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51的江湖 | RFID讀寫距離不是問題,關鍵是看誰來做!

2015/08/29
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上文《牽手軟件部門,林助理徹底明白了IAP和ISP的區(qū)別》講到,華容第二次與軟件部門合作,在項目《基于網(wǎng)絡架構的終端設備在線升級》中負責客戶端程序的編寫,走訪了兩個部門,疑惑一一排除,方案隨之確定下來,接下要做的就是網(wǎng)卡程序的改寫和MCU程序的編寫和調試...

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工作的日子,就是面對一個又一個的新問題,而工程師的職責,則是一個接著一個地解決問題。


正如當初所料,本次與軟件部的合作是極為順利的,在線升級的問題完美解決,為此華容獎勵自己半天時間,用來整理和匯總與本項目的相關文檔,然后進入到收官的環(huán)節(jié),也是本次升級要解決的最后一個問題—提高RFID讀頭的讀寫距離。

讀頭的芯片是FM1702SL,而不是原來常見的RC500,這一點,在接手項目之初,華容就注意到了,所以查閱了相關的資料,對比、歸納了一下二者的優(yōu)缺點:
1、在性能方面,二者相近,RC500更勝一籌;
2、在價格方面,前者具有很大的優(yōu)勢,幾乎不到后者的2/3;
3、在硬件電路設計方面,前者的接口是SPI,因此封裝也精簡了,管腳只有24個,除了與MCU的接口有所差異外,其他外圍電路的設計幾乎與RC500是相同的,但體積小、布線也變得簡單了;
4、在軟件程序設計方面,同樣支持ISO/IE14443TYPE A協(xié)議,在認證和加密方面,二者功能完全相同。


基于上述的優(yōu)點,使得FM1702SL在讀頭設計方面非常受歡迎。


華容再次審視眼前的讀頭,該讀頭是相對獨立的一個模塊,通過排線與PAD的主板連接。讀頭中心偏下的部分是IC電路,元件相對密集,外圍則是由4圈半的環(huán)形布線構成的電感,布線是與板子的邊緣平行的,就此構成LC諧振電路,而且是數(shù)據(jù)手冊中推薦的雙回路結構,這種方式的電路設計是RC500的經(jīng)典設計之一,也是精華之一。那么提高讀寫距離的唯一辦法就是調整讀頭天線電路相關元器件的參數(shù)。


接觸過射頻電路的人都知道這一點:天線電路屬于射頻前端,其作用是射頻(無線)信號發(fā)送和接收的通道,因此本質來說,天線是一種能量轉化裝置—將電信號轉換為電磁波的裝置,而且這種轉換是可逆的。既然是能量轉化裝置,那么就涉及到轉化效率的問題,天線電路設計得優(yōu)與劣,將直接影響到產(chǎn)品的性能,所以射頻產(chǎn)品電路的成敗,很大程度上取決于天線電路的設計。

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天線電路的設計,關鍵環(huán)節(jié)在于天線形狀的設計,天線形狀的設計又是非常靈活多變的,工程師可以發(fā)揮自己的創(chuàng)造力來完成自己的作品,雖然說在形狀設計方面是允許創(chuàng)意無限,但產(chǎn)品畢竟不是藝術品,在外觀上必須要考慮安裝的位置、實際空間的限制等需求。除此之外,就是嚴謹?shù)睦碚撘罁?jù),在天線電路的設計方面可以遵循如下的規(guī)則:


1、天線的長度設計
天線展開的長度與信號的頻率有關系的,天線的長短和波長成正比,所以和頻率成反比,頻率越高,波長越短,天線也就可以做得越短。但天線的長度并不等于一個波長,往往是1/4波長,因此,有經(jīng)驗的工程師只要瞄一眼天線的形狀和布線,便可以判斷出其工作的頻段范圍。


2、諧振頻率
天線電路的諧振頻率,最理想的情況下是等于發(fā)送或接收信號的頻率,此時電路將產(chǎn)生諧振,天線的兩端將獲取最大的電壓或者電流,反之效果會很差,甚至是天壤之別。


3、天線電路的Q值
Q值,即品質因數(shù),用于描述回路的質量,該值的大小僅僅與電路本身的參數(shù)有關系,即Q=電感電容等儲能器件攜帶的能量÷電阻的損耗功率。


那么Q值的指導意義是什么呢?


