【讀(du)寫器是什么】讀(du)寫器的(de)常見功能 讀(du)寫器的(de)基本組成模塊介紹(shao)

一、讀寫器是什么

讀寫器(qi)即射(she)頻標簽(qian)讀寫設備，是射(she)頻識別(bie)系(xi)統的兩個(ge)重要組成部分（標簽(qian)與讀寫器(qi)）之一(yi)。

射(she)(she)(she)頻(pin)(pin)標簽(qian)讀(du)(du)(du)寫(xie)(xie)設備根據具(ju)體實現(xian)功能也(ye)(ye)有一些其他較(jiao)為流(liu)行的(de)(de)(de)別稱，如：閱讀(du)(du)(du)器(qi)(qi)(qi)（Reader），查(cha)詢器(qi)(qi)(qi)（Interrogator），通信(xin)器(qi)(qi)(qi)（Communicator），掃描器(qi)(qi)(qi)（Scanner），讀(du)(du)(du)寫(xie)(xie)器(qi)(qi)(qi)（Reader and Writer），編程(cheng)器(qi)(qi)(qi)（Programmer），讀(du)(du)(du)出裝置（Reading Device），便(bian)攜式讀(du)(du)(du)出器(qi)(qi)(qi)（Portable Readout Device），AEI設備（ Automatic Equipment Identification Device）等。 通常情況下，射(she)(she)(she)頻(pin)(pin)標簽(qian)讀(du)(du)(du)寫(xie)(xie)設備應根據射(she)(she)(she)頻(pin)(pin)標簽(qian)的(de)(de)(de)讀(du)(du)(du)寫(xie)(xie)要(yao)求(qiu)以及(ji)應用(yong)需求(qiu)情況來設計(ji)。隨著射(she)(she)(she)頻(pin)(pin)識別技術的(de)(de)(de)發(fa)展，射(she)(she)(she)頻(pin)(pin)標簽(qian)讀(du)(du)(du)寫(xie)(xie)設備也(ye)(ye)形成了一些典型的(de)(de)(de)系(xi)統實現(xian)模式，本章的(de)(de)(de)重點也(ye)(ye)在于(yu)介紹這(zhe)種讀(du)(du)(du)寫(xie)(xie)器(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)實現(xian)原(yuan)理。

從最基(ji)(ji)本的原理角度出(chu)發，射頻標簽讀(du)寫設(she)備一般均遵(zun)循(xun)基(ji)(ji)本模式。

二、讀寫器的常見功能(neng)

讀寫器之所以非(fei)常重要，這是由它的功能所決(jue)定的，它的主要功能有以下幾點：

①實現與電子標(biao)(biao)簽(qian)(qian)的(de)通訊：最常見的(de)就(jiu)是對(dui)標(biao)(biao)簽(qian)(qian)進(jin)行(xing)(xing)(xing)讀(du)數，這項功能需(xu)要有(you)一個可(ke)靠的(de)軟件算(suan)法確保安全(quan)性、可(ke)靠性等。除了(le)進(jin)行(xing)(xing)(xing)讀(du)數以外，有(you)時還需(xu)要對(dui)標(biao)(biao)簽(qian)(qian)進(jin)行(xing)(xing)(xing)寫(xie)入，這樣就(jiu)可(ke)以對(dui)標(biao)(biao)簽(qian)(qian)批量生產，由用戶(hu)按照自己需(xu)要對(dui)標(biao)(biao)簽(qian)(qian)進(jin)行(xing)(xing)(xing)寫(xie)入；

②給(gei)標簽(qian)(qian)供能：在標簽(qian)(qian)是(shi)被動(dong)式(shi)或者半(ban)被動(dong)式(shi)的(de)情(qing)況下，需要讀寫(xie)器(qi)提供能量(liang)來激活射頻場周(zhou)圍(wei)的(de)電子標簽(qian)(qian)；閱(yue)(yue)讀器(qi)射頻場所能達到(dao)的(de)范圍(wei)主(zhu)要由天(tian)線(xian)的(de)大小以及閱(yue)(yue)讀器(qi)的(de)輸出功率(lv)(lv)決定的(de)。天(tian)線(xian)的(de)大小主(zhu)要是(shi)根據應用要求(qiu)來考(kao)慮的(de)，而(er)輸出功率(lv)(lv)在不同(tong)國家和(he)地區，都有(you)不同(tong)的(de)規(gui)定。

