多天線(xiàn)空分定位REID閱讀器的設計與應用

研究論著(zhù)多天線(xiàn)空分定位RFID閱讀器的設計與應用茅建華張?chǎng)螐垏鴱娭軇︿h解放軍73841部隊南京市210003)摘要目的:設計多天線(xiàn)空分定位RFD閱讀器,使基于RFID技術(shù)的智能管理系純具有定位識別的功能。方法:提出了多天線(xiàn)空分定位RFID閱讀器的設計方案,即采用閱讀器與多個(gè)檢測天線(xiàn)的分離式裝夏,每個(gè)天線(xiàn)僅識別自己工作區城內的標簽,天線(xiàn)的地址碼與標簽的教據共同構成傳迷的信息,從而使閱讀器具有定位識別標簽的功能。結果:將基于多天線(xiàn)空分定位閱讀器的RFID系純應用于戰備藥品的管理,可以為戰備藥品提供安全、準確、實(shí)時(shí)的信息收集、處理和查詢(xún)等功能。結論:該多天線(xiàn)空分定位閱讀器不僅可以提供定位識別功能,還可以節約RFID系統的成本,具有廣闡的應用前景。關(guān)鍵詞RFID閱讀器;多個(gè)天線(xiàn);空分定位;地址碼;智能藥霜中圖分類(lèi)號:TP29;TP317文獻標志碼:A文章編號:1003-8868(2007)12-0012-04Design and application of RFId reader with multi-antennas of different spatialMAO Jian-hua, ZHANG Xin, ZHANG Guo-qiang, ZHOU Jian-feng(No 73841 Unit of PLA, Nanjing 210003, China)Abstract Objoctive To design Radio-Frequency Identification (RFID)reader with multi-antennas of different spatiallocation. Mothod Decheme of RFID reader with multi-antennas of difference spatial location was presented, i.e.aseparated setting with a reader and multiple detected antennas was adopted. Each antenna only identified tags in its ownarea. The receiving information from tags contains antenna code and data in tag's IC. Hence the reader can point the tagsposition through different antenna code. Rosult The application of RFID with multi-antennas of different spatial location tosystem of combat readiness medicine can provide safe, exact and real-time information collection, processingand query for combat readiness medicine. Conclusion The system can not only provide location identification, but also reducesystem cost. It will have wide application in future.Key words RFID reader, multi-antennas; spatial location; address; intelligent medicine box引言送到閱讀器,閱讀器對接收到的信號進(jìn)行解調和解碼然后將射頻識別技術(shù)( Radio- Frequency Identification, RFID)是一有關(guān)信息送到后臺主系統數據單元進(jìn)行相關(guān)處理;主系統根種非接觸式的自動(dòng)識別技術(shù),通過(guò)無(wú)線(xiàn)信道與識別目標進(jìn)行據讀取的信息判斷該標簽的合法性,完成目標物體的識別和雙向非接觸數據通信。與條形碼相比,RFID具有識別迅速、方管理。法靈活、適應場(chǎng)合廣、智能化程度高等優(yōu)點(diǎn)RFID技術(shù)的使用將給零售、物流、醫藥等產(chǎn)業(yè)帶來(lái)革命性變化。