專利名稱：一種便攜式電子標簽閱讀裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及低頻感應式電子芯片(RFID :Radio Frequency Identification)技術領域，特別是涉及對RFID電子標簽進行閱讀的閱讀器技術，具體的講是一種便攜式電子標簽閱讀裝置。
背景技術：
射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據，識別工作無須人工干預，可工作于各種惡劣環境。RFID技術可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽，操作快捷方便。動物電子標簽是用來表示動物屬性的一種具有信息儲存和處理能力的射頻標簽，是射頻技術在動物管理中的應用。動物電子標簽系統中的電子標簽儲存了動物的各種信息，并有一個嚴格按國際標準化組織(ISO)編碼標準編制的64位(8個字節)識別代碼，做到全球唯一。在畜牧業應用中，通常把電子標簽設計封裝成不同的類型安裝于動物體，進行跟蹤識別處理。隨著電子標簽的廣泛應用，對電子標簽閱讀器的使用也隨之增加。但是現有的低頻電子標簽閱讀器功能單一，不能滿足對多樣化的電子標簽的閱讀需求，特別是無法滿足動物電子標簽的閱讀需求。
實用新型內容本實用新型實施例提供了一種便攜式電子標簽閱讀裝置，以解決RFID電子標簽的閱讀問題，特別是解決動物電子標簽的閱讀問題。本實用新型的目的之一是，提供一種便攜式電子標簽閱讀裝置，該便攜式電子標簽閱讀裝置包括機殼，該機殼由天線承載部分和手柄部分組成；便攜式電子標簽閱讀裝置還包括處理器，以及與該處理器相連接的讀頭模塊，具有天線線圈，用于讀取電子標簽的信息；顯示器，用于顯示讀取的電子標簽的信息；存儲器，用于存儲數據；電池，用于提供電能；讀頭模塊的天線線圈設置于機殼的天線承載部分之內；處理器、讀頭模塊、存儲器和電池設置于機殼的手柄部分之內，并且機殼的手柄部分開有顯示器窗口，用于設置顯示器。便攜式電子標簽閱讀裝置還包括通信接口，與處理器相連接，用于與外部通信或存儲設備進行數據通信。便攜式電子標簽閱讀裝置還包括時鐘，與處理器相連接。便攜式電子標簽閱讀裝置還包括蜂鳴器，與處理器相連接。便攜式電子標簽閱讀裝置還包括按鍵，與處理器相連接。便攜式電子標簽閱讀裝置還包括電量檢測模塊，與處理器相連接，用于對電池的電量進行檢測，并將電量檢測信息顯示在顯示器上。機殼上設置有掛繩孔，用于安裝掛繩。[0013]本實用新型的目的之一是，提供一種便攜式電子標簽閱讀裝置，該便攜式電子標簽閱讀裝置包括機殼，該機殼由天線承載部分和手柄部分組成；便攜式電子標簽閱讀裝置還包括處理器，以及與該處理器相連接的讀頭模塊，該讀頭模塊具有天線線圈，用于讀取電子標簽的信息；顯示器，用于顯示讀取的電子標簽的信息；存儲器，用于存儲數據；電池，用于提供電能；讀頭模塊設置于機殼的天線承載部分之內；處理器、存儲器和電池設置于機殼的手柄部分之內，并且機殼的手柄部分開有顯示器窗口，用于設置顯示器。便攜式電子標簽閱讀裝置還包括通信接口，與處理器相連接，用于與外部通信或存儲設備進行數據通信；時鐘，與處理器相連接；蜂鳴器，與處理器相連接；按鍵，與處理器相連接；電量檢測模塊，與處理器相連接，用于對電池的電量進行檢測，并將電量檢測信息顯示在顯示器上。本實用新型的有益效果在于，功耗低，數據信息存儲容量大，電源采用常用的9V堿性電池供電，標準電池購買方便。