③實現與(yu)計算機網絡的(de)(de)(de)通(tong)訊：這一(yi)功能(neng)也很重要(yao)(yao)，讀寫器(qi)能(neng)夠(gou)利用(yong)一(yi)些接(jie)口實現與(yu)上位機的(de)(de)(de)通(tong)訊，并能(neng)夠(gou)給上位機提(ti)供(gong)一(yi)些必要(yao)(yao)的(de)(de)(de)信息；

④實現(xian)多(duo)標(biao)簽識別(bie)：讀寫(xie)器能夠正確(que)的識別(bie)其工作范圍內的多(duo)個(ge)標(biao)簽；

⑤實現移動目標識別(bie)：讀寫器不但可以識別(bie)靜(jing)止不動的(de)(de)物(wu)(wu)體，也可以識別(bie)移動的(de)(de)物(wu)(wu)體；

⑥實現錯誤(wu)信息提示：對于在識別(bie)過(guo)程中產(chan)生的一(yi)些錯誤(wu)，讀寫器(qi)可以發(fa)出(chu)一(yi)些提示；

⑦對于有源標簽，讀寫器能夠讀出有源標簽的電池信息，如電(dian)池的總電(dian)量(liang)、剩余電(dian)量(liang)等。

三、讀寫(xie)器的基本(ben)組(zu)成模塊(kuai)介紹

典型的讀寫器(qi)終端一般由天(tian)線(xian)、射頻接口模塊和邏輯控制模塊三部分構(gou)成。

讀寫器的(de)(de)天(tian)(tian)線(xian)是發(fa)射和接收射頻(pin)載波信(xin)(xin)號(hao)的(de)(de)設(she)備(bei)； 它主要負責將(jiang)讀寫器中(zhong)的(de)(de)電流(liu)信(xin)(xin)號(hao)轉(zhuan)換成(cheng)射頻(pin)載波信(xin)(xin)號(hao)并發(fa)送給電子標(biao)簽(qian)，或者接收標(biao)簽(qian)發(fa)送過(guo)來(lai)的(de)(de)射頻(pin)載波信(xin)(xin)號(hao)并將(jiang)其轉(zhuan)化為電流(liu)信(xin)(xin)號(hao)； 讀寫器的(de)(de)天(tian)(tian)線(xian)可(ke)以(yi)外置也可(ke)以(yi)內(nei)置； 天(tian)(tian)線(xian)的(de)(de)設(she)計對閱讀器的(de)(de)工作性能來(lai)說非常(chang)重要，對于(yu)無源標(biao)簽(qian)來(lai)說，它的(de)(de)工作能量全部由閱讀器的(de)(de)天(tian)(tian)線(xian)提供(gong)。

射頻接口模塊

讀寫器(qi)(qi)的(de)(de)射(she)(she)(she)頻接口模(mo)(mo)塊(kuai)主要包括(kuo)發(fa)射(she)(she)(she)器(qi)(qi)、射(she)(she)(she)頻接收器(qi)(qi)、時鐘發(fa)生器(qi)(qi)和(he)電(dian)壓調節器(qi)(qi)等。該(gai)模(mo)(mo)塊(kuai)是(shi)(shi)讀寫器(qi)(qi)的(de)(de)射(she)(she)(she)頻前端，同時也是(shi)(shi)影響(xiang)讀寫器(qi)(qi)成本的(de)(de)關鍵部位，主要負(fu)責(ze)(ze)射(she)(she)(she)頻信(xin)(xin)號的(de)(de)發(fa)射(she)(she)(she)及接收。 其中的(de)(de)調制電(dian)路負(fu)責(ze)(ze)將(jiang)需要發(fa)送(song)(song)給電(dian)子標簽的(de)(de)信(xin)(xin)號加以調制，然后再發(fa)送(song)(song)； 解調電(dian)路負(fu)責(ze)(ze)將(jiang)解調標簽送(song)(song)過來的(de)(de)信(xin)(xin)號并進行(xing)放大； 時鐘發(fa)生器(qi)(qi)負(fu)責(ze)(ze)產(chan)生系統的(de)(de)正常(chang)工作時鐘。

