本發(fā)明涉及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種集成RFID和北斗導(dǎo)航功能的無線物聯(lián)網(wǎng)終端。

背景技術(shù)：

物聯(lián)網(wǎng)作為未來信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展的重要方向之一，已經(jīng)在世界范圍內(nèi)受到了廣泛關(guān)注，物聯(lián)網(wǎng)被視為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)與移動通信網(wǎng)之后的世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮。物聯(lián)網(wǎng)終端是物聯(lián)網(wǎng)中連接傳感網(wǎng)絡(luò)層和傳輸網(wǎng)絡(luò)層，實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)及向網(wǎng)絡(luò)層發(fā)送數(shù)據(jù)的設(shè)備，它負(fù)擔(dān)著數(shù)據(jù)采集、初步處理、加密和傳輸?shù)榷喾N功能。物聯(lián)網(wǎng)終端基本由外圍感知(傳感)接口、中央處理模塊和外部通訊接口三個部分組成，通過外圍感知接口與傳感設(shè)備連接，如RFID讀卡器，紅外感應(yīng)器，環(huán)境傳感器等，將這些傳感設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取并通過中央處理模塊處理后，按照網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，通過外部通訊接口，如：GPRS模塊、以太網(wǎng)接口、WIFI等方式發(fā)送到以太網(wǎng)的指定中心處理平臺。物聯(lián)網(wǎng)終端常常處于各種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，為了向用戶提供最佳的使用體驗(yàn)，終端應(yīng)當(dāng)具有感知場景變化的能力，并以此為基礎(chǔ)，通過優(yōu)化判決，為用戶選擇最佳服務(wù)通道。終端設(shè)備通過前端的RF模塊或傳感器模塊等感知環(huán)境變化，經(jīng)過計(jì)算，決策需要采取的應(yīng)對措施。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種集成RFID和北斗導(dǎo)航功能的無線物聯(lián)網(wǎng)終端。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種集成RFID和北斗導(dǎo)航功能的無線物聯(lián)網(wǎng)終端，包括：

智能平臺模塊，包括主處理器單元和從處理器單元，所述主處理器單元用于控制整個物聯(lián)網(wǎng)終端，所述從處理器用于完成語音信號的A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)字語音信號的邊解碼、信道編解碼和無線調(diào)制解調(diào)器的時序控制；

RFID模塊，用于完成射頻信號發(fā)送和接收、數(shù)字信號處理及RFID空中接口協(xié)議；

導(dǎo)航模塊，為北斗/GPS雙模導(dǎo)航模塊，包括衛(wèi)星導(dǎo)航射頻芯片和基帶芯片。

進(jìn)一步的，所述主處理器單元和從處理器單元之間通過串口或SPI協(xié)議進(jìn)行通信。

進(jìn)一步的，所述主處理單元通訊連接LCD顯示屏、觸摸屏、條形碼模塊、音頻、存儲器和/或傳感器，所述觸摸屏為電容式觸摸屏，所述條形碼模塊可閱讀一維條形碼和二維條形碼。

進(jìn)一步的，還包括電池模塊，所述電池模塊用于整個物聯(lián)網(wǎng)終端供電。

進(jìn)一步的，所述RFID模塊包括：

發(fā)送單元，包括本振PLL單元、IQ調(diào)制單元、功率放大單元、增益控制單元和雜散抑制單元，所述PLL單元為整數(shù)分頻鎖相環(huán)，所述IQ調(diào)制單元將輸出的基帶信號變頻到900M頻段，所述功率放大單元為一功率放大器，采用RFMD的RF5110，所述RF5110輸出功率由VAPC管腳的電壓值控制，所述雜質(zhì)抑制單元為一低通濾波器，所述低通濾波器采用LFCN-1000；

接收單元，包括載波抑制單元、LNA單元、解調(diào)器單元、濾波器單元和基帶濾波處理單元，所述載波抑制單元采用ADI的AD8340，所述LNA單元采用Mini-Circuits公司的PMA-5451+，所述解調(diào)器單元采用ADI的ADL5382，所述濾波器單元采用EPCOS公司的B4301或B4311；

