研究論著多天線空分定位RFID閱讀器的設(shè)計與應(yīng)用茅建華張鑫張國強周劍鋒解放軍73841部隊南京市210003)摘要目的:設(shè)計多天線空分定位RFD閱讀器,使基于RFID技術(shù)的智能管理系純具有定位識別的功能。方法:提出了多天線空分定位RFID閱讀器的設(shè)計方案,即采用閱讀器與多個檢測天線的分離式裝夏,每個天線僅識別自己工作區(qū)城內(nèi)的標簽,天線的地址碼與標簽的教據(jù)共同構(gòu)成傳迷的信息,從而使閱讀器具有定位識別標簽的功能。結(jié)果:將基于多天線空分定位閱讀器的RFID系純應(yīng)用于戰(zhàn)備藥品的管理,可以為戰(zhàn)備藥品提供安全、準確、實時的信息收集、處理和查詢等功能。結(jié)論:該多天線空分定位閱讀器不僅可以提供定位識別功能,還可以節(jié)約RFID系統(tǒng)的成本,具有廣闡的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞RFID閱讀器;多個天線;空分定位;地址碼;智能藥霜中圖分類號:TP29;TP317文獻標志碼:A文章編號:1003-8868(2007)12-0012-04Design and application of RFId reader with multi-antennas of different spatialMAO Jian-hua, ZHANG Xin, ZHANG Guo-qiang, ZHOU Jian-feng(No 73841 Unit of PLA, Nanjing 210003, China)Abstract Objoctive To design Radio-Frequency Identification (RFID)reader with multi-antennas of different spatiallocation. Mothod Decheme of RFID reader with multi-antennas of difference spatial location was presented, i.e.aseparated setting with a reader and multiple detected antennas was adopted. Each antenna only identified tags in its ownarea. The receiving information from tags contains antenna code and data in tag's IC. Hence the reader can point the tagsposition through different antenna code. Rosult The application of RFID with multi-antennas of different spatial location tosystem of combat readiness medicine can provide safe, exact and real-time information collection, processingand query for combat readiness medicine. Conclusion The system can not only provide location identification, but also reducesystem cost. It will have wide application in future.Key words RFID reader, multi-antennas; spatial location; address; intelligent medicine box引言送到閱讀器,閱讀器對接收到的信號進行解調(diào)和解碼然后將射頻識別技術(shù)( Radio- Frequency Identification, RFID)是一有關(guān)信息送到后臺主系統(tǒng)數(shù)據(jù)單元進行相關(guān)處理;主系統(tǒng)根種非接觸式的自動識別技術(shù),通過無線信道與識別目標進行據(jù)讀取的信息判斷該標簽的合法性,完成目標物體的識別和雙向非接觸數(shù)據(jù)通信。與條形碼相比,RFID具有識別迅速、方管理。