一种基于超声调制的射频识别装置的制作方法

1.本发明涉及一种无线通信，特别是涉及一种基于超声调制的射频识别装置，属于技术领域。


背景技术：

2.射频识别是一种通过无线电波实现对特定目标进行信息传递与追踪的非接触式自动识别技术。
3.作为一种能够准确、快速实时地采集特定目标信息的技术，已经被世界公认为世纪十大重要技术之一。
4.当前，超高频射频识别技术发展势头迅猛，广泛应用于各大领域，但仍存在一些难以解决的问题。
5.电子标签需要放置于所需识别的物体之上，受到实际应用背景环境(金属、液体等)的影响较大，在现实生活的应用中，超高频标签经常会遇到存在金属物体的环境，例如：集装箱、电线塔、汽车、机箱、板卡等，传统的电子标签工作于金属表面时，由于金属板的影响，标签的读写距离急剧下降，甚至不能读取，为此设计一种基于超声调制的射频识别装置来解决上述问题。


技术实现要素：

6.本发明的主要目的是为了提供一种基于超声调制的射频识别装置，本发明专利基于声电转换技术，弥补了射频识别受金属环境严重干扰的缺点。
7.将超声波发射器与超声换能器、rfid标签、超声波检测器等电子元件相结合，实现了快速、准确的读取效果。
8.与传统射频识别系统相比，可以杜绝金属干扰、安全性差等难以解决的问题。
9.本发明的目的可以通过采用如下技术方案达到：
10.一种基于超声调制的射频识别装置，由超声波发射系统、超声波接收系统和超声标签组成；
11.该超声波发射系统与超声波接收系统相互连接，所述超声标签贴于被检测物品表面；
12.所述超声波发射系统，用于发射指定频率超声波，在接受到指令后，向空气中发射超声波；
13.所述超声波接收系统，用于读取超声标签传回的超声波，同时对接收信息进行解调，识别出超声标签上的epc码。
14.优选的，所述超声波发射系统包括乙类推挽放大电路、cmos管q3、高频脉冲变压器模块和超声波换能器。
15.优选的，所述乙类推挽放大电路包括三极管q1、三极管q2和电阻r1，所述电阻r1的一端电性连接三极管q1和三极管q2的基极，三极管q1的集电极电性连接5v电源，三极管q1
的发射极电性连接三极管q2的集电极和cmos管q3的g极，三极管q2的发射极接地，电阻r1的另一端输入脉冲信号。
16.优选的，高频脉冲变压器模块包括高频脉冲变压器t，该高频脉冲变压器t的一输入端电性连接电阻r2的一端和有极电容c1的阳极，电阻r2的另一端电性连接5v电源，有极电容c1的阴极接地，高频脉冲变压器t的另一输入端电性连接cmos管q3的d极,且cmos管q3的s极接地。
17.优选的，所述高频脉冲变压器t的输出端串联有电阻r3，且在电阻r3的两端并联有超声波换能器，所述电阻r3的一端接地，所述超声波换能器采用谐振于超声频率的压电陶瓷。
18.优选的，所述超声波接收系统由op37构成的两级运放电路，tl082构成的二阶带通滤波电路以及lm393构成的比较电路三部分组成。
19.优选的，两级运放电路包括op37运放模块u1a和op37运放模块u1b，op37运放模块u1a的2接线端电性连接电阻r6的一端，电阻r6的另一端电性连接有电容c2，该电容c2的另一端电性连接电阻r4的一端，电阻r4的另一端电性连接电阻r5的一端和晶振体，op37运放模块u1a的3接线端通过电阻r7接地，op37运放模块u1a的4接线端电性连接12v电源，op37运放模块u1a的2接线端与op37运放模块u1a的输出端之间并联有电阻，op37运放模块u1b的6接线端电性连接电阻r9的一端，电阻r9的另一端电性连接电容c6的一端，电容c6的另一端电性连接op37运放模块u1a的输出端，op37运放模块u1b的5接线端通过电阻r8接地，op37运放模块u1b的的6和7接线端串联电阻r11，op37运放模块u1b的输出端7电性连接二阶带通滤波电路。
20.优选的，二阶带通滤波电路包括tl082带通滤波u2a，tl082带通滤波u2a的3接线端电性连接电阻r15的一端和电阻r14的一端，电阻r15的另一端接地，tl082带通滤波u2a的2接线端电性连接电阻r13的一端和电容c9的一端，电阻r13的另一端接地，电容c9的另一端电性连接电阻r12的一端和电容c8的一端，电容c8的另一端接地，电阻r12的另一端电性连接电容c7的一端，电容c7的另一端电性连接op37运放模块u1b的输出端7，tl082带通滤波u2a的8接线端电性连接12v电源。