因此,不少?lài)覄e物和地區均投入了大量的人力物力發(fā)展這一技術(shù)。我國在中長(cháng)期科學(xué)與技術(shù)發(fā)展規劃中,已將射頻識別技術(shù)列為我國未來(lái)重點(diǎn)發(fā)展的信息技術(shù)之一。在2006年國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)中,已將“RFD技術(shù)與應用”作為科技部先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域重大項目進(jìn)行實(shí)施。典型的RFID系統如圖1所示四RFID閱讀器通過(guò)天線(xiàn)發(fā)送一定頻率的射頻信號,當 RFID標簽進(jìn)人發(fā)射天線(xiàn)工作區域時(shí)標簽天線(xiàn)接收到信號,在標簽電路中產(chǎn)生感應電流RFTD標簽獲得能量被激活;標簽將其專(zhuān)用集成芯片中所存儲的關(guān)圖1典型RFD系統組成示意圖于被識別物體的信息編碼調制到載波上,通過(guò)標簽天線(xiàn)發(fā)送出去;RFID閱讀器接收天線(xiàn)接收到從標簽發(fā)送來(lái)的信號,并雖然RFID系統可以識別閱讀器天線(xiàn)工作區域內的標簽但無(wú)法確定標簽在該區域內的具體位置,這給物體的定位識別帶來(lái)了困難。此外,RFID系統是通過(guò)輻射電磁能量工作的作者簡(jiǎn)介:茅建華副主任醫師,主要從事衛勤管理和醫院管理方面的研工作。本課題由國家科技部科研院所社會(huì )公益研究專(zhuān)項幕金項目(00GS)它的工作不應對已存在的無(wú)線(xiàn)電系統如移動(dòng)通信、航空、無(wú)線(xiàn)電、導航、電視等系統造成干擾,因此,很多國家為RFID系統研究論著(zhù)的工作制定了規則限制它的最大輻射功率。功率受限的時(shí)送到調制器和微處理器。調制器將微處理器的命令或欲寫(xiě)RFID閱讀器的工作區域局限在一定的范圍內,使得在構建人數據調制成工作頻率的信號,該已調信號經(jīng)放大和射頻調RFID系統時(shí)成本很高,這妨礙了RFID技術(shù)的推廣應用。諧后送到天線(xiàn)并輻射出去為此本研究提出了一種新的RFID閱讀器一多天線(xiàn)空22接收部分分定位閱讀器的設計方案,即RFID閱讀器的主體(除天線(xiàn)之接收部分由檢波器、濾波器、放大器、沖突檢測電路和脈外的閱讀器的其他部分)與多個(gè)檢測天線(xiàn)采用分離式結構這沖成型電路組成。檢波器是信號幅度檢測電路雙極性的高頻樣每個(gè)檢測天線(xiàn)均有各自的工作區域,僅識別在自己工作區接收信號經(jīng)過(guò)檢波器后成為不規整的單極性包絡(luò )信號。濾波域內的物體獲取標簽內的物體信息,通過(guò)各自天線(xiàn)的空間位器實(shí)現數據頻帶的帶通濾波和工作頻率的帶阻濾波這樣,信置來(lái)標示物體的位置號經(jīng)過(guò)濾波器后濾除了數據頻帶之外的信號和不攜帶任何信RFID技術(shù)的應用已引起世界各國的極大重視,但在息且功率很高的工作頻率的載波信號,保證了進(jìn)入后續解調RFID系統中的定位識別目前還沒(méi)有見(jiàn)到這方面的報道,本研電路的信號有較高的信嗓比且是可解調的。經(jīng)過(guò)濾波器的信究首次對RFID系統中的定位識別問(wèn)題進(jìn)行探討所設計的閱號放大后送人沖突檢測和脈沖成型電路,在確保無(wú)沖突的情讀器已應用于智能戰備藥箱系統中;基于多天線(xiàn)空分定位閱況下,經(jīng)脈沖成型后的信號送入微處理器進(jìn)行數據解碼,并保讀器的RFID智能管理系統不僅能提供物體定位識別還節約存起來(lái)。了構建RFID智能系統時(shí)的成本,具有良好的經(jīng)濟效益和社會(huì )23微處理器效益。微處理單元是閱讀器的核心,主要處理各種命令與接收2多天線(xiàn)空分定位閱讀器的設計數據的解調,主要包括閱讀器與標簽間控制命令的發(fā)送與命多天線(xiàn)空分定位閱讀器是在通常意義上的RFID閱讀器令響應的校驗、接收數據的校驗與解碼以及與外部設備的通和外接天線(xiàn)間插入一塊多天線(xiàn)巡讀電路,在微處理器的控制信等。下按序連通各分離的天線(xiàn)讀取天線(xiàn)工作區域中標簽的信息。