法靈活、適應(yīng)場合廣、智能化程度高等優(yōu)點RFID技術(shù)的使用將給零售、物流、醫(yī)藥等產(chǎn)業(yè)帶來革命性變化。因此,不少國家別物和地區(qū)均投入了大量的人力物力發(fā)展這一技術(shù)。我國在中長期科學(xué)與技術(shù)發(fā)展規(guī)劃中,已將射頻識別技術(shù)列為我國未來重點發(fā)展的信息技術(shù)之一。在2006年國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)中,已將“RFD技術(shù)與應(yīng)用”作為科技部先進制造技術(shù)領(lǐng)域重大項目進行實施。典型的RFID系統(tǒng)如圖1所示四RFID閱讀器通過天線發(fā)送一定頻率的射頻信號,當(dāng) RFID標簽進人發(fā)射天線工作區(qū)域時標簽天線接收到信號,在標簽電路中產(chǎn)生感應(yīng)電流RFTD標簽獲得能量被激活;標簽將其專用集成芯片中所存儲的關(guān)圖1典型RFD系統(tǒng)組成示意圖于被識別物體的信息編碼調(diào)制到載波上,通過標簽天線發(fā)送出去;RFID閱讀器接收天線接收到從標簽發(fā)送來的信號,并雖然RFID系統(tǒng)可以識別閱讀器天線工作區(qū)域內(nèi)的標簽但無法確定標簽在該區(qū)域內(nèi)的具體位置,這給物體的定位識別帶來了困難。此外,RFID系統(tǒng)是通過輻射電磁能量工作的作者簡介:茅建華副主任醫(yī)師,主要從事衛(wèi)勤管理和醫(yī)院管理方面的研工作。本課題由國家科技部科研院所社會公益研究專項幕金項目(00GS)它的工作不應(yīng)對已存在的無線電系統(tǒng)如移動通信、航空、無線電、導(dǎo)航、電視等系統(tǒng)造成干擾,因此,很多國家為RFID系統(tǒng)研究論著的工作制定了規(guī)則限制它的最大輻射功率。功率受限的時送到調(diào)制器和微處理器。調(diào)制器將微處理器的命令或欲寫RFID閱讀器的工作區(qū)域局限在一定的范圍內(nèi),使得在構(gòu)建人數(shù)據(jù)調(diào)制成工作頻率的信號,該已調(diào)信號經(jīng)放大和射頻調(diào)RFID系統(tǒng)時成本很高,這妨礙了RFID技術(shù)的推廣應(yīng)用。諧后送到天線并輻射出去為此本研究提出了一種新的RFID閱讀器一多天線空22接收部分分定位閱讀器的設(shè)計方案,即RFID閱讀器的主體(除天線之接收部分由檢波器、濾波器、放大器、沖突檢測電路和脈外的閱讀器的其他部分)與多個檢測天線采用分離式結(jié)構(gòu)這沖成型電路組成。檢波器是信號幅度檢測電路雙極性的高頻樣每個檢測天線均有各自的工作區(qū)域,僅識別在自己工作區(qū)接收信號經(jīng)過檢波器后成為不規(guī)整的單極性包絡(luò)信號。濾波域內(nèi)的物體獲取標簽內(nèi)的物體信息,通過各自天線的空間位器實現(xiàn)數(shù)據(jù)頻帶的帶通濾波和工作頻率的帶阻濾波這樣,信置來標示物體的位置號經(jīng)過濾波器后濾除了數(shù)據(jù)頻帶之外的信號和不攜帶任何信RFID技術(shù)的應(yīng)用已引起世界各國的極大重視,但在息且功率很高的工作頻率的載波信號,保證了進入后續(xù)解調(diào)RFID系統(tǒng)中的定位識別目前還沒有見到這方面的報道,本研電路的信號有較高的信嗓比且是可解調(diào)的。經(jīng)過濾波器的信究首次對RFID系統(tǒng)中的定位識別問題進行探討所設(shè)計的閱號放大后送人沖突檢測和脈沖成型電路,在確保無沖突的情讀器已應(yīng)用于智能戰(zhàn)備藥箱系統(tǒng)中;基于多天線空分定位閱況下,經(jīng)脈沖成型后的信號送入微處理器進行數(shù)據(jù)解碼,并保讀器的RFID智能管理系統(tǒng)不僅能提供物體定位識別還節(jié)約存起來。了構(gòu)建RFID智能系統(tǒng)時的成本,具有良好的經(jīng)濟效益和社會23微處理器效益。微處理單元是閱讀器的核心,主要處理各種命令與接收2多天線空分定位閱讀器的設(shè)計數(shù)據(jù)的解調(diào),主要包括閱讀器與標簽間控制命令的發(fā)送與命多天線空分定位閱讀器是在通常意義上的RFID閱讀器令響應(yīng)的校驗、接收數(shù)據(jù)的校驗與解碼以及與外部設(shè)備的通和外接天線間插入一塊多天線巡讀電路,在微處理器的控制信等。