對于電感器來說,Q值越高,其損耗越小,效率越高;
對于諧振回路來說,Q值越大,通頻帶越窄,電路對于信號頻率的選擇性越高;反過來,Q值越小,通頻帶越寬,電路對于信號頻率的選擇性要求越低。


掌握了天線電路的工作原理,那么提高距離的問題也就迎刃而解了。


華容從抽屜里取出來自制的一塊電路板:13.56MHz天線場強檢測卡,該檢測卡依照電感耦合原理制作而成的,參數(shù)經(jīng)過準確的調試,中心頻率13.56MHz,偏差可以忽略不計。將卡片上的兩條引線分別連接萬用表的表筆,接著選擇檔位為直流電壓最大量程,然后將檢測卡放在讀頭的上方,開啟PDA的讀卡功能,此時萬用表的示數(shù)僅為6V左右。


“電壓太低了,一定是電容參數(shù)不匹配?!比A容給出了初步的結論,同時一塊石頭落地,對于這個電路來說,調整電容參數(shù)是最直接而且是最有效的手段。


想了想現(xiàn)在的情況,她放下手里的活兒,拿起玻璃茶,重新泡上一壺茶,當泛起茶香的時候,端著茶壺,來到了燕飛的工作臺前。


“燕總,剛泡好的茶,來一杯,怎么樣?”


“說吧,什么事情?”燕飛沒有抬頭,漫不經(jīng)心地反問,同時將手里的杯子遞了過來。


“沒事兒就不能請您喝茶嗎?”華容撇撇嘴,說著接過杯子,倒了8分的茶水,然后遞給燕飛。

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燕飛抬起來,摘下眼鏡,然后接過杯子,將椅子轉了180度,用另一只手示意華容也坐下來,“你的狀態(tài)像是沒事兒嗎?前些日子,忙得昏天黑地,連個人影兒都抓不到,現(xiàn)在請我喝茶,聊聊吧,升級遇到問題了?”


華容把茶壺放在桌子上,拉過椅子,坐在對面,然后回答:“升級沒有問題,進展順利?!?/p>


“呼~呼~,” 燕飛向杯子吹著氣,呷了一口茶,然后接著問:“是嗎?在線升級的功能,你花了多長時間?”


“一周半?!?/p>


“一周半的時間?速度夠快的?!弊詥栕源鹬螅畔卤?,抬起頭接著發(fā)問:“性能如何?進行批量測試了嗎?”


“生產(chǎn)部在進行批量測試,測量近一周了,性能穩(wěn)定?!?/p>


“聽起來不錯嘛!”,說著,用右手的手指輪流地有節(jié)奏地輕敲桌面,這是他在思考時的習慣性動作。


“這不是您指導有方嗎?”華容笑著回答。


“打住,別貧嘴了,在線升級那么麻煩的事情,也不見你來找我,現(xiàn)在結束了,反而過來,有什么事情就直接說吧?!毖囡w點破了華容的心思。


“服了U,真是洞察秋毫”,華容收斂了笑容,一邊向杯子里續(xù)茶,一邊解釋:“現(xiàn)在調試RFID的讀寫距離,打算參考一下原來RC500的天線電路的參數(shù),順便借用一些電容,我手里的電容數(shù)量少,而且規(guī)格少”。


“電容我這里有些,一會兒你可以自己挑選?!?停了一下,接著補充:“你來調試這個電路,應該沒有問題,不過你一個人就夠了,不要讓別人插手”。


華容不解,“不要讓別人插手……?您指的是小林嗎?”