收發(fā)隔離單元，所述收發(fā)隔離單元為Anaren公司的DC710J5010AHF信號10dB耦合器；

協(xié)議處理單元，用于數(shù)字信號處理并完成RFID空中接口協(xié)議相關(guān)處理。

進(jìn)一步的，所述物聯(lián)網(wǎng)終端外殼雙料注塑成型。

進(jìn)一步的，所述電池模塊為聚合物鋰電池。

本發(fā)明的有益效果在于：采用智能平臺模塊中嵌入RFID模塊和導(dǎo)航模塊的方式，既可以當(dāng)作智能平臺使用，打開RFID功能后就作為一個物聯(lián)網(wǎng)終端，配備北斗/GPS雙模導(dǎo)航模塊能夠?qū)崿F(xiàn)精確定位，具有攜帶方便、便于使用等優(yōu)勢。

附圖說明

圖1為物聯(lián)網(wǎng)終端結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為智能平臺硬件構(gòu)架圖；

圖3為條形碼模塊工作原理圖；

圖4為ADF9010內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖；

圖5為LFCN-1000頻率特性圖；

圖6為AD8340功能框圖；

圖7為LNA單元的外圍電路圖；

圖8為ADL5382系統(tǒng)框圖；

圖9為EPCOS公司B4301頻率特性曲線圖；

圖10為EPCOS公司B4311頻率特性曲線圖；

圖11為Anaren公司DC710J5010AHF型號10dB耦合器性能指標(biāo)表；

圖12為AD9963的內(nèi)部框圖；

圖13為聚合物鋰電池結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、所實(shí)現(xiàn)目的及效果，以下結(jié)合實(shí)施方式并配合附圖予以說明。

本發(fā)明最關(guān)鍵的構(gòu)思在于:在智能平臺中嵌入RFID模塊和導(dǎo)航模塊，既可以作為智能平臺使用，又可以作為移動終端使用，并且北斗/GPS雙模導(dǎo)航模塊能夠?qū)崿F(xiàn)精確定位。

請參照圖1至圖13，一種集成RFID和北斗導(dǎo)航功能的無線物聯(lián)網(wǎng)終端，包括：

智能平臺模塊，包括主處理器單元和從處理器單元，所述主處理器單元用于控制整個物聯(lián)網(wǎng)終端，所述從處理器用于完成語音信號的A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)字語音信號的邊解碼、信道編解碼和無線調(diào)制解調(diào)器的時序控制；

RFID模塊，用于完成射頻信號發(fā)送和接收、數(shù)字信號處理及RFID空中接口協(xié)議；

導(dǎo)航模塊，為北斗/GPS雙模導(dǎo)航模塊，包括衛(wèi)星導(dǎo)航射頻芯片和基帶芯片。

從上述描述可知，本發(fā)明的有益效果在于：在智能平臺中嵌入RFID模塊和導(dǎo)航模塊，既可以作為智能平臺使用，打開RFID功能后又可以作為移動終端使用，并且北斗/GPS雙模導(dǎo)航模塊能夠?qū)崿F(xiàn)精確定位。

進(jìn)一步的，所述主處理器單元和從處理器單元之間通過串口或SPI協(xié)議進(jìn)行通信。

進(jìn)一步的，所述主處理單元通訊連接LCD顯示屏、觸摸屏、條形碼模塊、音頻、存儲器和/或傳感器，所述觸摸屏為電容式觸摸屏，所述條形碼模塊可閱讀一維條形碼和二維條形碼。

由上述描述可知，主處理器單元連接其他模塊可使其功能更加多樣化，觸摸屏采用電容式觸摸屏具有流暢性好、操作性好、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，條形碼模塊能夠閱讀一維和二維條形碼，使物聯(lián)網(wǎng)終端的應(yīng)用范圍更廣。