24多天線(xiàn)巡讀電路在多天線(xiàn)空分定位閱讀器中,每一個(gè)檢測天線(xiàn)都由一個(gè)子地多天線(xiàn)巡讀電路位于閱讀器與天線(xiàn)之間,使閱讀器能夠址碼標識(配合RFID閱讀器標識地址構成物品的完全地讀取多個(gè)檢測天線(xiàn)工作區域中標簽的信息,并將檢測天線(xiàn)的址),該地址碼與其實(shí)際的物理位置一一對應,這樣每副天線(xiàn)地址碼和標簽中的信息一同傳送給閱讀器,使閱讀器具有定的工作區域所包含的空間就有它自己唯一的標識信息或地址位識別的功能,擴大閱讀器的工作區域。多天線(xiàn)巡讀電路主要碼。這些唯一的地址碼被編程輸人RFD后臺數據庫系統,這由微處理單元、延時(shí)單元和選通開(kāi)關(guān)電路組成,功能框圖如圖樣,通過(guò)查詢(xún)天線(xiàn)的地址碼和其物理位置的對應關(guān)系就可以3所示找到物品所處的確切位置,從而實(shí)現物品的識別與定位多天線(xiàn)空分定位閱讀器由發(fā)射部分、接收部分與微處理延時(shí)器器和多天線(xiàn)巡讀電路等4部分組成如圖2所示。發(fā)射部分巡讀信號負責將閱讀器的命令通過(guò)天線(xiàn)發(fā)送出去,接收部分負責接收微處理數據、沖突檢驗和信號成型,微處理器負責各種控制命令的發(fā)送、響應的校驗和接收數據的解碼,多天線(xiàn)巡讀電路完成在預延時(shí)器定的時(shí)間內選通某路檢測天線(xiàn)的功能。選通開(kāi)關(guān)多端口發(fā)射部分讀取信號選通開(kāi)關(guān)選通開(kāi)關(guān)圖3多天線(xiàn)巡讀模塊的框圖微處理單元主要處理控制信號、選擇連接的天線(xiàn)和設置選通時(shí)間。微處理單元接收到閱讀器發(fā)來(lái)的巡讀信號后根沖突檢據信號中攜帶的選通天線(xiàn)號碼和時(shí)間值選通天線(xiàn),設定延時(shí)器的時(shí)間值并啟動(dòng);或按一定的次序和時(shí)間值依次接通各路天線(xiàn)。圖2多天線(xiàn)空分定位閱讀番的組成框圖延時(shí)器用于設置本路選通開(kāi)關(guān)閉合的時(shí)間,該部分的功能可由硬件電路如555延時(shí)電路實(shí)現,也可由帶定時(shí)器的微21發(fā)射部分處理單元通過(guò)軟件編程來(lái)實(shí)現。發(fā)射部分由信號產(chǎn)生器、調制器、功率放大器和射頻調諧在微處理單元的控制下選通開(kāi)關(guān)在規定的時(shí)間內閉合電路組成。信號產(chǎn)生器產(chǎn)生閱讀器的工作頻率信號,該信號同實(shí)現本路天線(xiàn)與閱讀器的連接。由于選通開(kāi)關(guān)直接與天線(xiàn)相研究論蓍接,而天線(xiàn)電路在調諧時(shí),天線(xiàn)線(xiàn)圈上的電壓可達幾百伏,因本研究設計的多天線(xiàn)空分定位閱讀器已成功地應用在智此,選通開(kāi)關(guān)應具有較強的耐高壓性能能戰備藥箱的管理系統中。多端口選擇電路將調諧信號輸送到天線(xiàn)上,同時(shí)將天線(xiàn)在戰備醫療物資的管理中需要有高效、快捷準確便于的地址碼與從天線(xiàn)上接收的信號一起送給閱讀器,供系統定部署的醫療物資管理系統來(lái)保證戰時(shí)快速反應和醫療保障位識別標簽RFID技術(shù)所具有高度自動(dòng)化和智能化的特性,使基于RFD微處理單元是多天線(xiàn)巡讀電路的核心。由于閱讀器大多技術(shù)的醫療物資管理系統可滿(mǎn)足部隊戰備時(shí)期醫藥系統的高是由電池供電的,芯片的功耗與運行速度成為選擇微處理單效自動(dòng)化管理和戰爭狀態(tài)下野戰醫院的快速部署實(shí)現戰時(shí)后元的關(guān)鍵因素。在本設計方案中選用了 MCU PIC6F877芯勤醫療的有力保障滿(mǎn)足醫療后勤系統國防建設的迫切需要片。PCl6F877是一款較新的中檔產(chǎn)品,具有高速 Harvard結基于RFID技術(shù)的智能化戰備藥箱如圖5(a)所示,由藥構、功耗低、代碼壓縮率高、抗干擾能力強等特點(diǎn)。由于箱閱讀器(多天線(xiàn)空分定位閱讀器)藥箱應答器和內嵌多個(gè)PICl6F877A芯片內還集成了定時(shí)器因此,采用PCl6F837/A閱讀器天線(xiàn)藥箱抽屜組成。