“除了他,你還有別的助手嗎?”反問的答案是肯定。


“為什么?”華容疑惑了。

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“別問那么多了,聽人勸吃飽飯,這個道理你不會不懂吧,有些事情的答案,以后你也許會知道的?!毖囡w面色平和,但目光卻是深不可測。


華容的反應仍然是不明就里,燕飛接著補充了一句貌似不相干的話:“你記住一點,現(xiàn)在的SD公司,真正懂得RFID的人,只有兩個半人,你我,還有那半個人是岳海。”


“哦,這樣啊?!比A容似乎明白了燕飛的暗示,對于某些神秘的東西,只能掌握在少數(shù)人的手里。


回到座位上,華容將“借來”電容,全部擺放在桌面上,由于沒有器件盒,因此按照封裝帶上的標記,將電容從小到大,依次排列。


對比了一下RC500的天線板,眼前的讀頭天線,從外形尺寸上看,在長度方面至少縮小了1.5cm,而在寬度縮小得更多,形狀由原來的接近正方形變成了扁平的矩形,但天線的匝數(shù)、密度和布線的寬度幾乎是相同。再查看一下諧振電路的電容,從外觀上看,估計是參數(shù)沒有改變。


“電感小了,電容沒有變,因此工作頻率偏高,那么諧振電壓勢必大打折扣,甚至不能產(chǎn)生諧振,更加談不上Q值的影響了?!比A容思索著,順手拿起兩個10P的電容,分別并聯(lián)到板子上的兩個電容上面,然后重復測試檢測板的輸出電壓,示數(shù)升高了近1.0V。
結果驗證了華容的推測,接著用同樣的方法,繼續(xù)調試電路。電容的參數(shù)每次增加10P,當接近峰值的時候,將增加的電容參數(shù)減小,確保可以檢測到峰值。當檢測到峰值的時候,取下來所有的電容,包括原來的電容,然后用電橋進行精確測量,并將測量的結果記錄下來?;氐阶簧?,在所有的電容中,選取與測量結果最接近的單個電容,接下來,將選取的樣品焊接到電路板的指定位置,再次進行電壓的測量,驗證其示數(shù)是否接近峰值。


經(jīng)過幾輪的測試,華容確定了與本讀頭匹配的電容參數(shù),在指定的電容上分別并聯(lián)一個56P的電容即可。這個調試的過程雖然有些繁瑣,但原理卻只是最簡單的LC諧振。
確定了參數(shù)之后,華容對調整后的電路性能進行了終極測試,即用煙草局專用的幣形卡進行讀寫驗證。事實證明,組裝完畢的整機,讀寫距離由原來的1cm,提升到了3cm;在讀頭未裝機的情況下,讀寫距離提升到4.5cm。接著,用標準卡進行同樣的測試,讀寫的距離是提升到了6.5cm。


有了準確的參數(shù)和事實的驗證,華容心里有了定數(shù),告知生產(chǎn)部的柳茜茜,進行如法炮制,改善讀頭的讀寫距離問題。


于是在眾人的一片詫異中,本輪的PDA及相關功能的升級正式落幕。


事后,小林單獨找過華容,請教關于射頻卡讀寫距離的問題,由于燕飛告誡在先,所以華容不便言明,但終究是有些不忍心,于是拿給他一本關于射頻識別的書籍,其中的奧秘,讓他自己去領悟。

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內容匯總:

之一:部門重組,誰會出局?

摘要:沈陽的一場大雪似乎也預示著公司的某些變動,果然在休整后的第二天得到了證實,去掉一個部門,重組一個部門,孤立了一些人,拉攏了一些人,兵還是兵,將還是將...