進(jìn)一步的，還包括電池模塊，所述電池模塊用于整個物聯(lián)網(wǎng)終端供電。

進(jìn)一步的，所述RFID模塊包括：

發(fā)送單元，包括本振PLL單元、IQ調(diào)制單元、功率放大單元、增益控制單元和雜散抑制單元，所述PLL單元為整數(shù)分頻鎖相環(huán)，所述IQ調(diào)制單元將輸出的基帶信號變頻到900M頻段，所述功率放大單元為一功率放大器，采用RFMD的RF5110，所述RF5110輸出功率由VAPC管腳的電壓值控制，所述雜質(zhì)抑制單元為一低通濾波器，所述低通濾波器采用LFCN-1000；

接收單元，包括載波抑制單元、LNA單元、解調(diào)器單元、濾波器單元和基帶濾波處理單元，所述載波抑制單元采用ADI的AD8340，所述LNA單元采用Mini-Circuits公司的PMA-5451+，所述解調(diào)器單元采用ADI的ADL5382，所述濾波器單元采用EPCOS公司的B4301或B4311；

收發(fā)隔離單元，所述收發(fā)隔離單元為Anaren公司的DC710J5010AHF信號10dB耦合器；

協(xié)議處理單元，用于數(shù)字信號處理并完成RFID空中接口協(xié)議相關(guān)處理。

由上述描述可知，本振PLL單元可以實(shí)現(xiàn)收發(fā)共本振，雜散抑制單元可以抑制諧波雜散；采用載波對消技術(shù)可以提高接收靈敏度，收發(fā)隔離單元可以將發(fā)射信號和接收信號隔離，并起到阻抗匹配的作用。

進(jìn)一步的，所述物聯(lián)網(wǎng)終端外殼雙料注塑成型。

由上述描述可知，物聯(lián)網(wǎng)終端的成型方式使其整體結(jié)構(gòu)渾然一體，利于保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

進(jìn)一步的，所述電池模塊為聚合物鋰電池。

由上述描述可知，電池模塊采用聚合物鋰電池可進(jìn)行反復(fù)充電，使用壽命長。

實(shí)施例

請參照圖1至圖13，本發(fā)明的實(shí)施例為：如圖1所示，一種集成RFID和北斗導(dǎo)航功能的無線物聯(lián)網(wǎng)終端，包括智能平臺模塊、RFID模塊、導(dǎo)航模塊和電池模塊，物聯(lián)網(wǎng)終端外殼采用雙料注塑成型。如圖2所示，所述智能平臺模塊采用雙CPU架構(gòu)，包括主處理器單元和從處理器單元，所述主處理器單元運(yùn)行開放式操作系統(tǒng)，負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的控制，可以是ARM平臺，所述從處理器單元為無線Modem部分，主要完成語音信號的A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)字語音信號的編解碼、信道編解碼和無線Modem部分的時序控制，主從處理器單元之間可以通過串口、SPI等協(xié)議進(jìn)行通信。主處理器單元可以外掛LCD顯示屏、觸摸屏、音頻解碼器、存儲器、傳感器等外設(shè)設(shè)備。隨著智能平臺模塊功能越來越強(qiáng)大，其功耗也越來越大，主要功耗在主處理器、無線Modem、LCD顯示屏、觸摸屏及頻編解碼器上，所以降低這些模塊的功耗將大大減少手持機(jī)讀寫器的功耗。

本實(shí)施例中，所述觸摸屏為電容式觸摸屏，只采用單層的ITO材料，當(dāng)手指觸摸屏表面時，就會有一定量的電荷轉(zhuǎn)移到人體。為了恢復(fù)這些電荷損失，電荷從屏幕的四角補(bǔ)充進(jìn)來，各方向補(bǔ)充的電荷量和觸摸點(diǎn)的距離成比例，由此可以推算出觸摸點(diǎn)的位置，其流暢性好、操作友好，反應(yīng)靈敏度高。