邏輯控制模塊

讀寫(xie)器的邏輯控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)模塊是整個讀寫(xie)器工作的控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)中(zhong)心、智能單(dan)(dan)(dan)元(yuan)，是讀寫(xie)器的“大(da)腦”， 讀寫(xie)器在工作時(shi)由邏輯控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)模塊發出指(zhi)令(ling)，射頻接口(kou)模塊按照不(bu)同(tong)的指(zhi)令(ling)做出不(bu)同(tong)的操作。 它主要包括微控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)器、存儲(chu)單(dan)(dan)(dan)元(yuan)和應用接口(kou)驅(qu)動電路等。 微控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)器可以完成信號的編(bian)解碼、數據的加解密(mi)以及執行(xing)防碰撞算法； 存儲(chu)單(dan)(dan)(dan)元(yuan)負(fu)(fu)責(ze)存儲(chu)一些程序和數據； 應用接口(kou)負(fu)(fu)責(ze)與上位機進行(xing)輸(shu)入或輸(shu)出的通信。

下面以(yi)UHF頻(pin)段讀(du)寫(xie)(xie)器(qi)為例，詳細(xi)介紹一下讀(du)寫(xie)(xie)器(qi)的(de)射(she)頻(pin)模塊是如何工(gong)(gong)作(zuo)的(de)。射(she)頻(pin)模塊又可(ke)以(yi)分(fen)為發射(she)和接收兩(liang)部分(fen)。 讀(du)寫(xie)(xie)器(qi)的(de)發射(she)電(dian)路部分(fen)主要(yao)由混(hun)頻(pin)器(qi)(Mixer)、數模轉換器(qi)(DAC)、衰減器(qi)(Attenuator)、可(ke)變增益(yi)放(fang)大器(qi)(VGA)、功率分(fen)配器(qi) (Power Splitter)、射(she)頻(pin)濾波器(qi)(Filter)、以(yi)及射(she)頻(pin)功率放(fang)大器(qi)(PA)。·發射(she)部分(fen)的(de)工(gong)(gong)作(zuo)過程如下：

（1）閱讀器(qi)控制壓(ya)控振蕩器(qi)，產(chan)生出頻率為(wei)860-96OMHZ的載(zai)波(bo)信(xin)號(hao)，然后把這個(ge)信(xin)號(hao)傳送給功分器(qi);

（2）功率分配(pei)器把要發射的信號分成兩(liang)部(bu)分，一部(bu)分發送到(dao)接收(shou)(shou)電路(lu)，作為接收(shou)(shou)信號進行混頻時的信號源，另(ling)外(wai)一路(lu)則先經過衰減器再送到(dao)Mixer；

（3）通過(guo)混(hun)頻，使閱讀器(qi)(qi)的(de)基帶信號(hao)控(kong)制(zhi)傳送過(guo)來的(de)載波信號(hao)的(de)幅度(du)相位變化，然后(hou)經過(guo)可變增益(yi)放(fang)大(da)器(qi)(qi)（VGA）和射頻濾波器(qi)(qi)以后(hou)，傳至功(gong)率放(fang)大(da)器(qi)(qi);

（4）閱讀器根據實(shi)際(ji)情況(kuang)，自動(dong)調(diao)節(jie)發(fa)射信號的增益(yi)，然后經過射頻(pin)功率放大器進行放大，最后再經過環行器傳送到閱讀器天(tian)線準(zhun)備(bei)發(fa)射。

