CRRC(循环环冗余校验验)编码，具具有很高的的数据完整整性。(3)拥有有快速防冲冲突机制，运运用自身防防冲突算法法实现了真真正的内部部冲突判断断

5、以及防冲冲突。(4)采用用64位EEPC编码码，且内部部包含2,16字节节用户自定定义存储空空间。当标签进入入RF区域域后，标签签被激活。如如果RF区区域信号强强度达到标标签工作能能量的需要要，则标签签进入准备备工作状态态，等待接接收读写器器发送的指指令。标签签接收以及及发送的数数据都将经经过CRCC进行差错错校验。同同时还通通过曼彻斯斯特编码以以及FM00编码对数数据进行进进一步的保保护，以以此来保证证数据的安安全性。读读写器通过过外部命令令结合标签签内部防冲冲突算法来实现现多个标签签数据的同同时读取与与写入。2 RFFID读写写器设计21硬件件设计RFID读读写器应用用在仓储管管理中除除完

6、成简单单的射频信信号收发处处理之外，还还需要连接接上层仓库库管理系统统(Warrehouuse MManaggemennt SyystemmWMSS)，将接接收到的标标签信息传传送到WMMS中，以以便于系统统完成仓库库的入库、盘盘点、出库库管理等操操作。同时时，将物品品的货位等等信息通过过WMS写写入物品标标签。所以以读写器总总体结构包包括四个模模块：接收收发送模模块、控制制模块、对对外接口模模块和供电电管理模块块。射频电电路的发送送和接收模模块均由射射频信号形形成和信号号处理两个个单元组成成，射频功功率放大器器对已形成成的射频信信号进行功功率放大线性放大大器对所接接收到的射射频信号进进行线性

7、放放大。所选选芯片如表表1所示。在射频电路路设计中，防防止和抑制制电磁干扰扰，提高电电磁兼容性性，是非常常重要的环环节。要选选择介电常常数公差小小的基材，并并对电路的的射频部分分和数字部部分进行分分块处理。射射频部分应应尽量使用用SMT(表帖式)元件，减减少过孔，并并在表面加加接地金属属屏蔽层。各各模块具体体设计如下下所述。2111接收发发送模块接收发送送模块功能能框图如图图1所示。收收发及调调制解调芯芯片选用TTI公司的的TRF66901，功功率放大芯芯片选用FFreesscalee半导体器器件公司的的MW4IIC9155GMBRR芯片，线线性信号放放大芯片选选用RF微微器件公司司的RF22

8、132。TTRF69901芯片片内部集成成了完整的的射频接收收和发送电电路，可以以组成一个个半双工射射频收发电电路。其工工作频率可可以通过编编程进行微微调， 频频率范围为为860MMHz9930MHHz。MWW4IC9915是为为GSM应应用而设计计的一款宽宽频带功率率放大芯片片，它采用用了Freeescaale公司司最新的大大电压LDDMOS IC技术术，可以工工作在7550MHzz10000MHzz频段内，线线性性能几几乎覆盖整整个应用频频段。RFF21322是砷化镓镓异质结器器件(HBBT)，能能够很好地地满足射频频电路对放放大功率、效效率以及供供电电压的的要求。本设计中各各芯片工作作频

9、率为9915MHHz。TRRF69001调制方方式为OOOK，这可可通过将内内部B寄存存器第4位位置零来实实现。TRRF69001将所需需发送信号号通过PAA引脚送至至MW4IIC9155的RFIIN引脚，对对信号进行行功率放大大之后，由由天线发射射出去；天天线接收来来的信号通通过RF22132对对其进行线线性信号放放大，之后后送TRFF69011的LNAA引脚，由由TRF66901对对接收信号号进行处理理，完成读读写器前端端的数据交交换任务。2122对外接口口模块图2所示的的对外接口口模块为电电平转换电电路，主要要器件为IICL2332。ICCL2322芯片完成成读写器内内部TTLL电平与R

10、RS-2332电平的的转换，通通过连接标标准9针串串口与外部部计算机连连接。它是是一款符合合EIA RS-232标标准和V228规范的的双向RSS-2322发送接接收接口芯芯片，负责责完成电路路的 TTTLCCMOS电电平到标准准串口电平平的转换，并并能通过滞滞后改善数数据接收的的噪声抑制制。引脚11与3之间间接1FF电容，引引脚2通过过1F电电容接5VV电源，三三个引脚构构成+5VV电平到+10V电电平的转换换电路；引引脚4与55之间接11F电容容，引脚66通过1F电容接接地，三个个引脚构成成+10VV电平到10V电电平的转换换电路。2133控制模块块控制模块结结构如图33所示。读读写器内部

11、部控制任务务主要由WW77E558芯片完完成，它是是一款兼容容80511的8位CCMOS快快速MCUU。同80051相比比，它减少少了机器指指令执行时时间以及存存储周期，降降低了功耗耗。它包含含32KBB Flaash EEPROMM，支持无无外部存储储元件的片片上1KBB SRAAM，节约约了更多的的IO引引脚。它拥拥有四个88位IOO端口和一一个附加的的4位IO口以及及等待状态态控制信号号，三个116位定时时计数器器，12个个两中断优优先级的中中断源，两两个加强型型全双工串串行通信端端口以及可可编程看门门狗定时器器；只需外外加复位、晶晶体振荡电电路和供电电电路即可可。本设计中，WW77E5