所述主處理器單元還連接有條形碼模塊，如圖3所示，通過攝像方式將條形碼圖像攝取后進(jìn)行分析和解碼，條形碼模塊可閱讀一維條形碼和二維條形碼，完成復(fù)雜的圖像處理和識別算法。一維條形碼可存儲8到30個字符，大多都用于存儲數(shù)字索引；二維條形碼是一種新的條形碼技術(shù)，不僅具備一維條形碼成本低、穩(wěn)定可靠、簡單易用等特點(diǎn)，而且數(shù)據(jù)容量非常大，并且包含了非常強(qiáng)大的信息糾錯功能，通常一個二維條形碼能夠存儲多達(dá)上千字符的信息。二維條形碼在電子商務(wù)、電子政務(wù)的信息安全、交易、物流、產(chǎn)業(yè)鏈管理等諸多方面具有廣泛的應(yīng)用，貫穿了工業(yè)、商業(yè)、國防、交通運(yùn)輸、金融、醫(yī)療衛(wèi)生、郵電及辦公室自動化等識別領(lǐng)域。

所述RFID模塊用于完成射頻信號發(fā)送和接收，數(shù)字信號處理及RFID空中接口協(xié)議，包括發(fā)送單元、接收單元、收發(fā)隔離單元和協(xié)議處理單元。

所述發(fā)送單元包括本振PLL單元、IQ調(diào)制單元、功率放大單元、增益控制單元和雜散抑制單元等部分。如圖4所示，為ADF9010內(nèi)部框圖，ADF9010是針對900MHz ISM頻段的一款射頻前端模塊，工作頻率為840～960MHz。其中集成了本振PLL單元、VCO單元、IQ調(diào)制單元、TX驅(qū)動放大器單元和RX基帶濾波器等。本振PLL單元為整數(shù)分頻鎖相環(huán)，輸入?yún)⒖碱l率10～104MHz，最大的鑒相頻率為8MHz。VCO單元的輸出頻率為3360～3840MHz，通過一個4分頻器輸出840～960MHz頻率，輸出同時作為發(fā)射調(diào)制器及外部解調(diào)器的參考信號，實(shí)現(xiàn)收發(fā)共本振。IQ調(diào)制單元將AD9963輸出的基帶信號上變頻到900M頻段。Tx_BB基帶為IQ兩路信號差分輸入，輸入電平為1.4Vp-p，0.5V直流偏置。TX驅(qū)動放大器單元為差分輸出，輸出功率可調(diào)，最大輸出功率可到3dBm。

物聯(lián)網(wǎng)終端的最大輸出功率28dBm，但是ADF9010最大輸出只有3dBm，所以需要增加功率放大單元，即需要一個功率放大器，功率放大器采用RFMD的RF5110，其最大輸出功率可到34dBm，輸出效率50％。RF5110輸出功率由VAPC管腳的電壓值控制，控制電壓0.2-2.6V，輸出功率可控范圍可以達(dá)到75dB?？刂齐妷河葾D9963的一個10位DAC提供，但是由于VAPC管腳最大有5mA電流，所以需要增加一個運(yùn)放提高驅(qū)動能力。

為了滿足發(fā)射雜散輻射要求，需要在PA輸出端口增加雜散抑制單元來抑制PA輸出的諧波雜散，可采用低通濾波器，所述低通濾波器采用LFCN-1000，LFCN-1000的頻率特性如圖5所示。

接收單元負(fù)責(zé)處理標(biāo)簽返回的信號，并解調(diào)成基帶信號送到ADC進(jìn)行采樣。接收單元包括載波抑制單元、LNA單元、解調(diào)器單元、濾波器單元和基帶濾波處理單元等。