用戶可自行購買與更換。亦可購買和使用同體型可充電9V鎳氫電池等。采用AD檢測電量，對電池的使用狀況能夠做出較準確的判斷。電池采用彈片接觸，更換電池方便，易操作。閱讀鍵單鍵操作，操作方便。磁棒繞線直徑較小，線圈參數匹配調試相對容易。屏幕為12864圖形點陣，顯示內容多，信息量大，便于查看。掛繩，使用時防止脫落，也便于懸掛放置。閱讀器小巧精致，方便包裝與攜帶。采用USB數據線，支持熱插拔，解決了以往232經常帶電插拔易造成芯片燒毀的問題。同時適用于更廣泛的無232接口的個人計算機，如大多數筆記本不包含232接口。另外也減少了制作專用數據線的工序，簡化了生產。成本較低，接近大眾能夠接受的水平。
為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖Ia為本實用新型的便攜式電子標簽閱讀裝置的正面示意圖；圖Ib為本實用新型的便攜式電子標簽閱讀裝置的背面示意圖；圖Ic為本實用新型的便攜式電子標簽閱讀裝置的機殼立體圖；圖2為本實用新型便攜式電子標簽閱讀裝置的結構框圖；圖3a為本實用新型的處理器的管腳圖；圖3b為本實用新型的處理器的外圍電路圖；圖4a為本實用新型的讀頭模塊電路圖；圖4b為本實用新型的讀頭模塊輸出信號波形圖；圖5為本實用新型的蜂鳴器電路圖；圖6為本實用新型按鍵電路圖；圖7為本實用新型便攜式電子標簽閱讀裝置的主程序流程圖；圖8為本實用新型實施例的全雙工型標簽卡序號數據結構圖；圖9為本實用新型實施例的顯示器的顯示界面示意圖；圖10為本實用新型實施例的顯示器初始化流程圖；[0031]圖11為本實用新型實施例的音頻驅動程序流程圖；圖12為本實用新型實施例的異步串行通信的數據格式結構圖；圖13為本實用新型實施例的與上位機串行通信中斷程序流程圖；圖14為本實用新型的便攜式電子標簽閱讀裝置的感應區域示意圖。
具體實施方式
下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。如圖Ia所示，本實施例的便攜式電子標簽閱讀裝置包括機殼，該機殼由天線承·載部分101和手柄部分100組成，在機殼的手柄部分100上開有顯示器窗口 102，用于設置顯示器。如圖Ic所示，在機殼的手柄部分100上還設置有按鍵103。機殼上還設置有掛繩孔106，用于安裝掛繩。如圖Ib所不,機殼的背面設置有電池艙及艙蓋104,機殼的底部設置有通信接口105。如圖2所示，便攜式電子標簽閱讀裝置還包括處理器201，以及與該處理器201相連接的讀頭模塊202，具有天線線圈，用于讀取電子標簽的信息；LCD顯示器203，用于顯示讀取的電子標簽的信息；存儲器208，用于存儲數據；電源管理模塊204，用于提供電能；讀頭模塊202的天線線圈設置于機殼的天線承載部分之內；處理器201、讀頭模塊202、存儲器208和電源管理模塊204設置于機殼的手柄部分之內，并且機殼的手柄部分開有顯示器窗口，用于設置IXD顯示器203。便攜式電子標簽閱讀裝置還包括通信接口 205 (USB/串口)，與處理器201相連接，用于與外部通信或存儲設備進行數據通信；時鐘206，與處理器201相連接；蜂鳴器210，與處理器201相連接；按鍵207，與處理器201相連接；電量檢測模塊209，與處理器201相連接，用于對電池的電量進行檢測，并將電量檢測信息顯示在LCD顯示器203上。一個替代方案是，讀頭模塊202和其天線線圈均設置于機殼的天線承載部分101之內。