>器件与设计ARTS & DESIGN文献引用格式:王冲，景为平.基于11^4取000的超高频尺?10读写器的设计与实现[1].电视技术，2018,42(7):57 -60.WANG C , JIIVG W P. Design and Implementation of UHF RFID Reader Based on Impinj R2000 [ J ]. ing, 2018, 42(7) ：56 -60.中图分类号：TN4 文献标志码：A DOI ：10.16280/j. videoe. 2018.07. 013基于Impinj R 2000的超高频RFID 读写器的设计与实现王冲，景为平(南通大学江苏省集成电路设计重点实验室，江苏南通226019)摘要：为了解决超高频射频识别读写器在碰撞时隙标签无法识别的问题，本文遵循IS018000 - 6C 协议标准设计了 一款高 性能的超高频读写器系统，并对读写器的主要性能指标进行了仿真与测试，最后验证了设计的可行性。
本系统采用模块 化设计，系统工作频率为860 - 960 MHz ，输出功率可达+ 30 dBm 。
通过引入新型防碰撞算法，使得读写器在碰撞时隙也可 以一一识别标签，相比于现有读写器，标签的识别时间降低了约29%，标签识别率提高了约25%。
关键词：超高频射频识别；IS018000 -6C ;防碰撞；识别时间；识别率Design and Implementation of UHF RFID Reader Based on Impinj R2000WANG Ch on g, JI NG W ei p in g(Jiangsu Key Laboratory of A SIC Design, Nantong University, Nantong 226019, China )Abstract ： In order to solve the problem that the UHF RFID reader can not be identified in the collision time slot, this paper designs a high - performance ultra high frequency reader system according to the ISO18000 - 6C protocol standard. The main performance indexes of the reader are simulated and tested, and the feasibility of the design is verified at the end of the last. The sys- tm adopts the idea of modular design. The system’s operating frequency is 860 - 960MHz and output power canBy introducing a new anti - collision algorithm, the reader can also identify the label one by one in the collision time slot. Compared with the existing readers, this design reduces the identification time of the tags by about 29% and improves the tag recognition rate by about 25 % .Key words ： UHF RFID ； IS018000 -6C ; Anti - collision ； Recognition time ; Recognition rate射频识别技术（RadioFrequency Identification, R FID )作为物联网中的关键技术，从90年代开始逐 渐走向成熟[1]。
工作在860 MHz - 960 M H z 的超高 频（Ultra High Frequency，U H F )系统有着读取距离远、多标签阅读速度快、抗干扰能力强等优点，是目前国际上R F ID 技术发展的热点。
如今，国内外设计 超高频R F ID 读写器面临的两大问题主要是:一方面，设计出的读写器电路太过复杂，性能不稳定而且 为后期系统的改善与维护增加了难度;另一方面，国 内外对读写器防碰撞算法的研究主要集中在Q值的计算以及标签数目的估计，碰撞现象仍然存在，碰撞 时隙未得到进一步处理。
针对以上问题，本文提出 一种设计超高频读写器的新方案。
硬件上，本方案基金项目：江苏省科技成果转化专项资金项目（BA 2017065)采用模块化设计，大大简化了硬件电路，射频收发芯 片选用Impinj R 2000,该芯片内部集成了射频通信90%的离散元件，降低了射频电路的设计难度，同时，该芯片具有较高的接收灵敏度，使得系统集成方 便，工作稳定;软件上，引人新型算法对碰撞时隙进 行进一步处理，从而达到降低标签识别时间，提高标 签识别率的目的。
1读写器硬件设计1.1读写器硬件系统读写器系统的功能主要有两点。
