CN201134105Y - 一种射频识别读写器 - Google Patents

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艾方
文胜利
郝宝鹏
柳建文
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Abstract

本实用新型涉及一种射频识别读写器，包括天线，读写器控制模块和主控单元，主控单元通过读写器控制模块连接天线，该读写器还包括现场总线模块组和现场总线接口组，主控单元与现场总线模块组相连接，现场总线模块组与现场总线接口组相连接。该射频识别读写器添加现场总线模块组与现场总线接口组连接到工业级现场总线上，能实现读写器在复杂工业控制环境中的可靠运行。

Description

一种射频识别读写器
技术领域
本实用新型涉及非接触式的自动识别设备技术，特别是一种射频识别(RFID，Radio Frequency Identification)读写器。
背景技术
射频识别技术是一种利用射频通信实现的非接触式自动识别技术，按照工作频率的不同，RFID可分为低频(LF)、高频(HF)、超高频(UHF)和微波频段(MW)。RFID技术通过射频信号，采用非接触的方式，自动识别目标对象并获取相关数据，无需人工干预。RFID***具有条形码所不具备的防水、防磁、标签上数据可以加密、存储容量大，存储信息更改自如等优点，其应用能够降低物品的物流运输和库存管理的费用，给物流、零售等产业带来便利。
如图1所示，现有RFID应用***主要由RFID标签4和RFID读写器11两部分组成。RFID读写器11包括主控单元1、读写器控制模块2、天线3以及RS232接口5，读写器控制模块2通过天线3在一个区域内发射电磁波，其中区域的大小取决于工作频率和天线特性。RFID标签4一般通过无源被动反射的方式与天线3进行通信；RFID读写器11接收到RFID标签4的数据后，主控单元1解码并进行错误校验来决定数据的有效性，然后，通过RS232接口5将数据传送到计算机网络中。
然而，这种RFID读写器由于仅仅使用RS232、普通以太网口等民用传输接口进行数据传输，来完成数据到计算机之间的交互，没有利用工业标准的传输设备和传输协议，所以工作温度范围小，抗干扰能力弱，数据传输速度慢，在复杂工业控制环境中难以可靠地工作。
现场总线(FieldBus)是近年来正在迅速发展和规范的一种工业数据总线，其具有通信速度快、误码率低、开发设计简单及网络使用维护方便等诸多优点，已成为工业现场实现网络化现场测量与控制的一个发展方向。目前，在国内得到广泛应用的现场总线包括CAN、PROFIBUS-DP、MODUBUS等。工业以太网是另一种新兴的工业通信技术，可看作是现场总线的一种变体，因其具有高带宽、高可靠的优势，已经成为工业关键业务应用的主流。
但是，至今尚未出现将现场总线技术与RFID技术结合起来的产品或技术方案，因此，RFID设备也就难以适用于离散制造、石油、化工、煤炭等复杂的工业领域。
发明内容
有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提供一种RFID读写器，能够更可靠地适合于工业应用。
本实用新型对于现有RFID读写器存在的难以应用于工业领域的问题，是通过提供一种具有多现场总线接口的工业级RFID读写器来解决的，该RFID读写器包括天线、读写器控制模块和主控单元，主控单元通过读写器控制模块连接天线，该RFID读写器还包括现场总线模块组和现场总线接口组，主控单元与现场总线模块组相连接，现场总线模块组与现场总线接口组相连接。
本实用新型与现有技术的RFID读写器相比具有的优点是：通过添加现场总线模块组与现场总线接口组，本实用新型的RFID读写器能够直接连接到工业级现场总线上，由此实现RFID读写器在复杂工业控制环境中的可靠运行，并能够满足宽温度范围、强抗干扰能力、快速数据传输的要求。
附图说明
图1为现有技术中RFID读写器的原理结构图；
图2为本实用新型RFID读写器一具体实施例的原理结构图；
图3为本实用新型中主控单元电路原理图；
图4是本实用新型中主控单元与CAN总线接口之间的连接电路原理图；
图5是本实用新型中主控单元与PROFIBUS-DP控制器之间的连接电路原理图；
图6是本实用新型中主控单元与MODBUS总线接口之间的连接电路原理图；
图7是本实用新型中主控单元与工业以太网接口之间的连接电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本实用新型再作进一步详细的说明。
图2为本实用新型RFID读写器一具体实施例的原理结构图，如图2所示，主控单元1连接现场总线控制模块组10，现场总线模块组10包含有CAN控制器61、PROFIBUS-DP控制器71、MODUBUS控制器81、工业以太网控制器91。其中，主控单元1完成各现场总线通道之间的信道管理，实现各种现场总线数据传输间的切换。CAN控制器61、PROFIBUS-DP控制器71、MODUBUS控制器81、工业以太网控制器91分别对应连接CAN总线接口62、PROFIBUS-DP总线接口72、MODUBUS总线接口82、工业以太网接口92，各现场总线控制器主要完成从主控单元到相应现场总线接口的数据传输、电平转换等功能。本实施例中，CAN总线接口62、PROFIBUS-DP总线接口72、MODUBUS总线接口82、工业以太网接口92构成现场总线接口组；CAN控制器61与CAN总线接口62、PROFIBUS-DP控制器71与PROFIBUS-DP总线接口72以及MODUBUS控制器81与MODBUS总线接口82之间采用光耦(图中未画出)实现光电隔离，而工业以太网控制器91与工业以太网接口92之间采用隔离变压器实现变压器隔离。
