【讀(du)寫器是(shi)什(shen)么】讀(du)寫器的常(chang)見(jian)功能 讀(du)寫器的基本組(zu)成模塊(kuai)介紹

一、讀寫器是什么(me)

讀(du)寫(xie)器即射頻標簽(qian)讀(du)寫(xie)設(she)備(bei)，是射頻識別系統的(de)兩個(ge)重要(yao)組成部分（標簽(qian)與讀(du)寫(xie)器）之一。

射(she)(she)頻(pin)標簽(qian)(qian)讀(du)(du)(du)寫設(she)備(bei)根(gen)據具體實(shi)現功能也(ye)(ye)有(you)一些(xie)其他較為流行(xing)的(de)(de)(de)別(bie)稱(cheng)，如：閱讀(du)(du)(du)器(qi)(qi)（Reader），查詢(xun)器(qi)(qi)（Interrogator），通信器(qi)(qi)（Communicator），掃描(miao)器(qi)(qi)（Scanner），讀(du)(du)(du)寫器(qi)(qi)（Reader and Writer），編程器(qi)(qi)（Programmer），讀(du)(du)(du)出(chu)裝置(zhi)（Reading Device），便攜式讀(du)(du)(du)出(chu)器(qi)(qi)（Portable Readout Device），AEI設(she)備(bei)（ Automatic Equipment Identification Device）等(deng)。 通常情況下，射(she)(she)頻(pin)標簽(qian)(qian)讀(du)(du)(du)寫設(she)備(bei)應(ying)根(gen)據射(she)(she)頻(pin)標簽(qian)(qian)的(de)(de)(de)讀(du)(du)(du)寫要求以及應(ying)用需求情況來設(she)計。隨(sui)著(zhu)射(she)(she)頻(pin)識別(bie)技術的(de)(de)(de)發展(zhan)，射(she)(she)頻(pin)標簽(qian)(qian)讀(du)(du)(du)寫設(she)備(bei)也(ye)(ye)形成了一些(xie)典型的(de)(de)(de)系統實(shi)現模(mo)式，本章的(de)(de)(de)重點(dian)也(ye)(ye)在于(yu)介紹這種讀(du)(du)(du)寫器(qi)(qi)的(de)(de)(de)實(shi)現原理。

從最基本的原理角度(du)出發，射頻標簽讀(du)寫設備一般均遵循基本模式。

二、讀寫器(qi)的常見功能

讀寫器之所以非常重(zhong)要(yao)，這(zhe)是由它的功能(neng)所決定的，它的主要(yao)功能(neng)有以下幾(ji)點：

①實現(xian)與電子標(biao)簽(qian)(qian)的(de)通(tong)訊：最(zui)常見的(de)就(jiu)是對標(biao)簽(qian)(qian)進行(xing)讀(du)數，這項功能需要(yao)(yao)有一個可靠的(de)軟件算法確保安(an)全性、可靠性等。除了進行(xing)讀(du)數以外，有時還需要(yao)(yao)對標(biao)簽(qian)(qian)進行(xing)寫入，這樣就(jiu)可以對標(biao)簽(qian)(qian)批量生產，由用戶按照自己需要(yao)(yao)對標(biao)簽(qian)(qian)進行(xing)寫入；

②給(gei)標(biao)簽供能(neng)：在(zai)標(biao)簽是被動式(shi)或者半(ban)被動式(shi)的(de)情況下，需要讀寫器(qi)提供能(neng)量來(lai)激活射頻(pin)場(chang)(chang)周圍的(de)電(dian)子(zi)標(biao)簽；閱(yue)讀器(qi)射頻(pin)場(chang)(chang)所能(neng)達到的(de)范圍主(zhu)要由(you)天線(xian)(xian)的(de)大(da)(da)小以及(ji)閱(yue)讀器(qi)的(de)輸(shu)出功(gong)率決定(ding)的(de)。天線(xian)(xian)的(de)大(da)(da)小主(zhu)要是根據應用(yong)要求來(lai)考慮的(de)，而輸(shu)出功(gong)率在(zai)不同國家和地區，都(dou)有不同的(de)規定(ding)。

