依据声外表波的射频辨认[1]是集现代电子学、声学和雷达信号处理的新式技能成果，是有别于IC芯片辨认的另一种新式非触摸辨认技能，被认为是二十一世纪最具有运用潜力的十大技能之一。传统的依据IC标签的RFID体系运用在高温、强电磁搅扰的环境中，信息读取存在困难，导致标签失功率高，乃至无法正常作业。因为SAW器材作业在射频波段，无源无线、阅览间隔远及环境适应性强，具有ID辨认和传感器的两层功用，因此在辨认ID的一起获取方针的各种物理目标，如温度、压力及气体浓度等，具有宽广的市场前景。本文规划并利用了声外表波射频辨认体系完成被测物体ID辨认和温度丈量，创造性地运用到矿井监控中。
1 SAW RFID体系原理及组成
一个完好的SAW RFID终端体系[2]由SAW标签、阅览器及运用体系三大部分组成，如图1所示。阅览器是一种具有收发和处理射频信号功用的设备，无源SAW标签放置在被辨认的物体外表，用来丈量被测物体的相关信息。阅览器经过天线发射必定频率的射频信号，当标签进入阅览器的效果区域内时，阅览器宣布的电磁波激活标签电路，标签的能量检测电路将一部分射频信号转化成直流信号能量供其作业，标签取得能量被激活后，将本身的序列号等信息调制到射频信号上,之后经过标签天线发送出去,阅览器接纳到标签回来的射频信号后对该信号进行解调和解码，然后送到后台主体系进行相关处理。主体系依据逻辑运算判别该标签的合法性，针对不同的设定做出相应的处理和操控。
2 SAW RFID体系规划
2.1 SAW标签规划
SAW RFID标签[3]首要由叉指换能器、压电基片、反射栅和天线组成。
信号在标签中是以声外表波的方式呈现，并在基片外表传达。当被测物体的温度产生改变时，声外表波产生频偏，一起依照必定编码规则将改变了的声外表波刻在标签的反射栅上，反射回来构成一系列的声脉冲串。因为反射栅按某种特定规则规划，其反射信号表明规则的编码信息，阅览器接纳到的反射高频电脉冲串则带有该物品的特定编码，经过解析和处理，解调出反射栅的编码信息，到达自动辨认的意图。一起依据FFT算法提取频偏值，进一步得到被测物体的温度信息。
2.2 射频前端模块规划
传统射频辨认收发机选用超外差接纳结构，本钱高，电路杂乱，不易集成且功耗高。结合零中频[4]的特性，本文选用零中频结构，包含本振器、发射模块和接纳模块，克服了镜像频率搅扰，降低了开发本钱。
2.2.1 发射电路的规划
915 MHz的发射电路如图2所示。选用LT5519芯片作为上变频混频器，RF输出带宽为0.7 GHz~1.4 GHz。用CASCADE软件规划了π型衰减器，R1=24 Ω，R2=R3=220 Ω，则衰减4 dB。带通滤波器选用B4637，中心频率为915 MHz，带宽26 MHz，刺进衰减2.5 dB。可调增益扩大器(VGA)选用Sky65111,输入带宽为600 MHz~1 100 MHz，依据标签和阅览器的间隔远近，自动增益操控(AGC)模块自适应地调整VGA的增益，使阅览器能够正确接纳到标签回来的信息，最大输出功率达33 dBm@915 MHz。
2.2.2 接纳电路的规划
本体系的阅览器选用零中频结构[5]进行规划。首要包含正交解调器、AD采样。接纳电路如图3所示。
来自于天线的标签回来信号经过射频前端处理后，选用带通滤波器按捺915 MHz~925 MHz频段外的信号，低噪声扩大器扩大信号以便于后端处理。扩大后的信号进入LT5575混频解调，上、下变频运用相同频率的本振信号，下变频出来的信号即为I/Q正交基带信号。经扩大滤波后，进入AD9288进行AD采样转化为数字基带信号，DSP对接纳到的基带信号进行解码等处理。
2.2.3 本振器的规划
选用ADI公司的ADF4360-7，外接10 MHz高精度温补晶振作为参阅频率,经过挑选相应的作业方式，使其输出信号频率规模为350 MHz~1 800 MHz。在本体系的本振器规划中，以数字锁相环的方式产生915 MHz的射频信号， 别离作为上、下混频电路的本振信号。用ADIsimPLL软件规划了环路滤波器的重要参数,包含鉴相频率、输出频率、带宽及阶数等，得到本振器的规划图,如图4所示。此外,凭借软件ADF4360.exe,设定VOC输出频率、相位检测频率和分频模数等参数，装备内部C、N和R寄存器的值, 降