圖5(b)所示為內嵌多個(gè)閱讀器天芯片內定時(shí)器作為多天線(xiàn)巡讀電路的延時(shí)器可以節省硬件,線(xiàn)的藥箱抽屜,圖5(c)所示為藥箱抽屜內嵌的天線(xiàn)通過(guò)多天進(jìn)一步降低系統功耗。線(xiàn)巡讀接口與藥箱閱讀器間的連接。多天線(xiàn)巡讀電路的軟件主要完成控制信號的分析、連接天線(xiàn)的選擇、選通時(shí)間的設定和天線(xiàn)地址碼的傳送等功能。藥箱應答器天藥箱顯示屏在初始加電后,多天線(xiàn)巡讀電路初始化它的各個(gè)寄存器的值然后等待閱讀器發(fā)出的閱讀命令。一旦接收到閱讀器的命令,它開(kāi)始分析這個(gè)命令中各個(gè)域的值。如果是全部選通命令,它就按序設置定時(shí)器的計數器,接通第1路天線(xiàn),將第1抽屜路天線(xiàn)的地址碼送人多端口選擇電路;重置定時(shí)器的計數器接通第2路天線(xiàn),將第2路天線(xiàn)的地址碼送人多端口選擇電路,直至所有天線(xiàn)全部選通。如果是部分選通命令它就根據規定的協(xié)議判斷這個(gè)命令是選通第幾路天線(xiàn),接通時(shí)間是多丙抽長(cháng),然后設置定時(shí)器的計數器,接通這路天線(xiàn),將選通天線(xiàn)的地址碼送入多端口選擇電路定時(shí)器的計數減為0后斷開(kāi)這(a)RFD智能藥箱的結構示意路天線(xiàn)。程序圖如圖4所示。主程序初始化等待閱讀器命內嵌天等到閱讀器命令/-V蒹屋抽屜全部選通(b)內嵌多個(gè)閱讀器天線(xiàn)的RFD智能藥箱抽屜「設置天線(xiàn)路數計數器找出定時(shí)時(shí)間和選通路號設置時(shí)間計數器設置時(shí)間計數器設置選定天線(xiàn)定天多天線(xiàn)巡讀接口送選定天線(xiàn)地址碼傳送選定大線(xiàn)地址碼傳送計時(shí)器為零時(shí)間計時(shí)器為零二天線(xiàn)路數計時(shí)器為零結束(c)帶有4副內嵌天線(xiàn)的藥箱閱讀器的數據讀取圖4多天線(xiàn)巡讀電路軟件流程圖圖5RFID智能藥箱的結構示意圖3多天線(xiàn)空分定位閱讀器的應用配備有RFID系統的智能化藥箱,可以實(shí)現不開(kāi)箱遠程自研究論著(zhù)一動(dòng)分類(lèi)統計和管理箱內藥品和醫療器械,實(shí)時(shí)監控藥品和醫還可以推廣到物流倉儲、工業(yè)自動(dòng)化、商業(yè)自動(dòng)化等多個(gè)領(lǐng)療器械的狀態(tài)。此外,本系統還能自動(dòng)記錄藥品的存儲使域。因此,本系統兼有良好的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。用情況,藥箱藥品的防偽檢驗(包括分類(lèi)號、批號、進(jìn)藥渠道審參考文獻驗)以及藥品的過(guò)期前自動(dòng)提示;藥箱藥品數據的箱體顯示屏顯示與檢索;藥箱藥品庫存與使用情況分析報表等為戰備藥] Finkenzeller K射頻識別技術(shù)M吳曉峰陳大才,譯,3版北品的管理提供了安全、準確、實(shí)時(shí)的跟蹤管理,滿(mǎn)足醫療物資京:電子工業(yè)出版社,2006:6的戰時(shí)快速反應和醫療保障。[2] FCC. Review of Part 15 and other Parts of the Commission's Rules4結論[R]. ET Docket: FCC, 2004近年來(lái),對RHD技術(shù)的深人研究為RFD技術(shù)的應用提pectrumDecision[r].http://portaletsi.orw/供了廣闊空間?；诒狙芯吭O計的多天線(xiàn)空分定位閱讀器的RFID系統,不僅能夠定位識別不同檢測天線(xiàn)上的物品,而且[4]Microchipmicrold?13.56MhzRfidDesignGuide[r]http://wWlmicrochip. com /downloads/en/devi-cedoc/21299e-pdf, 2005, 12.因減少了系統中成本最高的閱讀器而節約了大量的成本,為許曉東,賈強雄,盧孫中基于W出的LDAP管理器的研究與開(kāi)RFID的廣泛使用創(chuàng )造了有利條件。發(fā)門(mén)江蘇大學(xué)學(xué)報自然科學(xué)版,2003,24(5):68-71基于多天線(xiàn)空分定位閱讀器的RD智能藥箱不僅可在間單田華宋順林詹永照基于XM和2E的一個(gè)通用模型全軍各野戰部隊醫院和偏遠地區的醫療單位推廣,也可在維江蘇大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2003,24(5):64-67.