③實現與計算機(ji)網絡的通訊：這(zhe)一功能也(ye)很重要，讀(du)寫器能夠利(li)用一些接口實現與上位機(ji)的通訊，并能夠給上位機(ji)提供(gong)一些必要的信息；

④實現多標簽識別：讀寫器能夠正確的識別其工(gong)作范圍內(nei)的多個標簽；

⑤實現移(yi)動(dong)目標(biao)識別(bie)(bie)：讀(du)寫器(qi)不但可(ke)以識別(bie)(bie)靜止不動(dong)的物體，也可(ke)以識別(bie)(bie)移(yi)動(dong)的物體；

⑥實(shi)現錯誤(wu)信(xin)息提示：對于在識別過程中產生(sheng)的一(yi)些錯誤(wu)，讀寫器(qi)可以發出(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(ru)電(dian)池的總電(dian)量、剩余電(dian)量等。

三、讀寫(xie)器(qi)的基本組成模塊介(jie)紹(shao)

典型的讀(du)寫器終端一般由天(tian)線、射頻接口(kou)模塊和邏輯(ji)控制模塊三(san)部分構成(cheng)。

讀(du)(du)寫器(qi)的(de)(de)天(tian)(tian)線(xian)是發(fa)射(she)和(he)接(jie)收射(she)頻(pin)載(zai)波(bo)信(xin)(xin)號(hao)的(de)(de)設備(bei)； 它主要(yao)負責將讀(du)(du)寫器(qi)中(zhong)的(de)(de)電流信(xin)(xin)號(hao)轉換成射(she)頻(pin)載(zai)波(bo)信(xin)(xin)號(hao)并(bing)發(fa)送給電子(zi)標(biao)(biao)(biao)簽，或者(zhe)接(jie)收標(biao)(biao)(biao)簽發(fa)送過(guo)來(lai)的(de)(de)射(she)頻(pin)載(zai)波(bo)信(xin)(xin)號(hao)并(bing)將其轉化為(wei)電流信(xin)(xin)號(hao)； 讀(du)(du)寫器(qi)的(de)(de)天(tian)(tian)線(xian)可以外置也可以內置； 天(tian)(tian)線(xian)的(de)(de)設計對閱讀(du)(du)器(qi)的(de)(de)工作性能來(lai)說非(fei)常重要(yao)，對于無源(yuan)標(biao)(biao)(biao)簽來(lai)說，它的(de)(de)工作能量(liang)全部由閱讀(du)(du)器(qi)的(de)(de)天(tian)(tian)線(xian)提供。

射頻接口模塊

讀(du)寫(xie)器(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)(de)射(she)(she)(she)(she)頻接口模塊主要(yao)包括發射(she)(she)(she)(she)器(qi)(qi)(qi)(qi)、射(she)(she)(she)(she)頻接收(shou)(shou)器(qi)(qi)(qi)(qi)、時(shi)鐘發生(sheng)器(qi)(qi)(qi)(qi)和電(dian)(dian)(dian)壓調(diao)節器(qi)(qi)(qi)(qi)等。該模塊是讀(du)寫(xie)器(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)(de)射(she)(she)(she)(she)頻前端，同時(shi)也是影響讀(du)寫(xie)器(qi)(qi)(qi)(qi)成本的(de)(de)關鍵(jian)部(bu)位，主要(yao)負(fu)責射(she)(she)(she)(she)頻信(xin)號(hao)(hao)的(de)(de)發射(she)(she)(she)(she)及(ji)接收(shou)(shou)。 其中(zhong)的(de)(de)調(diao)制電(dian)(dian)(dian)路負(fu)責將(jiang)需要(yao)發送(song)(song)給電(dian)(dian)(dian)子標(biao)簽(qian)的(de)(de)信(xin)號(hao)(hao)加以調(diao)制，然后再(zai)發送(song)(song)； 解調(diao)電(dian)(dian)(dian)路負(fu)責將(jiang)解調(diao)標(biao)簽(qian)送(song)(song)過來的(de)(de)信(xin)號(hao)(hao)并進行放(fang)大(da)； 時(shi)鐘發生(sheng)器(qi)(qi)(qi)(qi)負(fu)責產(chan)生(sheng)系(xi)統的(de)(de)正常工作時(shi)鐘。