載波抑制單元的原理是將發(fā)射的載波信號耦合一部分并經(jīng)過移相衰減后成為消除信號，消除信號與接收鏈路載波泄漏信號幅度相等、相位相差180度，再合路后就可以實(shí)現(xiàn)載波抑制。消除信號與泄漏信號有相同的振幅和相位噪聲，那么將消除信號添加到接收信號中后，可以同時消除泄漏載波及其相位噪聲。本實(shí)施例中，移相衰減網(wǎng)絡(luò)采用ADI的AD8340，該器件為射頻矢量調(diào)制器，可以用來作為可變衰減移相器件，工作頻率700～1000MHz，幅度調(diào)節(jié)范圍-2dB到-32dB，相位調(diào)節(jié)范圍0°到360°，其功能框圖如圖6所示。為了實(shí)現(xiàn)載波對消，需要通過校準(zhǔn)算法來調(diào)整IQ兩路電壓值，以達(dá)到與干擾信號功率大小相同，相位相差180度。將IQ兩路-0.5V到+0.5V電壓分成不連續(xù)點(diǎn)，第一次校準(zhǔn)時，需要對所有的點(diǎn)進(jìn)行掃描，找到一個對消后功率最小的點(diǎn)。物聯(lián)網(wǎng)終端工作時，由于各種環(huán)境變化，對消效果會有所變化，這時候需要在原先點(diǎn)的周圍小范圍內(nèi)進(jìn)行掃描調(diào)整對消效果，一般情況下對于泄漏載波信號可以對消30dB。如果網(wǎng)路劃分足夠細(xì)，效果可以更好，但是30dB以下對其他環(huán)境變化較敏感，需要經(jīng)常調(diào)整對消效果。采用對消后，在接收單元和發(fā)送單元共用天線的情況下，可以達(dá)到與收發(fā)分離天線同等的隔離度。通過對消后泄漏到接收通道的載波信號還是比較大，解調(diào)后還是會有比較大的直流分量。為了不使ADC飽和，在解調(diào)器單元和基帶之間采用AC耦合的方式來去除直流分量。為了減小泄漏載波的相位噪聲對接收靈敏度的影響，接收單元和發(fā)射單元需要共一個本振，使泄漏的載波信號的相位噪聲與本振相同，只是存在一定的延遲，研究表明這時對接收的靈敏度影響比較小。

LNA單元采用Mini-Circuits公司的PMA-5451+，該器件工作電壓3V，900MHz的噪聲系數(shù)0.8dB，增益為18.6dB，OIP3為29dBm，輸出1dB壓縮點(diǎn)為17dBm，經(jīng)過載波抑制后的信號不會導(dǎo)致LNA單元飽和，LNA單元的外圍電路如圖7所示。

如圖8所示，解調(diào)器單元采用ADI的ADL5382，該器件線性度很高，900MHz時IIP3為33.5dBm，輸入P1dB為14.7dBm，噪聲系數(shù)為14dB。高線性度滿足RFID自干擾要求。本振信號直接由ADF9010提供，這樣可以實(shí)現(xiàn)收發(fā)共本振。

本實(shí)施例中，濾波器單元采用EPCOS公司的B4301或B4311，其頻率特性如圖9和圖10所示，B4301通帶頻率范圍為902～928MHz，B4311通帶頻率范圍是824～849MHz。

載波泄漏信號經(jīng)過解調(diào)器后會產(chǎn)生一個很大的直流分量，這個直流分量經(jīng)過后級基帶放大后會導(dǎo)致ADC飽和。為了抑制這個直流分量，在解調(diào)器單元和基帶放大器之間采用AC耦合方式，以提供高通濾波響應(yīng)，即提供一個基帶濾波處理單元。ADF9010內(nèi)部集成了RX基帶放大及濾波器特性，濾波器帶寬也可以選擇330KHz、880KHz和1.76MHz以適應(yīng)不同的傳輸速率。

收發(fā)隔離單元位于功率放大單元和天線之間，它的主要作用是用于將移動終端的發(fā)射信號和從標(biāo)簽反射回的接收信號相隔離，此外還起到阻抗匹配的作用。RFID模塊由于受到體積的限制，不能使用環(huán)形器，所以選擇耦合器來作為收發(fā)隔離模塊。選擇Anaren公司的DC0710J5010AHF型號10dB耦合器，該耦合器體積小，非常適合用在手持機(jī)里面，耦合器指標(biāo)如圖11所示。