21.优选的，比较电路包括比较器u3a，所述比较器u3a的2接线端电性连接电容c10的一端、电阻r18的一端和电阻r17的一端以及电容c11的一端，电容c10的另一端电性连接tl082带通滤波u2a的1接线端，电容c11的另一端和电阻r17的另一端接地，比较器u3a的4接线端电性连接12v电源，比较器u3a的输出端电性连接稳压二极管uz的一端，稳压二极管uz的另一端接地。
22.优选的，所述超声标签由两个超声换能器和rfid标签构成，超声换能器1接收超声波发射系统信号，并经过过rfid标签，然后通过超声换能器2发送出超声波信号。
23.本发明的有益技术效果：
24.本发明提供的一种基于超声调制的射频识别装置，
25.本发明专利基于声电转换技术，弥补了射频识别受金属环境严重干扰的缺点。
26.将超声波发射器与超声换能器、rfid标签、超声波检测器等电子元件相结合，实现了快速、准确的读取效果。
27.与传统射频识别系统相比，可以杜绝金属干扰、安全性差等难以解决的问题。
附图说明
28.图1为按照本发明的一种基于超声调制的射频识别装置的一优选实施例的系统连接图；
29.图2为按照本发明的一种基于超声调制的射频识别装置的一优选实施例的超声波发射系统电路图；
30.图3为按照本发明的一种基于超声调制的射频识别装置的一优选实施例的收发开关电路图；
31.图4为按照本发明的一种基于超声调制的射频识别装置的一优选实施例的限幅电路图；
32.图5为按照本发明的一种基于超声调制的射频识别装置的一优选实施例的超声标签模块连接图；
33.图6为按照本发明的一种基于超声调制的射频识别装置的一优选实施例的超声波识别模块示意图。
具体实施方式
34.为使本领域技术人员更加清楚和明确本发明的技术方案，下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
35.如图1-图6所示，本实施例提供的一种基于超声调制的射频识别装置，由超声波发射系统、超声波接收系统和超声标签组成；
36.该超声波发射系统与超声波接收系统相互连接，所述超声标签贴于被检测物品表面；
37.所述超声波发射系统，用于发射指定频率超声波，在接受到指令后，向空气中发射超声波；
38.所述超声波接收系统，用于读取超声标签传回的超声波，同时对接收信息进行解调，识别出超声标签上的epc码。
39.如图1所示，超声波发射系统负责发射指定频率超声波，在接受到指令后，向空气中发射超声波。超声波接收系统负责读取超声标签传回的超声波，同时对接收信息进行解调，识别出超声标签上的epc码。
40.超声波发射系统实现电能到声能的转换，将电脉冲信号通过换能器转换为超声波发射出去。
41.在本实施例中，所述超声波发射系统包括乙类推挽放大电路、cmos管q3、高频脉冲变压器模块和超声波换能器，所述乙类推挽放大电路包括三极管q1、三极管q2和电阻r1，所述电阻r1的一端电性连接三极管q1和三极管q2的基极，三极管q1的集电极电性连接5v电源，三极管q1的发射极电性连接三极管q2的集电极和cmos管q3的g极，三极管q2的发射极接地，电阻r1的另一端输入脉冲信号，高频脉冲变压器模块包括高频脉冲变压器t，该高频脉冲变压器t的一输入端电性连接电阻r2的一端和有极电容c1的阳极，电阻r2的另一端电性连接5v电源，有极电容c1的阴极接地，高频脉冲变压器t的另一输入端电性连接cmos管q3的d极,且cmos管q3的s极接地，所述高频脉冲变压器t的输出端串联有电阻r3，且在电阻r3的两端并联有超声波换能器，所述电阻r3的一端接地，所述超声波换能器采用谐振于超声频
率的压电陶瓷。
42.如图2所示，发射电路将接收到的方波脉冲信号送入乙类推挽放大电路，用其输出信号驱动cmos管，接着将其脉冲信号加到高频脉冲变压器进行功率放大，使幅值增加到100多伏，最后将放大的脉冲方波信号加到超声波换能器上产生频率为125khz的超声波并将其发射出去。
43.超声波换能器即是谐振于超声频率的压电陶瓷，由材料的压电效应将电信号转换为机械振动，其内部通常都包含一个电的储能元件和一个机械振动系统，当换能器用作发射器时，从激励电源送来的电振荡信号将引起换能器中电储能元件中电场或磁场的变化，这种变化通过某种效应对换能器的机械振动系统产生一个推动力，使其进入振动状态，从而推动与换能器机械振动系统相接触的介质发生振动，向介质中辐射声波，接收声波的过程正好与此相反，外来声波作用在换能器的振动面上，从而使换能器的机械振动系统发生振动，借助某种物理效应，引起换能器储能元件中的电场或磁场发生相应的变化，从而引起换能器的电输出端产生一个相应于声信号的电压和电流。