如圖3a所示，本實施例的處理器為單片機，圖3a為單片機的管腳圖，圖3b為單片機的外圍電路圖。如圖4a所示，讀頭模塊可選用射頻基站芯片EM4095。EM4095利用內部鎖相環PLL可得到與天線適合的諧振頻率，而不需外接晶振，工作頻率100kHz-150kHz,具有睡眠模式，采用調幅同步解調技術，工作電壓5V，與微控制器的接口簡單。射頻信號發送模塊由鎖相環PLL、天線驅動器、調制器組成。其中PLL由環路濾波器、相位比較器、壓控制振蕩器組成。天線線圈接收的信號通過耦合電容輸入DEM0D_IN端，該信號與天線驅動器的輸入信號由相位比較器進行相位比較，形成與相位差對應的電壓，作為壓控振蕩器的控制信號，最終實現對天線發射信號頻率的鎖定。接收模塊由采樣保持器、濾波器、比較器組成。DEM0D_IN端輸入的AM信號在VCO輸出信號的同步控制下被采樣，采樣輸出信號由端腳CDEC外接的電容隔離直和帶通濾波采樣(消除輸出中的載頻成分、高頻和低頻噪聲)后，經異步比較得到對應的數字信號。天線是一種以電磁波形式把無線電收發機的射頻信號功率接收或輻射出去的裝置。這里主要討論RFID閱讀器系統中的天線設計。天線線圈采用銅漆包線繞制而成。依據電磁感應定律,通過空間高頻變化磁場實現稱合。閱讀器一方的天線相當于變壓器的一次繞組，射頻標簽一方的天線相當于變壓器的二次繞組，因而電感耦合方式又稱變壓器方式。電感耦合方式的耦合介質是空間磁場，耦合磁場在閱讀器一次繞組與射頻標簽二次繞組之間構成閉合回路。電感耦合方式一般適合中低頻工作的近距離射頻識別系統，典型的工作頻率為125KHz和13. 56MHz ο對于近距離低頻RFID應用，天線一般和閱讀器放在一起，對于遠距離高頻段的RFID系統，天線和閱讀器采取分離式結構，并通過阻抗匹配的同軸電纜連接到一起。閱讀器天線設計要求低剖面、小型化以及多頻段覆蓋。對于分離式閱讀器，還將涉及到天線陣的設計問題。它還涉及到小型化的問題帶來的低效率、低增益問題，這同樣是國內國外共同關注的研究課題。目前，主要有三種天線制造技術蝕刻/沖壓天線、印刷天線和繞線式天線。天線線圈對閱讀距離有很大的影響，一般情況下，根據需要先進行理論參數的計算，來確定線圈參數，線圈可根據情況自行繞制。當然，理論計算得到的參數并不一定能達到實際預期效果，還需要通過實際電路進一步具體調整。涉及的主要公式如下
, IJ0= r——-Cl)在本實施例中，IXD顯示器，可選取小巧節電的屏幕。一方面減小占用體積，另一方面降低功耗，以便更好的延長續航時間。LCD顯示器的尺寸為128x 64點陣，可以顯示較豐富的內容。如圖5所示，為本實用新型的蜂鳴器電路圖；蜂鳴器的工作電壓為3V/5V，自激型加電壓即可發聲，無需驅動，但音調單一。它激型需要頻率驅動，可實現變音變頻，如定時器控制或PWM控制。聲音指示音可通過蜂鳴器實現。由于MCU的I/O 口驅動能力有限，一般不能直接驅動蜂鳴器，因此選用一個PNP型晶體管組成晶體管驅動電路，通過一個I/O 口輸出經驅動電路放大后即可驅動蜂鳴器。如圖6所示，為本實用新型按鍵電路圖；按鍵功能可以實現開機，同時還要控制閱讀。兩個功能復用，當處于關機狀態時，按鍵即可開機，而在開機狀態時，按鍵即進行識讀標簽。按鍵接單片機中斷管腳，采用查詢或中斷方式均可。此閱讀器按鍵開機與閱讀功能復用，電路簡單，操作方便。本實施例的時鐘采用常見的DS1302Z (DS1302ZN工業級)，靜態電流很低，同時含有用戶31字節RAM，可用于備存數據。