之二:燙手的山芋,華工的困惑

摘要:部門雖然重新劃分,但辦公室里的格局和人員的位置都沒有變動,好像沒有發(fā)生任何事情。華容原本是個局部變量,從不參與本部門以外的事情,但這次人事變動,她的主管設計師的職位依舊,只不過屬性變成了全局變量...

之三:被隱藏的Bug

摘要:華工對自己的項目滿腹疑惑,后來在和燕飛的一場談話中了解到了很多緣由,看似表面風光的銷售業(yè)績只有還有不為人知的秘密...

之四:要根據(jù)PCB設計程序,被算計了!

摘要:經(jīng)過與燕飛中午的一番談話,華容不敢再對眼前的PDA(手持機)怠慢了,但是只有她自己清楚其中的問題:框圖已經(jīng)有了,芯片的資料可查,那么詳細的電路原理圖,就不再是問題,可是偏偏無人提供原理圖的電子版,害得她不得不自己動手...

之五:憶當年200K代碼聯(lián)調的默契

摘要:平心而論,華容覺得自己與華萍之間還談不上“默契”,因為到目前為止,這個詞只屬于當年那個team。是她在轉行之后,加入的第一個開發(fā)團隊—中鼎公司中文版ECR的項目組...

之六:軟件和硬件,如今要彼此刮目相看

摘要:真正的交接開始了,果然不出華容的意料,華萍想盡辦法隱藏原理圖,讓她感到意外的是華容在兩年前已經(jīng)開始學習畫板子,而華容也知道她開始寫程序,曾經(jīng)推心置腹的合作伙伴如今心有芥蒂...

之七:箭在弦上,改發(fā)就發(fā)

摘要:華容冷靜地思考了一下整個“事件”進展和所經(jīng)歷的“談話”,她認定這個項目的背后,一定有不為自己所知的內幕,尤其是與華萍的一番交涉,加上自己對她的了解,更加確認了這一點:這個項目不簡單...

之八:PDA檢測有變,百里行程半九十

摘 要:華容向家里人“請假”,然后埋頭工作。按照既定的計劃,第9個工作日,進行了網(wǎng)絡聯(lián)調,包括終端與網(wǎng)卡服務器以及服務器與后臺軟件的通信,由于物理層 的協(xié)議沒變,數(shù)據(jù)層的定義和格式也沒有變化,變化的只是填充的內容,因此,毫無懸念,網(wǎng)絡聯(lián)調順利通過,但是在PDA檢測的時候她卻沒有看到檢測文 檔...

之九:故友偶重逢,項目工期蓄意被減半

摘要:由于項目工期緊張,華容從制定方案到實施方案,加班加點,甚至向家人請假,最后終于如期測試通過,在驗收的時候她偶爾遇到了以前的合作伙伴林杰森,也是這次偶遇讓她知道了自己的項目工期被壓縮減半...

之十:你可以暗算我,但是擋不住我的技術比你強

摘要:煙草局的項目驗收完成以后,華容終于松了一口氣,但是被壓縮工期的陰影始終縈繞心頭,以至于想起來心中難受。某一天華萍的項目組出了一個搞不定的Bug,于是要求華容過去解決...

之十一:設備出現(xiàn)“幽靈” Bug,華容奔赴現(xiàn)場“救火”

摘要:煙草局的項目忽然出變,原本都測試通過的設備有好幾臺被退回,華容展開緊張地測試,后來發(fā)現(xiàn)是板子上的一顆芯片型號...

之十二:新官上任以后的裁員風波

摘要:一天發(fā)布在OA里的一條最新消息,如一石激起千層浪,波及到了公司的各個角落—有史以來,SD公司第一次裁員。這則消息,如同前天的暴風雪一樣,來勢兇猛,威力強大...

之十三:公司技術大牛,裁員中你被誰害了?

摘要:岳海上任后開始了第一次裁員風暴,楊玉庭本來不在名單了,但是因為年齡偏大而成了這次裁員的犧牲品...