這里環行(xing)器的作用就是將閱讀器天線(xian)接收到(dao)的信(xin)號與發送的信(xin)號隔離開來，避免出(chu)現(xian)同(tong)頻干(gan)擾。

讀(du)寫器(qi)(qi)的(de)接收部(bu)分主(zhu)要包括(kuo)功率分配器(qi)(qi)、混頻器(qi)(qi)、模(mo)數轉(zhuan)換(huan)器(qi)(qi)(ADC)以及射頻濾波(bo)器(qi)(qi)，接收部(bu)分的(de)工(gong)作(zuo)流程是：

（1）由標簽通過(guo)反向散射(she)傳遞過(guo)來的(de)信(xin)號通常功率(lv)比較(jiao)小，它會首先進(jin)入環(huan)行(xing)器，以便與閱讀器發(fa)射(she)的(de)載(zai)波信(xin)號分離，避免出現同頻(pin)干擾。在通過(guo)射(she)頻(pin)濾波器后(hou)，進(jin)入到功率(lv)分配器，從這里出來的(de)信(xin)號又(you)分成了(le)兩路;

（2）從發射(she)線路(lu)過來的(de)(de)未調制載波作為接收線路(lu)的(de)(de)本振信號，產生兩路(lu)參(can)考信號，兩路(lu)參(can)考信號的(de)(de)相(xiang)位相(xiang)差90。

（3）兩(liang)路(lu)(lu)參考(kao)信(xin)號與從(cong)第一步(bu)功分器(qi)(qi)分離出(chu)來的兩(liang)路(lu)(lu)信(xin)號進(jin)行混(hun)頻(pin)，生(sheng)成兩(liang)路(lu)(lu)基帶信(xin)號，然后分別經(jing)過各自的運算放大器(qi)(qi)和低(di)通濾波(bo)器(qi)(qi)以后，返回到閱讀(du)器(qi)(qi)的信(xin)號處(chu)理單元進(jin)行相關處(chu)理。

四、讀寫器的I/O接口形式

一般讀寫器的I/O接(jie)口形式主(zhu)要有(you)：

①RS-232串行接口：計算機普遍(bian)適用的標準串行接口(kou)，能夠(gou)進行雙向(xiang)的數據信息(xi)傳(chuan)(chuan)遞。它(ta)的優(you)勢(shi)在于(yu)通用、標準，缺(que)點是傳(chuan)(chuan)輸距離不(bu)(bu)會(hui)達到很(hen)遠，傳(chuan)(chuan)輸速(su)度(du)也不(bu)(bu)會(hui)很(hen)快。

②RS-485串(chuan)行接口：也是一(yi)類(lei)標準串(chuan)行通信接口，數據傳遞運用差(cha)分(fen)模(mo)式，抵抗干擾能(neng)力較(jiao)強，傳輸距(ju)離(li)比RS-232傳輸距(ju)離(li)較(jiao)遠，傳輸速度與RS-232差(cha)不多。

③以(yi)太網接口：閱讀器可以(yi)通過該接口直(zhi)接進入網絡。

④USB接口：也是一類標準串行通信接口，傳(chuan)輸(shu)距離較短，傳(chuan)輸(shu)速度較高。

五、讀寫器的工作方式

讀(du)寫器主要有兩種(zhong)工作方(fang)(fang)式，一(yi)種(zhong)是讀(du)寫器先發(fa)言(yan)方(fang)(fang)式（Reader Talks First，RTF），另(ling)一(yi)種(zhong)是標(biao)簽先發(fa)言(yan)方(fang)(fang)式（Tag Talks First，TTF ）。

在一(yi)般情(qing)況(kuang)下，電(dian)子(zi)標簽處于等待或休眠狀(zhuang)態，當電(dian)子(zi)標簽進(jin)入讀寫器(qi)的作用(yong)范(fan)圍被激活以后，便從休眠狀(zhuang)態轉為接收狀(zhuang)態，接受讀寫器(qi)發出的命令，進(jin)行相應的處理，并將結(jie)果返(fan)回給讀寫器(qi)。