協(xié)議處理單元用于數(shù)字信號處理并完成RFID空中接口協(xié)議相關(guān)處理，發(fā)送時完成數(shù)據(jù)到基帶的轉(zhuǎn)換，接收時完成基帶信號的解調(diào)，本實(shí)施例中，協(xié)議處理單元采用FPGA協(xié)議，F(xiàn)PGA發(fā)送的基帶信號需要經(jīng)過DAC轉(zhuǎn)換為模擬信號，天線接收到的標(biāo)簽信號經(jīng)過解調(diào)，下變頻為基帶信號，輸入到ADC進(jìn)行采集。如圖12所示，為AD9963的內(nèi)部框圖，AD9963集成了ADC和DAC，它的數(shù)據(jù)接口直接與FPGA連接。

本實(shí)施例中，導(dǎo)航模塊采用多模衛(wèi)星導(dǎo)航射頻芯片加基帶芯片形成多模導(dǎo)航模塊的方式，可為北斗/GPS雙模導(dǎo)航，采用北斗B1/GPS L1雙通道導(dǎo)航射頻芯片，支持單北斗、單GPS以及雙通道并行工作三種模式，經(jīng)過下變頻，放大以及2bit模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸出兩路數(shù)字中頻信號給基帶芯片進(jìn)行解調(diào)處理。芯片內(nèi)集成低噪聲放大器、混頻器、復(fù)數(shù)鏡像抑制帶通濾波器、可變增益放大器、數(shù)字自動增益控制電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、小數(shù)分頻器以及低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)等，僅需很少的外圍元器件即可工作。這種雙模導(dǎo)航模式功耗低、體積小，滿足智能物聯(lián)網(wǎng)終端低功耗、高可靠性的要求。

本實(shí)施例中，電池模塊采用聚合物鋰離子電池，如圖13所示，所述聚合物鋰離子電池主要由正極、負(fù)極、電解液和隔膜組成。在充電的過程中，鋰離子從正極層狀物的晶隔間脫出，進(jìn)入電解液，在充電器附加的外電場作用下向負(fù)極移動，依次進(jìn)入負(fù)極，后嵌入到石墨材料晶格中在那兒形成鋰化合物，同時剩余電子從外電路到達(dá)負(fù)極。放電過程則相反，鋰離子從石墨晶格中脫出回到正極氧化物晶格中。所以在鋰離子電池的充放電過程中，鋰離子一直處于從正極→負(fù)極→正極的運(yùn)動狀態(tài)。

綜上所述，本發(fā)明提供的一種集成RFID和北斗導(dǎo)航功能的無線物聯(lián)網(wǎng)終端，包括智能平臺模塊、RFID模塊和導(dǎo)航模塊，采用智能平臺模塊中嵌入RFID模塊和導(dǎo)航模塊的方式，既可以當(dāng)作智能平臺使用，打開RFID功能后就作為一個物聯(lián)網(wǎng)終端，配備北斗/GPS雙模導(dǎo)航模塊能夠?qū)崿F(xiàn)精確定位，具有攜帶方便、便于使用等優(yōu)勢；主處理器單元連接其他模塊可使其功能更加多樣化，觸摸屏采用電容式觸摸屏具有流暢性好、操作性好、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，條形碼模塊能夠閱讀一維和二維條形碼，使移動終端的應(yīng)用范圍更廣；本振PLL單元可以實(shí)現(xiàn)收發(fā)共本振，雜散抑制單元可以抑制諧波雜散；采用載波對消技術(shù)可以提高接收靈敏度，收發(fā)隔離單元可以將發(fā)射信號和接收信號隔離，并起到阻抗匹配的作用；電池模塊采用聚合物鋰電池可進(jìn)行反復(fù)充電，使用壽命長。

以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等同變換，或直接或間接運(yùn)用在相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。