之十四:為研發(fā)爭取時間和資源,華容對岳海的博弈

摘要:華容、岳海以及燕飛坐下來討論項目的執(zhí)行策略,由于已經(jīng)提前知道岳海的態(tài)度,華容提出項目進展中的各種問題,最后為項目爭取了時間和資源...

之十五:舉重若輕,研發(fā)計劃已然成竹在胸

摘要:華容制定了一套嚴謹?shù)难邪l(fā)計劃,而她最擅長的射頻卡的讀寫距離問題。這個問題對于其他人來說,也許高難的,但對于她來說幾乎談不上難度,只不過是一、兩個小時的問題...

之十六:物色一個得力的助手,測試工作事半功倍

摘要:華容準備好測試流程,發(fā)現(xiàn)需要個測試助手,人選哪里來?經(jīng)過與測試部的商議從中抽出一個新來的實習生林鴻陽幫助華容完成測試,經(jīng)過一天的試用,華容發(fā)現(xiàn)小林出乎意料地滿足自己的需求...

之十七:時鐘亂碼幽靈般光顧了所有設備,追蹤尋跡趁勢撲捉?

摘 要:經(jīng)過近4晝夜的測試,時鐘的亂碼顯現(xiàn),如“幽靈”一般,光顧了在不同編號的設備,最少的只有一次,最多的有10次。從結果上看,與用戶描述的情況基本 一 致:不一定什么時候,不一定是哪一臺設備,在上傳到后臺的記錄中,就會爆出一條錯誤的記錄數(shù)據(jù)。ISP_Line剛好小試牛刀...

之十八:奇怪的溢出數(shù)據(jù)“65535”,不可抗拒的EMC

摘要:錯誤再現(xiàn),便可以分析其原因了。分析之后,關于時鐘亂碼的問題,華容得到了初步的結論:EMC問題,也就是常說的電磁兼容問題...

之十九:硬件不足軟件彌補,華容的移花接木

摘要:協(xié)議方面的問題該如何解決呢?日子就是問題疊著問題,接下來,華容面對的是本次的升級中最關鍵的環(huán)節(jié)--網(wǎng)絡協(xié)議下的在線升級功能...

之二十:牽手軟件部門,林助理徹底明白了IAP和ISP的區(qū)別

摘要:華容第二次與軟件部門合作,在項目《基于網(wǎng)絡架構的終端設備在線升級》中負責客戶端程序的編寫,走訪了兩個部門,疑惑一一排除,方案隨之確定下來,接下要做的就是網(wǎng)卡程序的改寫和MCU程序的編寫和調試...

之二十一:RFID讀寫距離不是問題,關鍵是看誰來做!

摘要:華容用很快的速度解決了RFID讀寫問題,那么她是否會得到上級的嘉獎呢?

之二十二:優(yōu)秀不是你的錯,但要適當遮擋”光芒“

摘要:華容很快完成了任務,解決了以前遺留的問題,有著如此突出的表現(xiàn)燕飛卻認為這是欲速則不達...

本系列為付麗華老師原創(chuàng)故事《51的江湖》連載,故事中有職場,故事中還有技術,最真實的項目案例與大家一起探討。每周一期,更多內容請查看:

《51的江湖》:以小說體的形式講解技術

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電子產(chǎn)業(yè)圖譜

1996畢業(yè)于華東理工大學自控系,同年7月進入某大型國企擔任電氣員。2000年轉行從事硬件研發(fā)相關工作;后從事RFID相關產(chǎn)品的研發(fā)、設計,曾參與中國自動識別協(xié)會RFID行業(yè)標準的起草;歷任硬件工程師、主管設計師、項目經(jīng)理、部門經(jīng)理;2012年至今,就職于沈陽工學院,擔任電子信息工程專業(yè)教師,研究方向:自動識別技術。已經(jīng)出版教材《自動識別技術概論》,職場故事《51的蛻變 》。