這類只有接(jie)收(shou)到讀寫器特殊命令才發送(song)數據的(de)電子標(biao)簽被(bei)稱為RTF方式；

與(yu)此相反，進入(ru)讀寫器的能量場即主動(dong)發送(song)數(shu)據的電子標簽被稱為TTF方式。

六、讀寫器的分類

從接觸方式分

讀寫(xie)器(qi)(qi)分為接(jie)觸式(shi)(shi)讀寫(xie)器(qi)(qi)，非(fei)接(jie)觸式(shi)(shi)讀寫(xie)器(qi)(qi)，單界(jie)面(mian)讀寫(xie)器(qi)(qi)和雙界(jie)面(mian)讀寫(xie)器(qi)(qi)以及多卡座(zuo)接(jie)觸式(shi)(shi)讀寫(xie)器(qi)(qi)。

從接口分

讀(du)(du)(du)寫(xie)(xie)器(qi)從接口(kou)上(shang)(shang)來看主要有(you)：并口(kou)讀(du)(du)(du)寫(xie)(xie)器(qi)、串口(kou)讀(du)(du)(du)寫(xie)(xie)器(qi)材、USB讀(du)(du)(du)寫(xie)(xie)器(qi)、PCMICA卡讀(du)(du)(du)寫(xie)(xie)器(qi)和IEEE 1394讀(du)(du)(du)寫(xie)(xie)器(qi)。前(qian)兩種讀(du)(du)(du)寫(xie)(xie)器(qi)由于接口(kou)速度(du)慢(man)或者安裝(zhuang)不方便已經基本被淘汰了(le)。USB讀(du)(du)(du)寫(xie)(xie)器(qi)是(shi)目(mu)前(qian)市場上(shang)(shang)最流(liu)行的讀(du)(du)(du)寫(xie)(xie)器(qi)。

從頻率分

從射頻(pin)頻(pin)率上分：低頻(pin)閱讀(du)(du)器(qi)、高(gao)頻(pin)閱讀(du)(du)器(qi)、超高(gao)頻(pin)讀(du)(du)寫器(qi)、雙頻(pin)讀(du)(du)寫器(qi)、433MHz有源(yuan)(yuan)讀(du)(du)寫器(qi)、微波(bo)有源(yuan)(yuan)讀(du)(du)寫器(qi)等。

七、產品原理

通過空間信道實現讀寫器向射頻標簽發送命令
讀(du)寫(xie)設備與(yu)射(she)頻(pin)(pin)標(biao)簽(qian)之間必然通過空間信道實(shi)現(xian)(xian)讀(du)寫(xie)器(qi)(qi)向射(she)頻(pin)(pin)標(biao)簽(qian)發送命(ming)令，射(she)頻(pin)(pin)標(biao)簽(qian)接收(shou)讀(du)寫(xie)器(qi)(qi)的命(ming)令后做(zuo)出必要的響應，由(you)此實(shi)現(xian)(xian)射(she)頻(pin)(pin)識別。此外，在射(she)頻(pin)(pin)識別應用(yong)系(xi)統中，一般(ban)情(qing)況下，通過讀(du)寫(xie)器(qi)(qi)實(shi)現(xian)(xian)的對射(she)頻(pin)(pin)標(biao)簽(qian)數據的無(wu)接觸收(shou)集或(huo)由(you)讀(du)寫(xie)器(qi)(qi)向射(she)頻(pin)(pin)標(biao)簽(qian)中寫(xie)入的標(biao)簽(qian)信息均要回送的應用(yong)系(xi)統中或(huo)來自應用(yong)系(xi)統，這就(jiu)形(xing)成了射(she)頻(pin)(pin)標(biao)簽(qian)讀(du)寫(xie)設備與(yu)應用(yong)系(xi)統程序之間的接口API（Application Program Interface）。