在实际应用中，现场总线模块组可以包括CAN控制器61、PROFIBUS-DP控制器71、MODUBUS控制器81、工业以太网控制器91中任意一个或多个的组合；相应的，现场总线接口组也就对应包括CAN总线接口62、PROFIBUS-DP总线接口72、MODUBUS总线接口82、工业以太网接口92中任意一个或多个的组合。
主控单元1还实现对读写器控制模块2的读写控制，并读取由读写器控制模块2发出的信息，主控单元1从读写器控制模块2接收到信号之后，经过软件解码和错误校验，传输至现场总线控制模块组10，然后由现场总线控制模块组10发送至对应的现场总线接口。
作为本实用新型的优选实施例，如图3所示，主控单元1采用基于ARM-7的32位微处理器芯片AT91SAM7X256来实现，该微处理器芯片是一种嵌入式微处理器芯片，具有一个嵌入式10/100以太网MAC控制器、一个CAN总线控制器以及三个通用异步收发器(UART)--UART0、UART1、UART2。如图4所示，所述现场总线模块组10的CAN控制器61采用AT91SAM7X256自带的CAN总线控制器来实现与CAN总线通信功能，其与CAN总线硬件接口部分的数据交换通过两个信号端CANTX和CANRX来实现，信号端CANTX和CANRX通过快速光耦芯片TLP113实现总线端与主控单元间的光电信号隔离，芯片82C250用来实现CAN总线通信所需要的差分电平。
如图5所示，对PROFIBUS-DP的控制器采用单独器件SIMENS的SPC3来实现。SPC3集成了PROFIBUS-DP协议中的FDL层，它可以承担通信部分的微处理器负载，从而实现通信处理，其能保障报文的有效性，并可满足整个报文的一致性。主控单元AT91SAM7X256对SPC3芯片的控制主要通过其PA口来完成，AT91SAM7X256的PA12-18以及PA3引脚接SPC3的DB7～DB0引脚，作为数据地址复用总线，可以产生低8位的数据和地址，高4位地址由AB0～AB3产生，SPC3的AB4～AB7产生SPC3的片选信号。
如图6所示，对MODUBUS控制器实现采用AT91SAM7X256自带的异步收发器UART0来实现，本实用新型所设计的RFID读写器中，MODBUS总线采用RS485总线作为物理传输介质。主控单元AT91SAM7X256与MODBUS总线硬件接口部分的数据交换通过三个信号端来实现，分别是UART0的RXD0(复用PA0引脚)、TXD0(复用PA1引脚)以及由PA2充当的使能控制端；这三个信号端通过光耦芯片连接到RS485总线所需要的电平转换芯片上。
如图7所示，工业以太网的MAC层采用AT91SAM7X256自带的嵌入式10/100M以太网MAC控制器来实现。本实用新型RFID读写器的主控单元AT91SAM7X256内嵌一个以太网MAC控制器，但并未提供物理层接口，因此***外接物理层芯片DM9161AE，以提供工业以太网的接入通道。主控单元与DM9161的数据交换主要通过AT91SAM7X256的PB口进行。由于AT91SAM7X256片内已集成带有MII接口的MAC控制器，而DM9161也提供了MII接口，所以二者之间的连接完全采用MII接口所定义的方式。
以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用来限定本实用新型的保护范围。本领域内技术人员应该能够联想到，添加更多领域的工业现场总线模块和现场总线接口都属于本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1、 一种射频识别读写器，包括外壳、天线、读写器控制模块和主控单元，主控单元通过读写器控制模块连接天线，外壳包围主控单元和读写器控制模块，其特征在于：所述读写器还包括现场总线模块组和现场总线接口组，主控单元与现场总线模块组相连接，现场总线模块组与现场总线接口组相连接。
2、 根据权利要求1所述的射频识别读写器，其特征在于：所述现场总线模块组包括与主控单元连接的CAN控制器、和/或与主控单元连接的PROFIBUS-DP控制器、和/或与主控单元连接的MODBUS控制器、和/或与主控单元连接的工业以太网控制器。
3、 根据权利要求2所述的射频识别读写器，其特征在于：所述现场总线接口组包括与所述CAN控制器连接的CAN总线接口、和/或与所述PROFIBUS-DP控制器连接的PROFIBUS-DP总线接口、和/或与所述MODBUS控制器连接的MODBUS总线接口、和/或与所述工业以太网控制器连接的工业以太网接口。
4、 根据权利要求3所述的射频识别读写器，其特征在于：所述CAN总线接口与CAN控制器、PROFIBUS-DP总线接口与PROFIBUS-DP控制器、MODBUS总线接口与MODBUS控制器之间通过光耦连接。
5、 根据权利要求3或4所述的射频识别读写器，其特征在于：所述工业以太网接口与工业以太网控制器之间通过隔离变压器连接。
6、 根据权利要求1、2或3所述的射频识别读写器，其特征在于：所述主控单元为嵌入式微处理器芯片。
7、 根据权利要求6所述的射频识别读写器，其特征在于：所述嵌入式微处理器芯片为基于ARM-7的微处理器芯片。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102195946A (zh) * 2010-03-16 2011-09-21 上海交技发展股份有限公司 基于arm技术的智能通信控制器
CN101763080B (zh) * 2009-05-20 2012-01-04 中国科学院自动化研究所 支持多现场总线的rfid读写***及其管理方法
CN102857583A (zh) * 2012-03-21 2013-01-02 上虞市舜创电子科技有限公司 一种基于宽带载波通信的接口转换模块

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