44.在本实施例中，所述超声波接收系统由op37构成的两级运放电路，tl082构成的二阶带通滤波电路以及lm393构成的比较电路三部分组成，两级运放电路包括op37运放模块u1a和op37运放模块u1b，op37运放模块u1a的2接线端电性连接电阻r6的一端，电阻r6的另一端电性连接有电容c2，该电容c2的另一端电性连接电阻r4的一端，电阻r4的另一端电性连接电阻r5的一端和晶振体，op37运放模块u1a的3接线端通过电阻r7接地，op37运放模块u1a的4接线端电性连接12v电源，op37运放模块u1a的2接线端与op37运放模块u1a的输出端之间并联有电阻，op37运放模块u1b的6接线端电性连接电阻r9的一端，电阻r9的另一端电性连接电容c6的一端，电容c6的另一端电性连接op37运放模块u1a的输出端，op37运放模块u1b的5接线端通过电阻r8接地，op37运放模块u1b的的6和7接线端串联电阻r11，op37运放模块u1b的输出端7电性连接二阶带通滤波电路，二阶带通滤波电路包括tl082带通滤波u2a，tl082带通滤波u2a的3接线端电性连接电阻r15的一端和电阻r14的一端，电阻r15的另一端接地，tl082带通滤波u2a的2接线端电性连接电阻r13的一端和电容c9的一端，电阻r13的另一端接地，电容c9的另一端电性连接电阻r12的一端和电容c8的一端，电容c8的另一端接地，电阻r12的另一端电性连接电容c7的一端，电容c7的另一端电性连接op37运放模块u1b的输出端7，tl082带通滤波u2a的8接线端电性连接12v电源，比较电路包括比较器u3a，所述比较器u3a的2接线端电性连接电容c10的一端、电阻r18的一端和电阻r17的一端以及电容c11的一端，电容c10的另一端电性连接tl082带通滤波u2a的1接线端，电容c11的另一端和电阻r17的另一端接地，比较器u3a的4接线端电性连接12v电源，比较器u3a的输出端电性连接稳压二极管uz的一端，稳压二极管uz的另一端接地。
45.如图3所示，接收电路由op37构成的两级运放电路，tl082构成的二阶带通滤波电路以及lm393构成的比较电路三部分组成。因本系统频率较高，回波信号非常弱，为毫伏级，因此设计成两级放大电路，第一级放大100倍，第二级放大50倍，共放大5000倍左右。最后通过解调电路获得标签上的epc码，通过串口上传至电脑主机，
46.解调电路如图4所示，放大后的信号为经过幅度调制的高频信号，包络检测电路将调幅信号解调，得到低频载波信号，低通滤波器的作用就是滤除包络检测得到的载波信号中的高频纹波，载波信号经过一时间常数更大的低通滤波器后可得到载波信号的直流分
量，载波信号与其直流分量输入比较器进行比较便可轻易恢复出数据信号，将数据输出给数字基带处理器就可以进行处理。
47.在本实施例中，所述超声标签由两个超声换能器和rfid标签构成，超声换能器1接收超声波发射系统信号，并经过过rfid标签，然后通过超声换能器2发送出超声波信号。
48.实现声能转换为电能经过标签调制后再转化为声能的功能，如图5所示，当超声波发射系统发出超声波后，此超声波沿着空气进行传播，当传播至超声换能器1时，超声换能器1通过压电效应将此超声波转化为对应频率的电信号，接着，该电信号经过rfid标签，一方面为rfid标签供电，另一方面接受rfid标签内部芯片的调制，最后，被调制后的电信号流至超声换能器2，超声换能器2通过逆压电效应将此电信号转换为超声波信号，并发射出去。
49.装置电源直接由市电(220v交流电)提供，输出标签epc码至一体机上，如图6所示，
50.装置原理如下：首先，超声波发射系统发射超声波，当超声波以空气为媒介传播到物品上的超声标签时，超声换能器1开始工作，将接收到的超声波转换为电信号，电信号一方面为标签进行供电，另一方面传输到rfid标签上接受调制。接着，经过调制后的电信号通过超声换能器2再次转换为超声波，最后，超声波接收系统读取到超声换能器2发出的超声波，并进行解调，识别出该超声标签上的epc码，并通过串口发送给一体机。
51.以上所述，仅为本发明进一步的实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明所公开的范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都属于本发明的保护范围。