本實施例的存儲器可選用一塊FLASH存儲器，該存儲器具有存儲容量大，讀寫速度快，保存時間長，功耗低的特點。本實施例的通信模塊可基于串口通信，目前可以實現兩種進行通信。一種是采用常規的RS-232通信，另一種是利用USB硬件連接。采用RS-232總線標準接口，是傳統的方法。但這種通信要求上位機需要有232接口，而目前電腦正在逐漸淘汰這種接口，取而代之的是對USB的使用。當然也可以購買USB轉串口的轉換器。而采用USB接口方式，就是將USB轉串口的轉換芯片內置，在一定程度上可以節省成本。本實施例的電源管理模塊包括9V堿性電池。也可采用9V鎳氫電池。如圖7所示，為本實施例的便攜式電子標簽閱讀裝置的主程序流程圖；閱讀器按鍵開機后，先進行初始化設置，之后便進入主程序中。開機初始化完畢后，進入初始界面，此時不進行任何操作，基站也不工作。若檢測到有鍵按下，才會啟動基站，進入搜索標簽界面，開始識讀標簽。當讀到標簽或松開 按鍵，基站停止工作，進入休眠狀態。再次按下，重新識讀。為了進一步節電，系統還可啟用專用定時器，當系統空閑時間達到3s，將自動啟動3s倒計時關機。如圖8所示，為本實施例的全雙工型標簽卡序號數據結構圖。本實施例選用的電子標簽遵循IS011784/11785國際標準，為雙相位碼型，電子標簽編碼器輸出信號、EM4095解調輸出信號的波形見圖4b。電子標簽中的數據以NRZ形式的波形串行送人編碼器，經編碼后輸出雙相位碼波形。一個編碼時鐘周期包括32個載波周期。其編碼規則為在每個編碼時鐘周期的開始都會出現一次跳變，在一個編碼時鐘周期的中間出現一次跳變的波形表示二進制數據“0”;在一個編碼時鐘周期的中間不出現跳變的波形表示二進制數據“I”。編碼輸出信號作負載調制的控制信號，編碼輸出波形中的低電平使標簽發射天線線圈工作于高電流，編碼輸出波形中的高電平則使標簽發射天線線圈工作于低電流。因此，標簽發給EM4095的已調信號，經解調輸出的波形與標簽編碼輸出的波形為反相關系。解碼程序要解決的主要問題是如何找到數據的起始位置。根據DEM0D_0UT端輸出波形，若DEM0D_0UT端輸出一個下跳變和一個上跳變，則肯定是解調輸出的數據。若DEM0D_OUT端輸出持續一個編碼時鐘周期內無跳變，則是數據“ I ”，DEM0D_0UT端輸出跳變，就是下一個編碼時鐘周期的起始位置。因此，用指令查詢DEM0D_0UT的電平，先找一個跳變，找到后立刻啟動TO對RDY/CLK參考時鐘計數，接著找到緊隨其后的另一個跳變，若此時的計數大于24且小于40，這時就找到了接收數據的起始點。由于每位數據的起始都會出現一次跳變，包含32個射頻載波周期，分別在第8和第24個射頻載波周期時刻查詢DEM0D_0UT的電平，可獲得該位數據。根據電子標簽IS011784/11785標準中數據的結構，首是起始位10個“0”和I個“1”，然后才是數據，數據每八位就會有一位間隔位“I”。當電子標簽進入閱讀器磁場時，電子標簽就會從起始位一位一位的按順序發送數據，一直發送完數據。接著又回到起始位發送10個“0”和I個“1”，及其余數據。只要電子標簽一直在閱讀器磁場中，就會一直循環發送該數據序列。根據IS011784/11785標準，若不包含擴展位，一次發送數據共128位，包括起始位，身份識別號，校驗數據以及間隔位等。全雙工型標簽卡序號數據結構見圖8。讀取該數據后還需通過校驗，判斷接收到數據是否正確。