一方面，用户 通过上位机控制读写器向标签发送命令，对标签进 行读写操作;另一方面，读写器可以把接收到的数据投稿网址http : //www . videoe . cn I 《电视技术》第42卷第7期（总第504期）57射频模块为了简化射频电路，降低设计难度，提高读写器的扩展性，读写器采用Impinj R 2000芯片作为收发 芯片。
Impinj R 2000读写器芯片是用于E P C G en2 /IS018000 -6C 应用的高度集成、高性能、低功耗的 SiGe BiCMOS 器件⑶。
1.3控制模块控制模块采用A tm el 公司的A T 91SA M 7S256芯片作为主控芯片，该芯片是32位A R M 的R S IC 处理器，具有256字节的高速F l a s h 和64字节的 SRAM [4]，能够满足射频识别系统的要求。
本系统中，主控芯片采用S S C 方式实现与 R 2000芯片的通信，因为S S C 有以下特点:包含独立的接收器、发送器及一个时钟分频器;每个发送器及 接收器有三个接口 ：针对数据的T D /R D 信号、针对 时钟的T IV R K 信号及针对帧同步的T F /R F 信号;最多可传输1个32位数据[]等，这些特点刚好与R 2000芯片匹配。
1.4功率放大模块Impinj R 2000芯片内部集成了功率放大器 (P A )，但输出功率只有+5 dB m ，使得读写距离达不到实际应用的需求。
因此，本读写器系统设计了外部功率放大模块， 用来提高射频电路的输出功率，提高后的输出功率 最大约为+ 30 dB m 。
本系统选用R F 5110G 芯片作读写芯片R2000IS018000-6C 协议处理器及数字接口 链路H D器件与设计r ARTS & DESIGN ________________________________返回上位机，并存储在计算机网络中。
读写器系统 的主要硬件结构包括:控制模块、射频模块和天线 等[2]。
主要结构如图1所示。
1/蟾_錢鱺W ideo Engineering为功放芯片，该芯片是一款高功率、高效率的功率放 大器模块，可在应用中提供高性能。
功率放大模块 电路如图2所示。
图2功率放大模块2软件系统设计2.1主程序软件设计系统主程序是在软硬件模块之间建立联系，使得读写器系统实现读写操作的功能。
系统主程序包 括系统初始化，获取上位机命令，解析指令并进行 CRC 校验，根据指令调用相应的18000 -6C 协议处 理程序[]，根据协议发送相关数据以及数据返回 处理。
2.2防碰撞算法改进大多数学者研究对防碰撞算法的改进是针对Q 值做分析，然而，读写器遇到标签碰撞时隙时却束手 无策，没有得到有效处理，增加了识别标签的时间， 同时也降低了标签的识别率。
如今，现有读写器的防碰撞算法即IS 018000 - 6C 协议算法。
此算法的缺点是，当有多个标签的时 隙计数器值为0，读写器根据检测和解决波形冲突， 可能解决一个标签发来的RN 16[7]并与之通信，未处 理的标签等待下一次的“Query ”命令。
这样，就降低 了标签的读写速度。
本系统采用新型防碰撞算法，具体流程如图3。
当有多个标签的时隙计数器值为0，并反向散射其随 机数RN 16时，读写器检测到碰撞。
随即进入到新 型算法中。
例如有3个标签时隙计数器值为0,3个标签的 随机数RN 16如下所示：图1读写器的主要硬件结构1.2射频收发模块M l解駄纖及触驗纖接口模块块模源觀觀行口串接I发射链路I I接收链路58 《电视技术》第42卷第7期（总第504期）I 投稿网址http: //W W W. videoe. cn器件与设计ARTS & DESIGN图3新型算法流程标签 a .........0 0 0 1 0标签b …0 10 0 1 标签c ……1 0 0 0 0当读写器检测到信号并发生碰撞时，便会向标签发送Select 』命令，其命令参数为S 。
S 的初值为 0,大小为0至1之间的整数。
时隙计数器为0的 标签，判断其R N 16的第S 位是否为0,如果RN16[S ]为0,则将自己的R N 16发送给读写器。
因为S 初值为0，当读写器第一次发送Select _0命令时，符 合条件的是RN16 [0]为0的标签，即标签a 和标签c 回应读写器，反向散射其R N 16。
此时，读写器又会 检测到碰撞，读写器继续发送Select _0命令，并调整 S 值，使得S = S + 1，继续判断标签a 和标签c 的 RN16 [ 1 ]是否为0，那么只有标签a 符合条件，参与 应答。
读写器继续发送S e le c t_0命令，S 恢复初值 0，R N [0]为0的标签只有标签c ，因此标签c 回应读 写器，S 恢复初值0。
之后标签b 发送R N 16时，无标 签碰撞，读写器便可以成功检测出标签b 。
到此为 止，3个标签被全部检测出。
当该时隙所有标签检 测完，读写器发送QUe y _R ep 命令[]，开始下一个时隙的识别。
新算法解决了IS018000 -6C协议算法对多个标签应答无法有效识别的问题，能够逐个筛选出符合条件的标签并—参与应答，做到在一个时隙中尽可能多的识别标签，从而减少了碰撞时隙，提高了 读写器系统的识别效率。