邏輯控制模塊

讀寫(xie)器(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)邏輯控制(zhi)模塊(kuai)(kuai)是整個(ge)讀寫(xie)器(qi)(qi)(qi)工(gong)作(zuo)(zuo)的(de)(de)(de)控制(zhi)中心、智能(neng)單元(yuan)，是讀寫(xie)器(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)“大腦”， 讀寫(xie)器(qi)(qi)(qi)在工(gong)作(zuo)(zuo)時由邏輯控制(zhi)模塊(kuai)(kuai)發(fa)出指令，射頻接口模塊(kuai)(kuai)按照(zhao)不(bu)同的(de)(de)(de)指令做出不(bu)同的(de)(de)(de)操作(zuo)(zuo)。 它主要包括微控制(zhi)器(qi)(qi)(qi)、存儲(chu)單元(yuan)和應用接口驅動電路等(deng)。 微控制(zhi)器(qi)(qi)(qi)可以完成信(xin)號的(de)(de)(de)編解碼、數據的(de)(de)(de)加解密以及(ji)執行防碰撞算法； 存儲(chu)單元(yuan)負(fu)責(ze)存儲(chu)一些程序和數據； 應用接口負(fu)責(ze)與(yu)上位機進行輸(shu)入或輸(shu)出的(de)(de)(de)通(tong)信(xin)。

下(xia)面(mian)以(yi)UHF頻(pin)段(duan)讀(du)(du)寫器(qi)(qi)(qi)(qi)為(wei)例，詳(xiang)細(xi)介(jie)紹一(yi)下(xia)讀(du)(du)寫器(qi)(qi)(qi)(qi)的射(she)頻(pin)模塊是如(ru)何工作的。射(she)頻(pin)模塊又可以(yi)分(fen)為(wei)發(fa)射(she)和(he)接收兩(liang)部(bu)分(fen)。 讀(du)(du)寫器(qi)(qi)(qi)(qi)的發(fa)射(she)電路部(bu)分(fen)主要由混頻(pin)器(qi)(qi)(qi)(qi)(Mixer)、數模轉換器(qi)(qi)(qi)(qi)(DAC)、衰(shuai)減器(qi)(qi)(qi)(qi)(Attenuator)、可變增益(yi)放大(da)器(qi)(qi)(qi)(qi)(VGA)、功率(lv)分(fen)配器(qi)(qi)(qi)(qi) (Power Splitter)、射(she)頻(pin)濾波器(qi)(qi)(qi)(qi)(Filter)、以(yi)及射(she)頻(pin)功率(lv)放大(da)器(qi)(qi)(qi)(qi)(PA)。·發(fa)射(she)部(bu)分(fen)的工作過程(cheng)如(ru)下(xia)：

（1）閱讀器(qi)控制(zhi)壓(ya)控振蕩器(qi)，產生(sheng)出(chu)頻率(lv)為860-96OMHZ的載(zai)波信號，然后把這(zhe)個信號傳送給功分器(qi);

（2）功率分配器(qi)(qi)把要(yao)發(fa)射的信號(hao)分成兩部(bu)分，一部(bu)分發(fa)送到(dao)接(jie)收電路，作為接(jie)收信號(hao)進行混頻時(shi)的信號(hao)源，另外一路則(ze)先經過衰減器(qi)(qi)再送到(dao)Mixer；

（3）通過混頻，使閱讀器(qi)的(de)基帶信號(hao)控制傳送過來的(de)載波信號(hao)的(de)幅度(du)相位變化，然(ran)后經(jing)過可變增益放大器(qi)（VGA）和射頻濾(lv)波器(qi)以(yi)后，傳至功率放大器(qi);

（4）閱讀器根據實(shi)際情況，自動調(diao)節發射(she)信號(hao)的增益，然后經過(guo)射(she)頻功率放大(da)器進(jin)行(xing)放大(da)，最后再經過(guo)環行(xing)器傳送到閱讀器天線準備發射(she)。

這里(li)環(huan)行(xing)器(qi)的作用(yong)就是將閱讀器(qi)天線接收到的信號(hao)與發(fa)送的信號(hao)隔離開來，避免出現同頻干擾。

讀寫(xie)器的(de)(de)接收(shou)部(bu)(bu)分主要包(bao)括功(gong)率分配器、混頻(pin)器、模數轉換(huan)器(ADC)以(yi)及射頻(pin)濾波器，接收(shou)部(bu)(bu)分的(de)(de)工作流程是：

（1）由標簽(qian)通過反向散(san)射(she)傳遞過來的信(xin)號通常功率(lv)比較小，它會首先進(jin)入(ru)環行器(qi)，以便(bian)與閱(yue)讀器(qi)發射(she)的載波信(xin)號分離(li)，避免出(chu)現同(tong)頻干擾。在通過射(she)頻濾波器(qi)后(hou)，進(jin)入(ru)到(dao)功率(lv)分配(pei)器(qi)，從(cong)這(zhe)里出(chu)來的信(xin)號又分成了兩路(lu);

（2）從發射線(xian)路(lu)(lu)過(guo)來的(de)(de)未調制載波作為(wei)接收(shou)線(xian)路(lu)(lu)的(de)(de)本振信號，產(chan)生兩路(lu)(lu)參考(kao)信號，兩路(lu)(lu)參考(kao)信號的(de)(de)相(xiang)位(wei)相(xiang)差90。

（3）兩(liang)(liang)路參(can)考信號(hao)與從第一(yi)步功分器分離出來的(de)(de)兩(liang)(liang)路信號(hao)進(jin)行混(hun)頻，生成兩(liang)(liang)路基(ji)帶信號(hao)，然(ran)后分別(bie)經(jing)過各自(zi)的(de)(de)運算(suan)放大器和低通濾波器以后，返回到閱(yue)讀器的(de)(de)信號(hao)處理單元進(jin)行相關處理。

四、讀寫器的I/O接口形式

一般讀寫器(qi)的(de)I/O接口形(xing)式主要有：

①RS-232串行接口：計算機普(pu)遍適用的標準(zhun)(zhun)串行(xing)接口(kou)，能夠進行(xing)雙向的數據(ju)信息(xi)傳遞。它的優勢在于通(tong)用、標準(zhun)(zhun)，缺點是傳輸距離不(bu)會達到很(hen)遠，傳輸速度也不(bu)會很(hen)快。

②RS-485串行(xing)接口(kou)：也(ye)是一類(lei)標準串行(xing)通信(xin)接口(kou)，數據傳遞運用差(cha)分模式(shi)，抵抗干擾能力較(jiao)強，傳輸(shu)距離比RS-232傳輸(shu)距離較(jiao)遠，傳輸(shu)速度與RS-232差(cha)不多。

③以太網(wang)接口(kou)：閱讀器可以通過該接口(kou)直(zhi)接進(jin)入網(wang)絡。

④USB接口(kou)：也是一類標準串行通信接口(kou)，傳輸(shu)距離較(jiao)短，傳輸(shu)速度(du)較(jiao)高(gao)。

五、讀寫器的工作方式

讀寫(xie)器(qi)主要有兩種工作(zuo)方式(shi)，一(yi)種是(shi)讀寫(xie)器(qi)先(xian)發言(yan)方式(shi)（Reader Talks First，RTF），另(ling)一(yi)種是(shi)標簽(qian)先(xian)發言(yan)方式(shi)（Tag Talks First，TTF ）。

在一般情況下(xia)，電子(zi)標簽處(chu)于等待或休眠狀態，當電子(zi)標簽進入讀寫器的(de)作用范圍被激活(huo)以后，便從休眠狀態轉為(wei)接收狀態，接受(shou)讀寫器發出的(de)命令，進行相應的(de)處(chu)理，并將結果返(fan)回給讀寫器。

這(zhe)類只有接(jie)收到讀寫器(qi)特殊命(ming)令才發送數據的電子(zi)標簽被稱為RTF方式；

與此相反，進入讀寫器(qi)的能量場(chang)即主(zhu)動(dong)發送數據(ju)的電子(zi)標簽被稱(cheng)為TTF方式。

六、讀寫器的分類

從接觸方式分

讀寫器(qi)分(fen)為(wei)接觸(chu)式(shi)(shi)讀寫器(qi)，非接觸(chu)式(shi)(shi)讀寫器(qi)，單界面(mian)(mian)讀寫器(qi)和雙界面(mian)(mian)讀寫器(qi)以及多卡座接觸(chu)式(shi)(shi)讀寫器(qi)。

從接口分

讀(du)(du)寫器(qi)從接口(kou)上來看主要有：并口(kou)讀(du)(du)寫器(qi)、串口(kou)讀(du)(du)寫器(qi)材、USB讀(du)(du)寫器(qi)、PCMICA卡讀(du)(du)寫器(qi)和IEEE 1394讀(du)(du)寫器(qi)。前(qian)兩種讀(du)(du)寫器(qi)由于接口(kou)速度(du)慢或者安裝(zhuang)不方便已經(jing)基(ji)本被淘(tao)汰(tai)了。USB讀(du)(du)寫器(qi)是(shi)目前(qian)市場上最流行的讀(du)(du)寫器(qi)。

從頻率分

從射頻(pin)頻(pin)率上分：低頻(pin)閱讀(du)(du)器(qi)、高頻(pin)閱讀(du)(du)器(qi)、超高頻(pin)讀(du)(du)寫(xie)器(qi)、雙頻(pin)讀(du)(du)寫(xie)器(qi)、433MHz有(you)源(yuan)讀(du)(du)寫(xie)器(qi)、微波有(you)源(yuan)讀(du)(du)寫(xie)器(qi)等(deng)。

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(bei)與(yu)射(she)頻(pin)(pin)標簽(qian)(qian)之間必然通(tong)過(guo)空間信(xin)道實現(xian)讀(du)寫(xie)器(qi)向射(she)頻(pin)(pin)標簽(qian)(qian)發送(song)命令(ling)，射(she)頻(pin)(pin)標簽(qian)(qian)接收讀(du)寫(xie)器(qi)的命令(ling)后(hou)做出必要的響應(ying)(ying)，由(you)此(ci)實現(xian)射(she)頻(pin)(pin)識別(bie)。此(ci)外，在射(she)頻(pin)(pin)識別(bie)應(ying)(ying)用系(xi)統(tong)中，一般情(qing)況下(xia)，通(tong)過(guo)讀(du)寫(xie)器(qi)實現(xian)的對射(she)頻(pin)(pin)標簽(qian)(qian)數(shu)據的無接觸收集(ji)或由(you)讀(du)寫(xie)器(qi)向射(she)頻(pin)(pin)標簽(qian)(qian)中寫(xie)入的標簽(qian)(qian)信(xin)息均要回送(song)的應(ying)(ying)用系(xi)統(tong)中或來自應(ying)(ying)用系(xi)統(tong)，這就形成了(le)射(she)頻(pin)(pin)標簽(qian)(qian)讀(du)寫(xie)設備(bei)與(yu)應(ying)(ying)用系(xi)統(tong)程序之間的接口(kou)API（Application Program Interface）。

一般情況(kuang)下，要(yao)求讀寫器能夠接收來自應(ying)用系統的(de)(de)命(ming)令，并且根(gen)據應(ying)用系統的(de)(de)命(ming)令或約(yue)定的(de)(de)協(xie)議作出相應(ying)的(de)(de)響應(ying)（回送收集到的(de)(de)標(biao)簽數據等）。

射頻模塊（射頻通道）與基帶模塊

讀寫器本身從電路實現角(jiao)度來說(shuo)，又(you)可劃分(fen)為(wei)兩大部分(fen)，即：射頻模塊（射頻通道）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(pin)模塊(kuai)的(de)(de)(de)(de)第二項(xiang)任(ren)(ren)務(wu)即是實(shi)現將射頻(pin)標(biao)簽反回到讀寫器的(de)(de)(de)(de)回波信號進行必要的(de)(de)(de)(de)加工(gong)處(chu)理(li)，并從中解調（卸載）提取出射頻(pin)標(biao)簽回送的(de)(de)(de)(de)數據。 基(ji)帶模塊(kuai)實(shi)現的(de)(de)(de)(de)任(ren)(ren)務(wu)也包含兩項(xiang)，第一項(xiang)是將讀寫器智(zhi)能單(dan)元（通常為計算機單(dan)元CPU或MPU）發出的(de)(de)(de)(de)命令加工(gong)（編(bian)碼）實(shi)現為便于調制(zhi)（裝載）到射頻(pin)信號上的(de)(de)(de)(de)編(bian)碼調制(zhi)信號。第二項(xiang)任(ren)(ren)務(wu)即是實(shi)現對經過射頻(pin)模塊(kuai)解調處(chu)理(li)的(de)(de)(de)(de)標(biao)簽回送數據信號進行必要的(de)(de)(de)(de)處(chu)理(li)（包含解碼），并將處(chu)理(li)后的(de)(de)(de)(de)結果(guo)送入讀寫器智(zhi)能單(dan)元。

一(yi)般(ban)情況(kuang)下，讀(du)寫器的(de)(de)(de)智能單(dan)元也(ye)劃(hua)歸基(ji)帶模塊(kuai)(kuai)部分。智能單(dan)元從(cong)原(yuan)理(li)(li)上來說，是讀(du)寫器的(de)(de)(de)控制(zhi)(zhi)核心，從(cong)實(shi)現角度來說，通(tong)常采用(yong)(yong)嵌入(ru)式(shi)MPU，并(bing)(bing)通(tong)過編制(zhi)(zhi)相應(ying)的(de)(de)(de)MPU控制(zhi)(zhi)程序對(dui)實(shi)現收發(fa)信(xin)號實(shi)現智能處(chu)理(li)(li)以(yi)及與后(hou)終(zhong)應(ying)用(yong)(yong)程序之間的(de)(de)(de)接口API。 射(she)頻模塊(kuai)(kuai)與基(ji)帶模塊(kuai)(kuai)的(de)(de)(de)接口為調制(zhi)(zhi)（裝載(zai)）/解調（卸載(zai)），在系統實(shi)現中，通(tong)常射(she)頻模塊(kuai)(kuai)包(bao)括調制(zhi)(zhi)/解調部分，并(bing)(bing)且也(ye)包(bao)括解調之后(hou)對(dui)回波小信(xin)號的(de)(de)(de)必要加(jia)工處(chu)理(li)(li)（如放大(da)、整形）等(deng)。射(she)頻模塊(kuai)(kuai)的(de)(de)(de)收發(fa)分離(li)是采用(yong)(yong)單(dan)天線系統時射(she)頻模塊(kuai)(kuai)必須處(chu)理(li)(li)好的(de)(de)(de)一(yi)個關(guan)鍵問題(ti)。