和部隊和援助醫療隊推廣使用。本藥箱的相關(guān)技術(shù)稍加改造(2007-10-23收稿2007-11-15修回(上接第11頁(yè)←)運行不被其他程序中斷避免出現大的延時(shí)的顯示精度就需要高刷新頻率的顯示設備當用E- Prime運行上個(gè)程序時(shí),如圖4所示,可以看到每5結論幅圖片實(shí)際的運行時(shí)間200057ms接近期望的時(shí)間200ms本文提出的影響時(shí)間精度的因素是在實(shí)驗設計中不容并且沒(méi)有大的延時(shí)。忽視的因為其會(huì )對實(shí)驗結果產(chǎn)生直接影響。此外,還有很多外在原因在實(shí)驗設計中也需要注意,比如計算機系統的穩定性,硬件配置等也會(huì )對結果造成影響。同時(shí)在完成實(shí)驗設計后,要先進(jìn)行測試,檢測其實(shí)驗設計是否合理,時(shí)間精度是否達到要求,是否與磁共振掃描同步進(jìn)行。只有合理精確的實(shí)啊望顯示時(shí)間實(shí)際屏實(shí)際驗設計才能夠保證在進(jìn)行磁共振掃描時(shí)達到掃描與實(shí)驗刺激同步,得出準確的腦功能圖像,為后面的數據分析提供保參考文獻100125150175[1] Schneider W, Eschman A, Zuccolotto A. E-Prime User's Guide[EB/Ol(2001-09-17)[2007-07-18].http://www.bgsu.edw/depart-圖4E-Prme進(jìn)行調整后實(shí)際顯示時(shí)間與期望時(shí)間比較ments/psych/faculty/randers/e-prime/manuals.4.3其他2]周明德微型計算機系統原理及應用北京:清華大學(xué)出版社,200計算機指令的執行都是由操作系統來(lái)控制的,而不是受1] Mac Whinney B, James J, Schunn c,a.SP- A System操作人員控制,操作人員只是給計算機發(fā)出一個(gè)指令,具體的for Teaching Experimental Psychology using E-Prime[J]. Behavior執行要看CPU本身。比如屏幕刷新率在計算機設置里面是一Research Methods, Instruments Computers, 2001, 33(2): 287個(gè)固定值(75Hz),在運行過(guò)程中具體能達到多少是不受我們控制的而是由計算機的CPU來(lái)控制可能會(huì )圍繞著(zhù)75H2上陳文鋒崔耀張建新心理實(shí)驗系統 E-Prime介紹及其應用母心理科學(xué),2005,28(6):1456-1458下波動(dòng),具體和系統的性能有關(guān)口。因此應該配備性能更穩定的操作系統。[5] Liu TT, Frank LR, Wong E C Detection power, estimation efficien-cypredictability in event-related MMRI U). Neuroimage, 2001我們所說(shuō)的毫秒精度是相對的,E-Pime無(wú)法做到絕對113:759773.ms的控制任何實(shí)驗生成軟件都無(wú)法做到。這是因為時(shí)間精度問(wèn)6 Myors B. Timing accuracy of PC programs runing under DOS and受到硬件的制約明顯,尤其是顯示刷新頻率的制約, E-Prime所Windows P Behavior Research Methods, Instruments, Computers能控制的顯示時(shí)間都是顯示刷新周期的整數倍。也就是說(shuō),如1999,31:322-328果顯示刷新周期是14ms,則20ms的顯示時(shí)間( Duration)在實(shí)張一中心理學(xué)實(shí)驗教學(xué)及其發(fā)展趨勢仍實(shí)驗室研究與探素,際執行時(shí)是28ms。所以建議實(shí)際操作時(shí)顯示刷新頻率設為2002,21(2);17-18.100Hx,有關(guān)的顯示時(shí)間則設為10m的整數倍。如果需要更高(200-08-16收稿2007-11-10修回)