下按序連通各分離的天線讀取天線工作區(qū)域中標簽的信息。24多天線巡讀電路在多天線空分定位閱讀器中,每一個檢測天線都由一個子地多天線巡讀電路位于閱讀器與天線之間,使閱讀器能夠址碼標識(配合RFID閱讀器標識地址構(gòu)成物品的完全地讀取多個檢測天線工作區(qū)域中標簽的信息,并將檢測天線的址),該地址碼與其實際的物理位置一一對應(yīng),這樣每副天線地址碼和標簽中的信息一同傳送給閱讀器,使閱讀器具有定的工作區(qū)域所包含的空間就有它自己唯一的標識信息或地址位識別的功能,擴大閱讀器的工作區(qū)域。多天線巡讀電路主要碼。這些唯一的地址碼被編程輸人RFD后臺數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),這由微處理單元、延時單元和選通開關(guān)電路組成,功能框圖如圖樣,通過查詢天線的地址碼和其物理位置的對應(yīng)關(guān)系就可以3所示找到物品所處的確切位置,從而實現(xiàn)物品的識別與定位多天線空分定位閱讀器由發(fā)射部分、接收部分與微處理延時器器和多天線巡讀電路等4部分組成如圖2所示。發(fā)射部分巡讀信號負責(zé)將閱讀器的命令通過天線發(fā)送出去,接收部分負責(zé)接收微處理數(shù)據(jù)、沖突檢驗和信號成型,微處理器負責(zé)各種控制命令的發(fā)送、響應(yīng)的校驗和接收數(shù)據(jù)的解碼,多天線巡讀電路完成在預(yù)延時器定的時間內(nèi)選通某路檢測天線的功能。選通開關(guān)多端口發(fā)射部分讀取信號選通開關(guān)選通開關(guān)圖3多天線巡讀模塊的框圖微處理單元主要處理控制信號、選擇連接的天線和設(shè)置選通時間。微處理單元接收到閱讀器發(fā)來的巡讀信號后根沖突檢據(jù)信號中攜帶的選通天線號碼和時間值選通天線,設(shè)定延時器的時間值并啟動;或按一定的次序和時間值依次接通各路天線。圖2多天線空分定位閱讀番的組成框圖延時器用于設(shè)置本路選通開關(guān)閉合的時間,該部分的功能可由硬件電路如555延時電路實現(xiàn),也可由帶定時器的微21發(fā)射部分處理單元通過軟件編程來實現(xiàn)。發(fā)射部分由信號產(chǎn)生器、調(diào)制器、功率放大器和射頻調(diào)諧在微處理單元的控制下選通開關(guān)在規(guī)定的時間內(nèi)閉合電路組成。信號產(chǎn)生器產(chǎn)生閱讀器的工作頻率信號,該信號同實現(xiàn)本路天線與閱讀器的連接。由于選通開關(guān)直接與天線相研究論蓍接,而天線電路在調(diào)諧時,天線線圈上的電壓可達幾百伏,因本研究設(shè)計的多天線空分定位閱讀器已成功地應(yīng)用在智此,選通開關(guān)應(yīng)具有較強的耐高壓性能能戰(zhàn)備藥箱的管理系統(tǒng)中。多端口選擇電路將調(diào)諧信號輸送到天線上,同時將天線在戰(zhàn)備醫(yī)療物資的管理中需要有高效、快捷準確便于的地址碼與從天線上接收的信號一起送給閱讀器,供系統(tǒng)定部署的醫(yī)療物資管理系統(tǒng)來保證戰(zhàn)時快速反應(yīng)和醫(yī)療保障位識別標簽RFID技術(shù)所具有高度自動化和智能化的特性,使基于RFD微處理單元是多天線巡讀電路的核心。由于閱讀器大多技術(shù)的醫(yī)療物資管理系統(tǒng)可滿足部隊?wèi)?zhàn)備時期醫(yī)藥系統(tǒng)的高是由電池供電的,芯片的功耗與運行速度成為選擇微處理單效自動化管理和戰(zhàn)爭狀態(tài)下野戰(zhàn)醫(yī)院的快速部署實現(xiàn)戰(zhàn)時后元的關(guān)鍵因素。在本設(shè)計方案中選用了 MCU PIC6F877芯勤醫(yī)療的有力保障滿足醫(yī)療后勤系統(tǒng)國防建設(shè)的迫切需要片。PCl6F877是一款較新的中檔產(chǎn)品,具有高速 Harvard結(jié)基于RFID技術(shù)的智能化戰(zhàn)備藥箱如圖5(a)所示,由藥構(gòu)、功耗低、代碼壓縮率高、抗干擾能力強等特點。