第六章 RFID讀寫器 讀寫器，又稱為閱讀器（取決于是否可以 改寫電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)）、編程器等，是寫入和寫 入電子標(biāo)簽信息的儀器。讀寫器是射頻識別系 統(tǒng)中非常重要的組成部分。 讀卡器 引言 一方面，電子標(biāo)簽返 回的微弱電磁訊號通 過無線模式開啟讀寫 器的射頻組件并轉(zhuǎn)化 成數(shù)字信號，再經(jīng)過 邏輯處理單元進行處 理跟存儲，完成對電 子標(biāo)簽的識別或讀寫 操作。 另一方面， 上層軟件與 讀寫器需要 進行交互， 實現(xiàn)操作指 令的執(zhí)行跟 數(shù)據(jù)的匯總 上傳。 讀寫器是射頻識別系統(tǒng)中十分重要的組成部分，同時具有通信、控制跟計算 功能的核心設(shè)施。 6.1 讀寫器的基本原理 ? 讀寫器的基本功能 讀寫器的基本任務(wù)是跟電子標(biāo)簽建立通信關(guān)系，完成對電子標(biāo) 簽信息的讀寫。在這個過程中涉及的一系列任務(wù)，如通信的構(gòu)建、 防止碰撞和身份驗證等都是由讀寫器處理完成的。具體來說，讀寫 器具備下列功能： （1）給標(biāo)簽提供能量。標(biāo)簽在被動式或者半被動式的狀況下， 需要讀寫器提供能量來激活電子標(biāo)簽。 （2）實現(xiàn)與電子標(biāo)簽的通訊。讀寫器對標(biāo)簽進行數(shù)據(jù)訪問，其 中包含對電子標(biāo)簽的讀數(shù)據(jù)和寫數(shù)據(jù)。 6.1 讀寫器的基本原理 ? 讀寫器的基本功能(續(xù)) （3）實現(xiàn)與計算機通信。
讀寫器能夠運用一些接口實現(xiàn)與計算機的通 信，并無法幫計算機提供信息，用于平臺終端與信息管理中心進行數(shù) 據(jù)交換，從而緩解整個平臺的數(shù)據(jù)管理跟信息預(yù)測需求。 （4）實現(xiàn)多個電子標(biāo)簽識別。讀寫器能夠正確地識別其工作范圍內(nèi)的 多個電子標(biāo)簽，具備防碰撞功能，可以與多個電子標(biāo)簽進行數(shù)據(jù)交換。 （5）實現(xiàn)移動目標(biāo)識別。讀寫器不但可以分辨靜止不動的物體，也能 以識別移動的物體。 （6）讀寫器必須具有數(shù)據(jù)記錄用途。即針對需要記錄的數(shù)據(jù)信息進行 實時記錄，以超過信息中心進一步進行數(shù)據(jù)預(yù)測的意愿。 6.1 讀寫器的基本原理 ? 讀寫器的工作過程 射頻標(biāo)簽讀寫設(shè)備均遵循如圖的信息處理與控制方式，讀寫器 與射頻標(biāo)簽（數(shù)據(jù)載體）之間借助空間信道實現(xiàn)讀寫器向射頻標(biāo)簽 發(fā)送指令，射頻標(biāo)簽接收讀寫器的指令后做出必要的響應(yīng)，由此實 現(xiàn)了射頻辨識功能。 讀寫器所獲取的信息通常均應(yīng)回送到應(yīng)用平臺，同時無法接收 應(yīng)用平臺下達的指令。如果應(yīng)用平臺應(yīng)從非接觸的數(shù)據(jù)載體（電子 標(biāo)簽）中調(diào)用以及讀取數(shù)據(jù)，需要非接觸的讀寫器作為接口。從要 用工具的視角探討，對數(shù)據(jù)載體的訪問必須是盡可能透明的. 6.1 讀寫器的基本原理 ? 讀寫器工作方式 ·讀寫器先發(fā)言（Reader Talks First，RTF） ·標(biāo)簽先發(fā)言（Tag Talks First，TTF） 一般狀況下，電子標(biāo)簽處于“等待”或稱為“休眠”的工作狀 態(tài)，當(dāng)電子標(biāo)簽開啟讀寫器的作用范圍時，檢測到一定特性的射 頻訊號，便從“休眠”的工作狀況轉(zhuǎn)到“接收”狀態(tài)，接收到讀 寫器發(fā)送的指令后RFID讀寫器，進行相應(yīng)的處理，然后將結(jié)果返回讀寫器。