身份識別號的數據結構共包含64位數據，每一位都具有他的具體含義。讀取標簽關鍵在于判斷所接收的數據位是否正確，是否是所需要的數據，一旦中途出錯，就要返回重新讀取。如圖9所示，為本實施例的顯示器的顯示界面示意圖，液晶屏在顯示之前，先要進行初始化設置。初始化程序流程如圖10所示。[0066]如圖11所示，當識讀成功后,要有成功提示音。蜂鳴器通過IO 口(或PWM)控制。自激式蜂鳴器，只需要通電即發聲，斷電即無聲。而他激式蜂鳴器則需要輸出頻率脈沖，來控制發聲。本閱讀器采用自激式蜂鳴器，其流程圖如圖11所示。時鐘在系統空閑時循環讀取，存于單片機RAM中，在顯示時間界面中，需要顯示的時間發生變化時，更新顯示。DS1302時鐘存儲單元數據采用B⑶碼格式。年周月日時分秒各占I字節。年0x00_0x99。周0x01_0x07。月0x01-0xl2。日0x01-0x31。時0x00-0x23。分OxOO-Ox59。秒0x00-0x59。存儲方式由于是FLASH，擦寫機制與EEPROM不同。擦除只可進行扇區擦除，塊擦除以及片擦除，不可對單個字節存儲，但存儲速度較快。FLASH在寫入數據前，必須保證事先擦除，使得要寫入的區域所有字節全部為OxFF，方能正確寫入數據。如果某一位為0，寫I是寫不成功的。要特別注意這一點，要更改相應的存儲方案。刪除即擦除，是將存儲記錄全部永久性刪除，不會再留有任何痕跡，因此，針對用戶要特別注意，一定要確認是否真的要執行刪除操作。一旦執行，不可取消，瞬間完成。如圖12所示，通信模塊MCS_51系列單片機與PC機進行串行通信時，設置為方式1，數據格式為8位，設置SMOD為I通常可獲得更高的通信速率。其通信速率由定時器Tl產生，在Tl工作在方式2時的通信速率的計算公式為波特率=(SMODXFosc) / (32X12X[256 - TH1])0其中Fosc晶振頻率，為獲得準確的通信速率，Fosc選取11. 0592MHz，通信速率為9600bit/s。異步串行通信的數據格式如圖13所示，每個字符(每幀信息)由4個部分組成I位起始位，規定為低電平O ;5 8位數據位，即要傳送的有效信息；I位奇偶校驗位；I 2位停止位，規定為高電平I。在串行通信過程中存在不同程度的噪聲干擾，這些干擾有時會導致在傳輸過程中出現差錯。因此在串行通信中對數據進行校驗是非常重要的，也是衡量通信系統質量的重要指標。奇偶校驗是串行通訊常用的校驗方法。與上位機通信的程序流程圖如圖13所示。電量檢測大約每隔5s，進行一次電流檢測，將檢測到的電量值進行計算轉換為百分制存儲于電量變量當中。顯示電量時，直接調取該電流值圖標顯示。檢測電量需要AD轉換。供電電源采用9V堿性電池供電，控制器由9V轉至3. 3V供電。讀頭由9V轉至5V供電。控制器與讀頭控制電路相對獨立。當沒有電池時或電量很低時，需要進行相應的處理。不能啟動讀頭時，或者沒有信號時，在界面中會有提示。如圖14所示,本實施例閱讀裝置的機殼由工程塑料制成。正面有一個液晶顯示屏、一個按鍵(閱讀鍵)，前端為天線，是識讀標簽的區域。背面下部為電池盒蓋，取下電池盒蓋后更換堿性電池。底部有數據接口。本實施例閱讀裝置的性能參數見表I :表I
權利要求1.一種便攜式電子標簽閱讀裝置，其特征是，所述的便攜式電子標簽閱讀裝置包括機殼，所述的機殼由天線承載部分和手柄部分組成； 所述的便攜式電子標簽閱讀裝置還包括處理器，以及與所述的處理器相連接的 讀頭模塊，所述的讀頭模塊具有天線線圈，用于讀取電子標簽的信息； 顯示器，用于顯示讀取的電子標簽的信息； 存儲器，用于存儲數據； 電池，用于提供電能； 所述的讀頭模塊的天線線圈設置于所述機殼的天線承載部分之內； 所述的處理器、讀頭模塊、存儲器和電池設置于所述機殼的手柄部分之內，并且所述機殼的手柄部分開有顯示器窗ロ，用于設置所述的顯示器。