由于箱閱讀器(多天線空分定位閱讀器)藥箱應(yīng)答器和內(nèi)嵌多個PICl6F877A芯片內(nèi)還集成了定時器因此,采用PCl6F837/A閱讀器天線藥箱抽屜組成。圖5(b)所示為內(nèi)嵌多個閱讀器天芯片內(nèi)定時器作為多天線巡讀電路的延時器可以節(jié)省硬件,線的藥箱抽屜,圖5(c)所示為藥箱抽屜內(nèi)嵌的天線通過多天進一步降低系統(tǒng)功耗。線巡讀接口與藥箱閱讀器間的連接。多天線巡讀電路的軟件主要完成控制信號的分析、連接天線的選擇、選通時間的設(shè)定和天線地址碼的傳送等功能。藥箱應(yīng)答器天藥箱顯示屏在初始加電后,多天線巡讀電路初始化它的各個寄存器的值然后等待閱讀器發(fā)出的閱讀命令。一旦接收到閱讀器的命令,它開始分析這個命令中各個域的值。如果是全部選通命令,它就按序設(shè)置定時器的計數(shù)器,接通第1路天線,將第1抽屜路天線的地址碼送人多端口選擇電路;重置定時器的計數(shù)器接通第2路天線,將第2路天線的地址碼送人多端口選擇電路,直至所有天線全部選通。如果是部分選通命令它就根據(jù)規(guī)定的協(xié)議判斷這個命令是選通第幾路天線,接通時間是多丙抽長,然后設(shè)置定時器的計數(shù)器,接通這路天線,將選通天線的地址碼送入多端口選擇電路定時器的計數(shù)減為0后斷開這(a)RFD智能藥箱的結(jié)構(gòu)示意路天線。程序圖如圖4所示。主程序初始化等待閱讀器命內(nèi)嵌天等到閱讀器命令/-V蒹屋抽屜全部選通(b)內(nèi)嵌多個閱讀器天線的RFD智能藥箱抽屜「設(shè)置天線路數(shù)計數(shù)器找出定時時間和選通路號設(shè)置時間計數(shù)器設(shè)置時間計數(shù)器設(shè)置選定天線定天多天線巡讀接口送選定天線地址碼傳送選定大線地址碼傳送計時器為零時間計時器為零二天線路數(shù)計時器為零結(jié)束(c)帶有4副內(nèi)嵌天線的藥箱閱讀器的數(shù)據(jù)讀取圖4多天線巡讀電路軟件流程圖圖5RFID智能藥箱的結(jié)構(gòu)示意圖3多天線空分定位閱讀器的應(yīng)用配備有RFID系統(tǒng)的智能化藥箱,可以實現(xiàn)不開箱遠程自研究論著一動分類統(tǒng)計和管理箱內(nèi)藥品和醫(yī)療器械,實時監(jiān)控藥品和醫(yī)還可以推廣到物流倉儲、工業(yè)自動化、商業(yè)自動化等多個領(lǐng)療器械的狀態(tài)。此外,本系統(tǒng)還能自動記錄藥品的存儲使域。因此,本系統(tǒng)兼有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。用情況,藥箱藥品的防偽檢驗(包括分類號、批號、進藥渠道審參考文獻驗)以及藥品的過期前自動提示;藥箱藥品數(shù)據(jù)的箱體顯示屏顯示與檢索;藥箱藥品庫存與使用情況分析報表等為戰(zhàn)備藥] Finkenzeller K射頻識別技術(shù)M吳曉峰陳大才,譯,3版北品的管理提供了安全、準確、實時的跟蹤管理,滿足醫(yī)療物資京:電子工業(yè)出版社,2006:6的戰(zhàn)時快速反應(yīng)和醫(yī)療保障。[2] FCC. Review of Part 15 and other Parts of the Commission's Rules4結(jié)論[R]. ET Docket: FCC, 2004近年來,對RHD技術(shù)的深人研究為RFD技術(shù)的應(yīng)用提pectrumDecision[r].http://portaletsi.orw/供了廣闊空間?；诒狙芯吭O(shè)計的多天線空分定位閱讀器的RFID系統(tǒng),不僅能夠定位識別不同檢測天線上的物品,而且[4]Microchipmicrold?13.56MhzRfidDesignGuide[r]http://wWlmicrochip. com /downloads/en/devi-cedoc/21299e-pdf, 2005, 12.因減少了系統(tǒng)中成本最高的閱讀器而節(jié)約了大量的成本,為許曉東,賈強雄,盧孫中基于W出的LDAP管理器的研究與開RFID的廣泛使用創(chuàng)造了有利條件。