這類只接收到讀寫器的特殊命令才發(fā)送數(shù)據(jù)的電子標(biāo)簽被稱為 RTF方式。 6.2 讀寫器的基本構(gòu)成 讀寫器的基本組成包含： ?射頻組件（高頻接口） ?控制處理組件 ?天線 讀寫器天線的作用是發(fā)射電磁能量以激活 電子標(biāo)簽，并向電子標(biāo)簽發(fā)出指令，同時 也要接收來自電子標(biāo)簽的信息。 6.2 讀寫器的基本構(gòu)成 讀寫器天線的設(shè)計跟選擇就需要滿足下列基本條件： 1）天線導(dǎo)線的電壓最大，用于形成最大的磁通量； 2）功率匹配，以最大程度地運用磁通量的只用能量； 3）足夠的時延，保證載波訊號的存儲，這些信號是用 數(shù)字信號調(diào)制而成的； 4）要求低剖面、小型化，讀寫器由于結(jié)構(gòu)、安裝和讓 用環(huán)境等差異多樣，讀寫器產(chǎn)品正朝著小型化方向發(fā) 展。 6.2 讀寫器的基本構(gòu)成 目前，RFID讀寫器的天線主要有線 圈型、微帶貼片型、偶極子型三種 基本方式。 ? 小于1 m的近距離應(yīng)用平臺通常采 用工藝簡單、成本低的線圈型天線， 它們主要適合工作在中低頻段。 ? 1 m以上遠距離的應(yīng)用平臺必須采 用微帶貼片型或偶極子型天線，這 些類型的天線工作在低頻及微波頻 段。 微帶貼片型 偶極子天線 6.2 讀寫器的基本構(gòu)成 讀寫器天線可以外置也可以內(nèi)嵌： ? 對于近距離RFID系統(tǒng)（如13.56 MHz小于10 cm的 識別系統(tǒng)），天線通常跟讀寫器集成在一起； ? 對于遠距離RFID系統(tǒng)（如UHF頻段大于3 m的識別系 統(tǒng)），天線和讀寫器常采用分離式結(jié)構(gòu)，通過阻抗匹 配的同軸電纜將讀寫器和天線聯(lián)接至一起。
與電子標(biāo)簽不同的是，讀寫器天線通常無尺寸要求，可 選擇的特點較多。 6.3 讀寫器的結(jié)構(gòu)方式 ? 固定式讀寫器 固定式讀寫器是很常用的一種讀寫器形式，它是將射頻控制器 和低頻接口封裝在一個固定的殼體中，完全集成射頻識別的功能。 有時為了避免設(shè)備重量、降低費用跟便于運輸RFID讀寫器，也可以將天線和射 頻模塊封裝在一個外殼單元中，這樣就可構(gòu)成集成式讀寫器或一體 化讀寫器。 固定式讀寫器典型的技術(shù)指標(biāo)如下： 供電電壓：DC 12 V、AC 220 V； 天線：分離式天線或雙天線，集成天線； 通信接口：RS-232、RS-485、以太網(wǎng)口等； 工作溫度：?30℃～+70℃。 6.3 讀寫器的結(jié)構(gòu)方式 工業(yè)讀卡器和發(fā)卡機是常見的固定式讀寫器，如圖所示： 125 kHz工業(yè)級讀寫器 2.4 GHz遠距離讀寫器 1.工業(yè)讀寫器 大多具備標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線接口，以便容易集成到現(xiàn)有設(shè)備中， 它主要應(yīng)用在礦井、畜牧、自動化生產(chǎn)等工業(yè)領(lǐng)域。這類讀寫器還 滿足多種不同的防護必須，甚至有的還帶防爆保護機制。 6.3 讀寫器的結(jié)構(gòu)方式 2．發(fā)卡機 發(fā)卡機也叫做讀卡器、發(fā)卡器等，主要用來對電子標(biāo)簽進行具 體內(nèi)容的操作，包括設(shè)立檔案、消費糾正、掛失、補卡或者信息糾 正等，經(jīng)常與計算機放在一起。從本質(zhì)上說，發(fā)卡機實際上就是小 型的射頻讀寫器。 3．OEM模塊 有些應(yīng)用必須讀寫器的封裝外殼， 同時RFID讀寫器也并非成為集成設(shè)備中 的一個單元，這樣只應(yīng)該標(biāo)準(zhǔn)讀寫器的 射頻前端組件，而