一般情況下，要求(qiu)讀寫器能夠接收(shou)(shou)來自應用系統(tong)的(de)命令，并且根據(ju)應用系統(tong)的(de)命令或(huo)約定(ding)的(de)協議(yi)作出相應的(de)響(xiang)應（回送(song)收(shou)(shou)集到的(de)標簽(qian)數據(ju)等）。

射頻模塊（射頻通道）與基帶模塊

讀寫(xie)器本身從電路(lu)實現角(jiao)度來說，又(you)可劃(hua)分為(wei)兩大部分，即：射(she)頻模塊（射(she)頻通道(dao)）與基帶模塊。

射頻模塊實現的任務主要有兩項，第一項是實現將讀寫器欲發往射頻標簽的命令調制（裝載）到射頻信號（也稱為讀寫器/射頻標簽的射頻工作頻率）上，經由發射天線發送出去。發送出去的射頻信號（可能包含有傳向標簽的命令信息）經過空間傳送（照射）到射頻標簽上，射頻標簽對照射的其上的射頻信號作出響應，形成返回讀寫器天線的反射回波信號。
射頻模塊(kuai)(kuai)的第(di)二項任(ren)務(wu)即是實現(xian)將射頻標(biao)簽(qian)反回(hui)到讀寫(xie)器(qi)的回(hui)波信(xin)(xin)號進行必要的加工處理(li)，并從中解調（卸載(zai)）提取出射頻標(biao)簽(qian)回(hui)送的數(shu)據。 基(ji)帶模塊(kuai)(kuai)實現(xian)的任(ren)務(wu)也包含(han)兩項，第(di)一項是將讀寫(xie)器(qi)智(zhi)能單元（通常為(wei)計算機單元CPU或MPU）發出的命(ming)令加工（編碼）實現(xian)為(wei)便(bian)于調制(zhi)（裝載(zai)）到射頻信(xin)(xin)號上的編碼調制(zhi)信(xin)(xin)號。第(di)二項任(ren)務(wu)即是實現(xian)對經過射頻模塊(kuai)(kuai)解調處理(li)的標(biao)簽(qian)回(hui)送數(shu)據信(xin)(xin)號進行必要的處理(li)（包含(han)解碼），并將處理(li)后的結果(guo)送入讀寫(xie)器(qi)智(zhi)能單元。

一般情況下，讀寫(xie)(xie)器的(de)(de)智(zhi)能單(dan)元也(ye)劃歸(gui)基(ji)帶模(mo)塊(kuai)(kuai)部分。智(zhi)能單(dan)元從(cong)原理上來說，是讀寫(xie)(xie)器的(de)(de)控制核心，從(cong)實現(xian)(xian)角度(du)來說，通常采用(yong)嵌入式MPU，并通過編制相應(ying)的(de)(de)MPU控制程序對(dui)實現(xian)(xian)收發(fa)信號(hao)實現(xian)(xian)智(zhi)能處理以及(ji)與后(hou)終應(ying)用(yong)程序之間的(de)(de)接(jie)口API。 射(she)頻模(mo)塊(kuai)(kuai)與基(ji)帶模(mo)塊(kuai)(kuai)的(de)(de)接(jie)口為調(diao)(diao)制（裝載）/解(jie)調(diao)(diao)（卸載），在系(xi)統實現(xian)(xian)中(zhong)，通常射(she)頻模(mo)塊(kuai)(kuai)包括(kuo)調(diao)(diao)制/解(jie)調(diao)(diao)部分，并且也(ye)包括(kuo)解(jie)調(diao)(diao)之后(hou)對(dui)回波小信號(hao)的(de)(de)必要加工處理（如放大、整形(xing)）等。射(she)頻模(mo)塊(kuai)(kuai)的(de)(de)收發(fa)分離(li)是采用(yong)單(dan)天線系(xi)統時射(she)頻模(mo)塊(kuai)(kuai)必須處理好的(de)(de)一個關鍵問題。