12、58工作频频率为400MHz。它它的P1口口连接TRRF69001各个控控制引脚，完完成对收发发芯片的控控制并提供供数据传输输所需时钟钟信号等；串口1连连接TRFF69011的数据收收发端，实实现数据的的串行通信信。 MMCU串口口0连接芯芯片ICLL232，通通过异步通通信完成数数据传输，只只要设定WW77E558串口11工作在方方式1，选选择与计算算机同样的的波特率即即可。该部部分设计主主要集中在在程序设计计部分，将将P1口当当作普通IIO口用用即可。2144供电管理理模块供电管理模模块电路原原理图如图图4所示。LLM3177T是一个个三端电压压调节装置置，通过改改变可变电电阻R6的值，可

13、可提供12V337V的供供电电压。同同时提供IIC负载过过电保护。供供电管理模模块电路的的输入端与与输出端均均并联一个个适合于滤滤除低频噪噪声的钽电电容和一个个适合于滤滤除高频噪噪声的独石石电容以以提高电源源的品质。22软件件设计读写器软件件设计主要要包括主程程序设计和和标签读写写防冲突程程序设计两两部分。2211主程序设设计读写器应用用在物流仓仓储管理中中，需要连连接上层WWMS系统统，所以读读写器工作作在PC机机监控之下下，PC机机与读写器器以主从方方式通信。如如图5所示示，本设计计中由于收收发芯片内内部工作方方式通过外外部引脚连连接MCUU对内部寄寄存器编程程进行控制制，所以主主程序中还

14、还包含工作作方式修改改程序，提提高了读写写器应用的的灵活性；同时还包包括RSSSI(信号号强度检测测)，大大大改善了读读取数据的的正确性。MMCU在完完成了正常常的上电复复位以及初初始化过程程之后，PPC机提示示用户是否否要进行内内部工作方方式设定及及修改，如如果需要，则则转去处理理工作方式式修改程序序，否则MMCU进入入准备 工作状态态，准备接接收PC机机发送的相相关执行指指令。MCCU接收到到指令后转转去处理相相关程序。处处理完毕，返返回结果信信息并再次次进入等待待状态。2222防冲突程程序设计防冲突程序序设计是读读写器程序序设计中的的一个重要要组成部分分。当读写写器进入工工作状态时时，在

15、其天天线覆盖范范围内的所所有标签将将被激活，处处于等待状状态，随时时准备响应应读写器指指令操作，这这就造成了了标签读写写冲突。为为了解决这这一问题，标标签内部设设计了自带带防冲突机机制，只需需利用相关关的指令集集辅助设计计一种防冲冲突程序即即可。防冲冲突程序流流程图如图图6所示。当当处于激活活状态的标标签接收到到读写器SSELECCT命令时时，便发送送自身UIID给读写写器。此时时如果有一一个以上的的标签同时时发送UIID，则读读写器判冲冲突发生，发发送FAIIL命令给给标签，标标签通过内内部防冲突突 算法法对自身相相关参数值值进行修改改。之后，符符合条件的的标签将再再次发送UUID给读读写器

16、，由由读写器判判定冲突，重重复上述操操作，直到到只有一个个标签符合合条件，则则跳出防冲冲突程序，进进入标签后后续处理程程序，同时时，剩余标标签自动修修改自身相相关数值，为为下一次读读取做准备备；如果此此时没有符符合条件的的标签，则则读写器发发送SUCCCESSS命令，标标签修改自自身参数，等等待读写器器检测命令令。本文在深入入分析当前前RFIDD系统在物物流仓储管管理领域应应用背景的的基础上提出了一一种基于物物流仓储管管理的读写写器设计方方泫。该读读写器设计计简单，应应用灵活，生生产成本低低廉。今后后将在实际际的物流仓仓储管理中中应用该读读写器，并并针对实际际应用中出出现的读写写速度、距距离、

17、保密密性等方面面的一些问问题，对读读写器设计计做进一步步的改进，以以使其总体体性能有大大幅度的提提高，促进进RFIDD系统在我我国物流仓仓储管理领领域的大规规模应用。参考文献1游战清，李李苏剑无无线射频识识别技术(RPIDD)理论与与应用北北京：电子子工业出版版社，200042王涛RRPID国国标制定并并未叫停 正在制定定超高频部部分，htttp：/ sshtmll3 Texxas llnstrrumennts(SSLWSlll0G)TRFF69011 Sinngle-chiip RFF traansceeiverrTexxas llnstrrumennts,2200464 Freeescaa

18、le SSemicconduuctorr MW44IC9115 Teechniical DataaFreeescaale SSemicconduuctorr lncc.，20005335 RF Micrro Deevicee，RF22132 Lineear PPoweFF AmpplifiierRRF Miicro Deviice llnc.，2200146 Inttersiil ,IICL2332Innterssil IInc.，2200167 Winnbondd Eleectroonicss，W777E58 MicrroconntrolllerWinbbond Elecctronnics Corpp.，20001778 Nattionaal Seemicoonducctor，LLM3177 3一一Termminall Adjjustaable ReguulatoorNaationnal SSemicconduuctorr，199998 标签: