一种基于UHF技术的RFID读写器及其控制系统

摘要

本发明公开了一种基于UHF技术的RFID读写器，其功能多样，读写操作方便快捷，可满足较远距离的信息读写要求，其包括读写器本体、封装于读写器本体内的控制系统、天线、电源，读写器本体包括手持部、控制部、连接部、天线安装部，手持部通过连接部与天线安装部连接，电源、控制系统、连接线、天线依次固定于手持部、控制部、连接部、天线安装部的腔体内，天线固定于天线安装部的腔体内，控制系统通过连接线与天线电连接，控制系统包括主控制器、电源管理模块、射频模块、振动模块、稳压模块，电源管理模块分别与所述射频模块、振动模块、主控制器、稳压模块电连接，射频模块、振动模块、稳压模块均与主控制器电连接。

说明书

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体为一种基于UHF技术的RFID读写器及其控制系统。

背景技术

RFID读写器是一种通过射频识别信号自动识别目标对象并获取相关数据的无线射频识别设备，其因操作快捷方便、读写方便、可识别高速运动物体并可同时识别多个RFID标签等优点而被广泛应用于物流仓储管理、防伪溯源、工业制造、畜牧养殖等领域。RFID读写器通过天线与RFID电子标签进行无线通信，可以实现对标签识别码的内存数据的读出或写入操作，RFID读写器主要包括RFID射频模块、控制单元、阅读器天线，其中RFID射频模块包括发送器和接收器，电子标签与阅读器之间通过耦合元件实现射频信号的无接触耦合，在耦合通道内，根据时序关系，实现传递和数据的交换。

目前，RFID读写器主要包括固定式、手持式，其中手持RFID读写器包含有低频、高频、超高频、有源等，但现有技术中手持RFID读写器存在读写操作不方便等问题，现有的RFID读写器为台式结构，需手持RFID读写器的工作人员近距离靠近电子标签，才能实现读写，对于较远距离或无法近距离靠近的被测物的信息读写则不适用。

发明内容

针对现有技术中存在的RFID读写器读写操作不方便，无法实现较远距离的信息读写的问题，本发明提供了一种基于UHF技术的RFID读写器及其控制系统，其功能多样，读写操作方便快捷，可满足较远距离的信息读写要求。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于UHF技术的RFID读写器，其包括读写器本体、封装于所述读写器本体内的控制系统、天线、电源，其特征在于，所述读写器本体包括手持部、控制部、连接部、天线安装部，所述手持部通过所述连接部与所述天线安装部连接；所述手持部、控制部、连接部、天线安装部分别设置有连通的腔体，所述电源、控制系统、连接线、天线依次固定于所述手持部、控制部、连接部、天线安装部的腔体内，所述天线固定于所述天线安装部的腔体内，所述控制系统通过所述连接线与所述天线电连接。

其进一步特征在于，

所述连接部的长度为50cm；

所述电源包括充电电池；

其还包括充电部，所述充电部包括充电口、防护盖，所述手持部的外侧端开有通孔，所述充电口的一端与所述充电电池电连接，另一端贯穿所述手持部并凸出于所述手持部的外侧端，所述防护盖为内部中空且一端敞口的柱状壳体，所述防护盖的敞口端与所述手持部的外侧端螺纹连接；

所述手持部的外表面包覆有带螺纹的橡胶垫；

所述控制部设置有按键，所述按键与所述控制系统电连接；

其还包括显示屏，所述显示屏设置于所述控制部，所述显示屏与所述控制系统电连接；

所述读写器本体包括第一上盖、第一下盖，所述第一上盖、第一下盖盖合形成所述手持部、控制部的所述腔体；

所述连接部为一体成型的PC管；

所述天线安装部包括第二上盖、第二下盖，所述第二上盖、第二下盖盖合形成所述天线安装部的腔体。

一种控制系统，将该控制系统应用于所述RFID读写器，其特征在于，所述控制系统包括主控制器、电源管理模块、射频模块、振动模块、稳压模块，所述电源管理模块分别与所述射频模块、振动模块、主控制器、稳压模块电连接，所述射频模块、振动模块、稳压模块均与所述主控制器电连接，所述电源管理模块用于给所述控制系统供电，所述射频模块用于接收或发送射频信号，所述振动模块包括振动电机，用于产生振动信号，所述稳压模块用于对所述电源管理模块提供的电压源进行调整。

其进一步特征在于，

所述主控制器包括MCU芯片U1，所述MCU芯片U1的型号为STM32F103VE；

所述电源管理模块包括OTG接口电路、电池保护电路、电压调整电路、电池防反接电路，所述OTG接口电路包括USB连接器，所述电压调整电路包括升压芯片U9，所述电池保护电路包括ESD保护二极管，所述电池防反接电路包括晶体管Q9、Q10、三极管Q11，所述电池保护电路连接指示灯模块，指示灯模块包括发光二极管D15、D16；

所述USB连接器的型号为TYPE-C-31-M-12，所述升压芯片U9的型号为SC8922，所述ESD保护二极管的型号为PRTR5V0U2-SOT143B；

所述射频模块包括射频收发电路、稳压电路、按键连接电路、连接器J1，所述射频收发电路包括射频芯片U40，所述稳压电路包括稳压芯片U10，所述按键连接电路包括电阻R7、R8、R9，用于连接所述按键；

所述射频芯片U40的型号为M120-UHF MODULE，所述稳压芯片U10的型号为MIC29302WU-IR；

所述振动模块包括第一蓝牙芯片M3、第二蓝牙芯片M1、振动电机连接电路，所述振动电机连接电路包括三极管Q13；

所述第一蓝牙芯片M3、第二蓝牙芯片M1的型号分别为PTR5618、BT-JO-BC04；

所述稳压模块包括降压芯片U3、低压差稳压器U2、U4、U5、U6、正向低压降稳压器VR1，所述降压芯片U3用于降压，获取所述VCC5V电压源，低压差稳压器U2、U4、U5、U6用于稳压，并分别获取稳压后的电压源VCC_MCU、电压源BTVCC、电压源VCC3V、电压源V-IN，所述正向低压降稳压器VR1用于对所述电压源VCC5V进行稳压；

所述降压芯片U3的型号为TPS5450，所述低压差稳压器U2、U4、U5、U6的型号均为LP2985IM5-3.3，所述正向低压降稳压器VR1的型号为AMS1117-3.3；

其还包括时钟模块、存储模块、蜂鸣器连接电路、三极管开关电路，所述时钟模块包括时钟芯片U8，所述存储模块包括存储芯片U7，蜂鸣器连接电路包括三极管Q3、蜂鸣器B1，三极管开关电路包括三极管Q6，三极管开关电路连接MCU芯片U1的71管脚，时钟模块连接MCU芯片U1的15管脚，所述存储模块连接MCU芯片U1的64、66、67、65管脚；

所述时钟芯片U8的型号为RX-8025SA，所述存储芯片U7的型号为SST25VF080。

采用本发明上述结构可以达到如下有益效果：1、本申请RFID读写器包括手持部、控制部、连接部、天线安装部，控制部与天线安装部之间通过连接部连接，在生产该RFID读写器装置时，连接部的长度可以根据实际需求设定，因此可以满足较远距离的信息读写要求，提高了读写操作便利性。

2、本申请RFID读写器的控制部内安装有控制系统，控制系统包括主控制器、电源管理模块、射频模块、振动模块、稳压模块，电源管理模块用于给控制系统供电，射频模块用于接收或发送射频信号，因此，通过该RFID读写器可实现电子标签的读写操作。本装置中的振动模块包括振动电机，用于产生振动信号，当该RFID读写器读取电子标签的数据时，主控制器控制振动模块中的振动电机振动，振动传递至手持部，使用者手握手持部感知到振动信号时，表明读取操作成功，从而便于使用者快速获取到该RFID读写器的读写状态，提高了读写操作便利性。

3、本申请RFID读写器的控制系统中包含有电源管理模块、稳压模块，电源管理模块用于对该控制系统的电源进行管理，防止了电池反接，稳压模块用于对电源管理模块提供的电压源进行调整，确保了射频模块、振动模块能够获取稳定的电压源，避免了因电池反接或电压不稳定而导致该RFID读写器读写操作失败等问题出现。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图(省略显微镜)；

图2a为本发明的主视图的剖视结构示意图；

图2b为本发明充电部与手持部的爆炸的结构示意图；

图3为本发明控制系统的系统结构框图；

图4为本发明OTG接口电路的电路原理图；

图5为本发明电池保护电路的电路原理图；

图6为本发明电压调整电路的电路原理图；

图7为本发明电池防反接电路的电路原理图；

图8为本发明射频收发电路的电路原理图；

图9为本发明稳压电路的电路原理图；

图10为本发明按键连接电路的电路原理图；

图11为本发明连接器J1的接口电路原理图；

图12为本发明第一蓝牙芯片M3的接口电路原理图；

图13为本发明第二蓝牙芯片M1的接口电路原理图；

图14为本发明振动电机连接电路的电路原理图；

图15为本发明降压芯片U3的接口电路原理图；

图16～图19分别为本发明低压差稳压器U2、U4、U5、U6的接口电路原理图；

图20为本发明正向低压降稳压器VR1的接口电路原理图；

图21为本发明时钟模块的电路原图；

图22为本发明存储模块的电路原理图；

图23为本发明蜂鸣器连接电路的电路原理图；

图24为本发明三极管开关电路的电路原理图；

图25为本发明MCU芯片U1及其外围电路的电路原理图；

图26为本发明连接器J2的接口电路原理图。

具体实施方式

见图1、图2，一种基于UHF技术的RFID读写器，其包括读写器本体1、封装于读写器本体内的控制系统2、天线3、电源4，电源4包括充电电池。读写器本体1包括手持部11、控制部12、连接部13、天线安装部14，手持部通过连接部13与天线安装部14连接；手持部11、控制部12、连接部13、天线安装部14分别设置有连通的腔体15，电源4、控制系统2、连接线5、天线3依次固定于手持部11、控制部12、连接部13、天线安装部14的腔体内，天线3固定于天线安装部14的腔体内，控制系统2通过连接线5与天线3电连接。本实施例中，连接部的长度根据实际需求设定。

其还包括充电部16，充电部16包括充电口161、防护盖162，手持部11的外侧端开有通孔，充电口161的一端与充电电池电连接，另一端贯穿手持部11并凸出于手持部的外侧端，防护盖162为内部中空且一端敞口的柱状壳体，防护盖162的敞口端与手持部11的外侧端螺纹连接。充电时，将防护盖162取下，通过充电口161给充电电池充电，充电完成后，将防护盖162与手持部11固定，起到防尘、防磕碰、防损坏等作用。

手持部11的外表面包覆有带螺纹的橡胶垫，橡胶垫具有防滑作用；控制部12设置有按键121、显示屏122，按键121、显示屏均与控制系统2电连接；按键121包括三个，用于实现该RFID读写器的开启、关闭、读取等操作，显示屏用于显示该RFID读写器读取的数据信息。

读写器本体1包括第一上盖、第一下盖，第一上盖、第一下盖盖合形成手持部11、控制部12的腔体，本申请中连接部13为一体成型的PC管；天线安装部14包括第二上盖141、第二下盖142，第二上盖141、第二下盖142盖合形成天线安装部14的腔体。

见图3、图25，一种控制系统，将该控制系统应用于上述RFID读写器，控制系统2包括主控制器21、电源管理模块22、射频模块23、振动模块24、稳压模块25，电源管理模块22分别与射频模块23、振动模块24、主控制器21、稳压模块25电连接，射频模块23、振动模块24、稳压模块25均与主控制器21电连接，电源管理模块22用于给控制系统2供电，射频模块23用于接收或发送射频信号，振动模块24包括振动电机，用于产生振动信号，稳压模块25用于对电源管理模块22提供的电压源进行调整。主控制器包括MCU芯片U1，MCU芯片U1的型号为STM32F103VE。

电源管理模块包括OTG接口电路、电池保护电路、电压调整电路、电池防反接电路，OTG接口电路包括USB连接器，电压调整电路包括升压芯片U9，电池保护电路包括ESD保护二极管(见图6)用于实现电池的过流保护，电池防反接电路包括晶体管Q9、Q10、三极管Q11，防反接电路连接指示灯模块，指示灯模块包括发光二极管D15、D16；USB连接器的型号为TYPE-C-31-M-12，升压芯片U9的型号为SC8922，ESD保护二极管的型号为PRTR5V0U2-SOT143B；

见图4，USB连接器的B4、B6、B7、B9管脚连接电池保护电路，USB连接器的A6、A7、A9管脚分别连接电阻R33、R23、R1一端，电阻R33、R23另一端分别连接MCU芯片U1的70、71管脚；ESD保护二极管的2、3、4管脚连接USB连接器的B4、B6、B7、B9管脚；见图5，升压芯片U9的1、2、23、24管脚连接电感L1、电容C37，电感L1连接电容C30、C31、C36、稳压模块中的电阻R27、稳压二极管D3，升压芯片U9的5、6管脚分别连接电阻R44、R45，升压芯片U9的7管脚分别连接电电阻R77、串联的可调电阻MF54和电阻R78，升压芯片U9的8、9管脚分别连接电阻R47、R48，升压芯片U9的11管脚连接并联电阻R50和R49，电阻R47另一端连接三极管Q12基极，三极管Q12集电极连接电阻R51一端，电阻R51另一端连接稳压模块中的电压源VCC_MOTOR；见图7，晶体管Q9的源极连接发光二极管D15负极、电压源BATT，发光二极管D15正极连接电阻R56一端，晶体管Q9栅极分别连接晶体管Q10源极、电阻R56另一端、发光二极管D16负极、电压源BAT2，晶体管Q10栅极连接电阻R57一端、电压源BAT1，发光二极管D16正极连接电阻R57另一端，晶体管Q9、Q10的漏极分别连接二极管D7、D12的负极，二极管D7、D12的正极李连杰并联电阻R36、R40，电阻R36另一端连接稳压模块中的电阻R27、稳压二极管D3；发光二极管D15、D16。

电池管理模块中的OTG接口电路包括USB连接器，USB连接器为充电口，用于给电池充电，电池管理模块中设置有电池防反接电路，用于检测电池是否反接，若两个电池反接，通过该电池防反接电路中的晶体管Q9、Q10的关断停止该充电操作，同时发光二极管D15、C16亮灯，提示使用者电池反接停止充电。电池保护电路包括ESD保护二极管，起到了电池充电过程中静电保护作用，电池保护电路中的电压调整电路包括升压芯片U9，升压芯片U9用于对两节充电电池或三节充电电池进行同步升压，具备电池均衡功能，极大地减小了电池间的差异，延长了电池寿命。

射频模块包括射频收发电路、稳压电路、按键连接电路、连接器J1，射频收发电路包括射频芯片U40，稳压电路包括稳压芯片U10，按键连接电路包括电阻R7、R8、R9，用于连接按键；射频芯片U40的型号为M120-UHF MODULE，稳压芯片U10的型号为MIC29302WU-IR；

见图8，射频芯片U40的2、13管脚与12管脚之间串联电阻R10，射频芯片U40的2、13管脚还连接有源电容C8,射频芯片U40的6、7管脚分别连接电阻R6、R11，电阻R6、R11另一端分别连接连接器J1，射频芯片U40的3、4管脚连接连接器P1，射频芯片U40的9管脚连接天线座P3；见图9，稳压芯片U10的2管脚连接电容C47、C48、C50、C21、C65、电压源BATT，稳压芯片U10的4管脚连接电阻R1、电容C2、C14、C23、C45、电压源VCC5V，5管脚连接电阻R3，见图11，连接器J1用于连接显示屏，该RFID读写器通过显示屏显示从电子标签读取的信息。见图10，按键连接电路中的电阻R7、R8、R9一端分别连接按键KEY-8、KEY-A、KEY-C，另一端连接电压源VCC、有源电容C4；

振动模块包括第一蓝牙芯片M3、第二蓝牙芯片M1、振动电机连接电路，振动电机连接电路包括三极管Q13；第一蓝牙芯片M3、第二蓝牙芯片M1的型号分别为PTR5618、BT-JO-BC04。第一蓝牙芯片M3、第二蓝牙芯片M1分别执行两种不同的蓝牙协议，使得该RFID标签可满足不同蓝牙协议的信号传输需求，提高了该RFID标签的适用范围。

按键KEY-8、KEY-A、KEY-C通过按键连接电路与MCU芯片连接，通过按键KEY-8、KEY-A、KEY-C控制RFID读写器的开启、关闭、读写等操作，该RFID读写器通过射频收发电路中的射频芯片U40接收或发送射频信号，并通过稳压芯片U10稳压，确保了信号的稳定性。

见图12，第一蓝牙芯片M3的1管脚连接串联的电阻R59、发光二极管BLUE，第一蓝牙芯片M3的9管脚连接电感T4，第一蓝牙芯片M3的13、14、15管脚分别连接电阻R41、R58、R60一端，电阻R41、R58、R60另一端分别连接MCU芯片U1的79、78、41管脚，第一蓝牙芯片M3的8管脚连接电阻R75一端，第一蓝牙芯片M3的4、5管脚连接MCU芯片U1的76、72管脚；第二蓝牙芯片M1的16管脚连接电阻R43一端、电容C25、C34、稳压二极管D11，电阻R43另一端连接电压源BTVCC。见图13，第二蓝牙芯片M1的36管脚连接电阻R13一端，第二蓝牙芯片M1的31管脚连接电阻R13另一端、电阻R20一端，第二蓝牙芯片M1的29管脚连接并联电阻R22、R32一端，电阻R20、R22另一端连接电压源BTVCC，电阻R32另一端连接MCU芯片的62管脚。见图14，振动电机连接电路中的三极管Q13的基极连接电阻R55一端，三极管Q13的集电极连接电阻R54一端，电阻R54另一端分别连接电容C44、电压源VCC_MOTOR，三极管Q13发射极分别连接二极管D14负极、连接器M2，连接器M2用于连接振动电机。

稳压模块包括降压芯片U3、低压差稳压器U2、U4、U5、U6、正向低压降稳压器VR1，降压芯片U3用于降压，获取VCC5V电压源，可将8V直流电压源降为5V直流电压源，低压差稳压器U2、U4、U5、U6用于稳压，并分别获取稳压后的电压源VCC_MCU、电压源BTVCC、电压源VCC3V、电压源V-IN，以便于为各个模块提供稳定的电压，正向低压降稳压器VR1用于对电压源VCC5V稳压；降压芯片U3的型号为TPS5450，低压差稳压器U2、U4、U5、U6的型号均为LP2985IM5-3.3，正向低压降稳压器VR1的型号为AMS1117-3.3。

见图15，降压芯片U3的1管脚连接电容C6一端，降压芯片U3的5管脚连接并联的电阻R5、R66，降压芯片U3的7管脚分别连接电阻R5、电容C2、C4、C5，降压芯片U3的7管脚连接并联的电阻R5、电容C2、C4、C5、晶体管Q7，降压芯片U3的8管脚分别连接电容C6另一端、电感L2一端、二极管D4负极，降压芯片U3的4管脚分别连接并联电阻R3一端、电阻R6，电感L2另一端连接并联的电阻R3另一端、电容C11、C15、C13、C24、电阻R4、稳压二极管D3负极、电压源VCC5V，电阻R4另一端连接发光二极管D8，稳压二极管D3正极分别连接电阻R27、电压源VBUS0_5V，晶体管Q7栅极连接并联的电阻R34、R65一端，电阻R65另一端分别连接三极管Q8集电极、二极管D17；见图16～图19，低压差稳压器U2的5管脚连接并联电阻R71，低压差稳压器U2的3管脚连接并联电阻R2、R72，低压差稳压器U2的4管脚连接电容C12，低压差稳压器U2的1管脚连接电阻R72、电容C7、电压源BATT，低压差稳压器U4的1管脚连接电容C27、电压源VCC5V，低压差稳压器U4的3管脚连接电阻R14、MCU芯片U1的80管脚，低压差稳压器U4的4管脚连接电容C33，低压差稳压器U4的5管脚连接有源电容C32、电压源BTVCC，低压差稳压器U5的1、3管脚连接有源电容C41、电压源VCC5V，低压差稳压器U5的4管脚连接电容C47，低压差稳压器U4的5管脚连接电压源VCC_MCU、有源电容C42，低压差稳压器U6的1管脚连接电压源VCC5V、有源电容C3、三极管Q1发射极，低压差稳压器U6的3、4管脚分别连接电阻R17、电容C50，低压差稳压器U6的5管脚连接并联的电容C46、C49、电阻R21一端，电阻R21另一端分别连接电阻R35、三极管Q2基极，三极管Q2集电极连接电阻R30一端，电阻R30另一端连接三极管Q1基极，三极管Q1集电极连接电容C43正极、电压源V-IN；见图20，低压稳压器VR1连接电容C51、C54、C53,、电压源VCC5V、电压源VCCMOTOR。

其还包括时钟模块、存储模块、蜂鸣器连接电路、三极管开关电路，时钟模块包括时钟芯片U8(见图21)，存储模块包括存储芯片U7(见图22)，蜂鸣器连接电路包括三极管Q3、蜂鸣器B1(见图23)，蜂鸣器B1通过该蜂鸣器连接电路连接MCU芯片U1的60管脚；三极管开关电路(见图24)包括三极管Q6，三极管开关电路连接MCU芯片U1的71管脚，时钟模块连接MCU芯片U1的15管脚，存储模块连接MCU芯片U1的64、66、67、65管脚；时钟芯片U8的型号为RX-8025SA，存储芯片U7的型号为SST25VF080。时钟芯片U8为RTC时钟芯片，是一种内置高精度调整的32.768kHz晶振的I2C总线接口方式的实时计时器，具有中断、闹钟、振荡停止检测、时钟精度调整等功能，连接器J2为串口接口(见图26)。

使用该RFID读写器对电子标签进行读写操作时，通过按键KEY-8、KEY-A、KEY-C对该RFID读写器进行开启、关闭或读写控制，当该RFID读写器读取电子标签的数据时，MCU芯片U1控制振动模块中的振动电机振动，振动传递至手持部，使用者手握手持部感知到振动信号时，表明读取操作成功，从而便于使用者快速获取到该RFID读写器的读写状态，提高了读写操作便利性。RFID读写器从电子标签读取数据后，通过存储模块中的存储芯片U7存储数据。

以上的仅是本申请的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。