低了PLL驱动程序的开发难度。
2.3 基带主控模块规划
DSP基带主控单元是整个体系的操控中心，具体的功用框图如图5所示。
DSP模块，选用TI的TMS320VC5509A芯片[6]，上电后经过运转Boatload程序将EEPROM中的程序调到片内运转，操控各个模块进行作业。电源和时钟模块为体系供给安稳的电源和准确的外部参阅时钟。操控PLL产生本振信号，供给给射频前段模块运用。由SDRAM和EEPROM组成的外扩存储模块别离担任数据处理和程序存储。CPLD首要接纳来自DSP的总线信息,并将总线信号进行逻辑再处理，扩展DSP的I/O口，用于输出操控。自动增益操控(AGC)依据读卡间隔远近，自适应调整信号功率，添加体系的牢靠性。液晶模块直观地显现了DSP进行解码、校验等处理成果。此外，串口网口模块作为与上位机数据交换的通讯接口。
主控中心DSP的作业流程为:(1)体系上电,将EEPROM中的程序调入片内开端运转;(2)DSP依据程序设置，初始化GPIO口、中止、定时器等的操控寄存器;(3)对PLL进行编程，输出本振信号，完成调制和解调;(4)对要输出的指令进行编码，并从DSP相应的通用输出口送出;(5)操控AD模块进行AD转化，对数字基带信号进行解码和校验，若校验正确则进行相应运算，最终将成果送往液晶或上位机进行其他处理，不然转往第二步再次进行处理。
3 实验数据及剖析
3.1 SAW 标签
图6展现的是本文说到的SAW 标签，其间图6(a)是标签的晶圆，图6(b)是标签制品，选用晶圆级封装，与传统封装比较完成了声外表波标签IDT 的全封装，一切的有用图形都被维护于空腔内，避免了后期各种情况引起的短路失效等问题，提高了器材的牢靠性，一起完成了整片的一次性封装，提高了产品的一致性，合适批量出产。图6(c)说明晰该SAW RFID标签体积小，装置运用方便。
3.2 RFID阅览器
本文说到的SAW RFID阅览器、首要分为4块电路板：电源板、发送板、接纳板和DSP主控板。C5509处理器发送标签读写信号，操控发送器发送915 MHz问询脉冲，接纳器对标签回来的射频信号进行滤波扩大、AD转化等相关处理后，转化为数字基带信号，C5509处理器对接纳到的基带信号进行解码和频偏提取，进一步得到被测物体的ID和温度信息，并上传给上位机做进一步统计剖析。与一般RFID体系比较，本体系能够快速准确地读取被测物体的ID和温度信息，而且能在高温差、高湿度、强电磁搅扰的环境下正常作业。
3.3 体系测验
搭建了SAW RFID体系，并对其进行了功用测验。
把硬件体系连接好后，翻开测验软件，如图7所示，设置通讯口、波特率等通讯参数，勾选要测验的SAW标签和对应的天线，点击发动，即可观察到实时ID和温度信息。对其间一个SAW标签进行加温处理，即可观察到温度的动态改变(47.60℃)。测验成果表明，采样间隔最小可达50 ms，有用辨认间隔约为5 m~10 m，温度丈量规模是0~125℃，精度可达0.01℃，差错为1℃。
4 SAW RFID的运用
SAW RFID具有无线无源、辨认间隔远且速度快、环境适应性强的长处，能够用来丈量压力、温度等参数改变。针对煤矿井下环境杂乱、温度监测和人员定位等要求，将该体系运用在煤矿安全归纳监管[7]中，完成井下设备及环境参数信息的实时监控以及对人员的定位与盯梢，有用避免了安全事故产生，提高了出产功率。该体系所构成的原材料价格相对低价、合适批量出产、运用方便，在现在矿难较为频频的时期，具有较大的运用价值和市场潜力。
本文从SAW RFID的组成结构上介绍了其作业原理，并具体论述SAW RFID阅览器规划过程中的关键技能，要点说明晰射频前端的规划，包含发送模块、接纳模块和本振器的硬件规划，一起给出了DSP基带主控模块的规划框图和算法流程。经过剖析实验数据，证明所规划的体系作业功能牢靠安稳，规划思路的确可行。最终，结合本SAW RFID体系的长处，将其运用到矿井监控中,在井下定员办理和应急救援中发挥着巨大的效果。