發(fā)門江蘇大學(xué)學(xué)報自然科學(xué)版,2003,24(5):68-71基于多天線空分定位閱讀器的RD智能藥箱不僅可在間單田華宋順林詹永照基于XM和2E的一個通用模型全軍各野戰(zhàn)部隊醫(yī)院和偏遠地區(qū)的醫(yī)療單位推廣,也可在維江蘇大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2003,24(5):64-67.和部隊和援助醫(yī)療隊推廣使用。本藥箱的相關(guān)技術(shù)稍加改造(2007-10-23收稿2007-11-15修回(上接第11頁←)運行不被其他程序中斷避免出現(xiàn)大的延時的顯示精度就需要高刷新頻率的顯示設(shè)備當(dāng)用E- Prime運行上個程序時,如圖4所示,可以看到每5結(jié)論幅圖片實際的運行時間200057ms接近期望的時間200ms本文提出的影響時間精度的因素是在實驗設(shè)計中不容并且沒有大的延時。忽視的因為其會對實驗結(jié)果產(chǎn)生直接影響。此外,還有很多外在原因在實驗設(shè)計中也需要注意,比如計算機系統(tǒng)的穩(wěn)定性,硬件配置等也會對結(jié)果造成影響。同時在完成實驗設(shè)計后,要先進行測試,檢測其實驗設(shè)計是否合理,時間精度是否達到要求,是否與磁共振掃描同步進行。只有合理精確的實啊望顯示時間實際屏實際驗設(shè)計才能夠保證在進行磁共振掃描時達到掃描與實驗刺激同步,得出準確的腦功能圖像,為后面的數(shù)據(jù)分析提供保參考文獻100125150175[1] Schneider W, Eschman A, Zuccolotto A. E-Prime User's Guide[EB/Ol(2001-09-17)[2007-07-18].http://www.bgsu.edw/depart-圖4E-Prme進行調(diào)整后實際顯示時間與期望時間比較ments/psych/faculty/randers/e-prime/manuals.4.3其他2]周明德微型計算機系統(tǒng)原理及應(yīng)用北京:清華大學(xué)出版社,200計算機指令的執(zhí)行都是由操作系統(tǒng)來控制的,而不是受1] Mac Whinney B, James J, Schunn c,a.SP- A System操作人員控制,操作人員只是給計算機發(fā)出一個指令,具體的for Teaching Experimental Psychology using E-Prime[J]. Behavior執(zhí)行要看CPU本身。比如屏幕刷新率在計算機設(shè)置里面是一Research Methods, Instruments Computers, 2001, 33(2): 287個固定值(75Hz),在運行過程中具體能達到多少是不受我們控制的而是由計算機的CPU來控制可能會圍繞著75H2上陳文鋒崔耀張建新心理實驗系統(tǒng) E-Prime介紹及其應(yīng)用母心理科學(xué),2005,28(6):1456-1458下波動,具體和系統(tǒng)的性能有關(guān)口。因此應(yīng)該配備性能更穩(wěn)定的操作系統(tǒng)。[5] Liu TT, Frank LR, Wong E C Detection power, estimation efficien-cypredictability in event-related MMRI U). Neuroimage, 2001我們所說的毫秒精度是相對的,E-Pime無法做到絕對113:759773.ms的控制任何實驗生成軟件都無法做到。這是因為時間精度問6 Myors B. Timing accuracy of PC programs runing under DOS and受到硬件的制約明顯,尤其是顯示刷新頻率的制約, E-Prime所Windows P Behavior Research Methods, Instruments, Computers能控制的顯示時間都是顯示刷新周期的整數(shù)倍。也就是說,如1999,31:322-328果顯示刷新周期是14ms,則20ms的顯示時間( Duration)在實張一中心理學(xué)實驗教學(xué)及其發(fā)展趨勢仍實驗室研究與探素,際執(zhí)行時是28ms。所以建議實際操作時顯示刷新頻率設(shè)為2002,21(2);17-18.100Hx,有關(guān)的顯示時間則設(shè)為10m的整數(shù)倍。如果需要更高(200-08-16收稿2007-11-10修回)