2.根據權利要求I所述的便攜式電子標簽閱讀裝置，其特征是，所述的便攜式電子標簽閱讀裝置還包括通信接ロ，所述的通信接ロ與所述的處理器相連接，用干與外部通信或存儲設備進行數據通信。
3.根據權利要求I所述的便攜式電子標簽閱讀裝置，其特征是，所述的便攜式電子標簽閱讀裝置還包括時鐘，所述的時鐘與所述的處理器相連接。
4.根據權利要求I所述的便攜式電子標簽閱讀裝置，其特征是，所述的便攜式電子標簽閱讀裝置還包括蜂鳴器，所述的蜂鳴器與所述的處理器相連接。
5.根據權利要求I所述的便攜式電子標簽閱讀裝置，其特征是，所述的便攜式電子標簽閱讀裝置還包括按鍵，所述的按鍵與所述的處理器相連接。
6.根據權利要求I所述的便攜式電子標簽閱讀裝置，其特征是，所述的便攜式電子標簽閱讀裝置還包括電量檢測模塊，所述的電量檢測模塊與所述的處理器相連接，用于對所述電池的電量進行檢測，并將電量檢測信息顯示在所述的顯示器上。
7.根據權利要求I所述的便攜式電子標簽閱讀裝置，其特征是，所述的機殼上設置有掛繩孔，用于安裝掛繩。
8.一種便攜式電子標簽閱讀裝置，其特征是，所述的便攜式電子標簽閱讀裝置包括機殼，所述的機殼由天線承載部分和手柄部分組成； 所述的便攜式電子標簽閱讀裝置還包括處理器，以及與所述的處理器相連接的 讀頭模塊，所述的讀頭模塊具有天線線圈，用于讀取電子標簽的信息； 顯示器，用于顯示讀取的電子標簽的信息； 存儲器，用于存儲數據； 電池，用于提供電能； 所述的讀頭模塊設置于所述機殼的天線承載部分之內； 所述的處理器、存儲器和電池設置于所述機殼的手柄部分之內，并且所述機殼的手柄部分開有顯示器窗ロ，用于設置所述的顯示器。
9.根據權利要求I所述的便攜式電子標簽閱讀裝置，其特征是，所述的便攜式電子標簽閱讀裝置還包括 通信接ロ，所述的通信接ロ與所述的處理器相連接，用干與外部通信或存儲設備進行數據通信； 時鐘，所述的時鐘與所述的處理器相連接；蜂鳴器，所述的蜂鳴器與所述的處理器相連接； 按鍵，所述的按鍵與所述的處理器相連接； 電量檢測模塊，所述的電量檢測模塊與所述的處理器相連接，用于對所述電池的電量進行檢測，并將電量檢測信息顯示在所述的顯示器上。
10.根據權利要求9所述的便攜式電子標簽閱讀裝置，其特征是，所述的機殼上設置有掛繩孔，用于安裝掛繩。
專利摘要本實用新型為一種便攜式電子標簽閱讀裝置，該裝置包括機殼，該機殼由天線承載部分和手柄部分組成；便攜式電子標簽閱讀裝置還包括處理器，以及與該處理器相連接的讀頭模塊，具有天線線圈，用于讀取電子標簽的信息；顯示器，用于顯示讀取的電子標簽的信息；存儲器，用于存儲數據；電池，用于提供電能；讀頭模塊的天線線圈設置于機殼的天線承載部分之內；處理器、讀頭模塊、存儲器和電池設置于機殼的手柄部分之內，并且機殼的手柄部分開有顯示器窗口，用于設置顯示器。以解決RFID電子標簽的閱讀問題，特別是解決動物電子標簽的閱讀問題。
文檔編號G06K7/00GK202650023SQ20122033388
公開日2013年1月2日 申請日期2012年7月10日 優先權日2012年7月10日
發明者周興付, 任繼平, 龐超 申請人:北京探感科技有限公司