畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）頻率可調(diào)的多協(xié)議rfid讀寫器設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</b></p><p>　　題目名稱：頻率可調(diào)的多協(xié)議RFID讀寫器設(shè)計(jì)</p><p>　　學(xué)院名稱：電子信息學(xué)院</p><p>　　班 級(jí)：測(cè)控技術(shù)與儀器092班</p><p>　　學(xué) 號(hào)：200900454201</p><p>

2、;　　學(xué)生姓名： </p><p><b>　　指導(dǎo)教師： </b></p><p><b>　　2013年06月</b></p><p>　　頻率可調(diào)的多協(xié)議RFID</p><p><b>　　讀寫器設(shè)計(jì)</b></p><p>　　

3、The multi-protocol RFID of adjustable</p><p>　　frequency reader design </p><p>　　學(xué)院名稱：電子信息學(xué)院</p><p>　　班 級(jí)：測(cè)控技術(shù)與儀器092班</p><p>　　學(xué) 號(hào)：200900454201</p>&

4、lt;p>　　學(xué)生姓名： </p><p><b>　　指導(dǎo)教師： </b></p><p><b>　　2013年06月</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)是一種用射頻通信實(shí)現(xiàn)對(duì)待識(shí)別物品進(jìn)行無(wú)

5、接觸自動(dòng)識(shí)別的技術(shù)。該技術(shù)自19世紀(jì)末以來(lái)，受到國(guó)內(nèi)外的普遍關(guān)注，發(fā)展速度很快，現(xiàn)已成為物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)之一，具有廣闊的應(yīng)用前景。</p><p>　　隨著RFID技術(shù)應(yīng)用的日益普及，產(chǎn)品種類日益豐富。各種RFID標(biāo)簽工作頻段不盡相同，采用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也不一致。而傳統(tǒng)RFID讀寫器工作頻帶很窄且至多含兩種通信協(xié)議，造成對(duì)標(biāo)簽讀取的不便。</p><p>　　本課題研究的讀寫器可以多頻段兼容、多

6、制式兼容，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同頻段、不同協(xié)議的電子標(biāo)簽兼容讀寫，這正是目前RFID系統(tǒng)應(yīng)用的需要。</p><p>　　本文分析了RFID讀寫器系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)和工作原理，提出了對(duì)讀寫器工作頻率的可調(diào)和讀寫器通信協(xié)議的多樣化這兩個(gè)問(wèn)題的解決方案。在系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中，微控制器采用了ST公司的STM32F103VET6芯片，以TI公司低成本但配置靈活的CC1101作為射頻收發(fā)轉(zhuǎn)換模塊。設(shè)計(jì)了工作中心頻率可調(diào)的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)調(diào)節(jié)

7、可變電容和電感，實(shí)現(xiàn)匹配網(wǎng)絡(luò)與標(biāo)簽有相同的工作頻率。在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中，對(duì)讀寫器協(xié)議的多樣性進(jìn)行了分析。通過(guò)研究RFID系統(tǒng)常用碼制的編碼規(guī)則和數(shù)據(jù)的格式編排，給出了程序?qū)崿F(xiàn)編解碼和安排數(shù)據(jù)格式的方法。通過(guò)配置CC1101的寄存器，可設(shè)置CC1101的工作頻率、通信速率和調(diào)制解調(diào)方式等。從而在軟件上實(shí)現(xiàn)了讀寫器支持多種通信協(xié)議的功能，并對(duì)RFID讀寫器的發(fā)展起到一定的推動(dòng)作用。</p><p>　　關(guān)鍵字：射頻識(shí)別

8、；讀寫器；通信協(xié)議；頻率可調(diào)</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Radio Frequency Identification (RFID) technology has the feature to using radio frequency communication method to identify something

9、automatically without touch-ing it. Since the late nineteenth century, this technology attracts universal attention from our country to abroad. Itdevelops rapidly and becomes one of the key technologies of IOT (the inter

10、net of thing). It has wide application prospects.</p><p>　　With the increasing popularity of RFID technology application, the RFID Products are become increasingly abundant. The different kinds of RFID tags

11、have the different frequency hands and distinct protocol standards. Traditional RFID reader has a narrow frequency band, and contains at most two kinds of communication protocol. Those are the causes of difficulties in r

12、eading RFID tags. </p><p>　　This paper researches the reader thatcan be multi-band compatible, multi-system compatible, compatible electronic label different bands, different protocols to read and write .Thi

13、s is the current RFID system application needs. </p><p>　　This paper analyzes the structure and working principle of the RFID reader system, the proposed solutions to these two questions on the diversificati

14、on of the operating frequency of the reader the adjustable and reader communication protocol. In the system hardware designing, microcontroller ST companies STM32F103VET6 chip, TI's low-cost but flexible configuratio

15、n CC1101 RF transceiver conversion module. Designing work center frequency tunable impedance matching network, the matching network and</p><p>　　KEY WORDS：RFID；reader；communication protocol；frequency adjusta

16、ble</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　目錄I</b></p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1課題的研究背景1</p><p>　　1.1.1物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)簡(jiǎn)介1</

17、p><p>　　1.1.2 RFID物聯(lián)網(wǎng)一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)1</p><p>　　1.1.3多協(xié)議2</p><p>　　1.1.4采用的解決方案和意義3</p><p>　　1.2國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)及現(xiàn)狀4</p><p>　　1.3課題研究的目的及意義6</p><p>　　1.4 論文的主要

18、工作和章節(jié)安排7</p><p>　　1.5 本章小結(jié)8</p><p>　　第2章 RFID系統(tǒng)的組成與原理9</p><p><b>　　2.1引言9</b></p><p>　　2.2 RFID系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)9</p><p>　　2.2.1系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)9</p>

19、<p>　　2.2.2電子標(biāo)簽的結(jié)構(gòu)10</p><p>　　2.2.3讀寫器的結(jié)構(gòu)11</p><p>　　2.3 RFID系統(tǒng)的工作原理13</p><p>　　2.3.1無(wú)線通信知識(shí)介紹13</p><p>　　2.3.2 RFID系統(tǒng)的通信過(guò)程14</p><p>　　2.3.3通信協(xié)議標(biāo)

20、準(zhǔn)介紹15</p><p>　　2.4本章小結(jié)16</p><p>　　第3章 RFID系統(tǒng)方案論證17</p><p><b>　　3.1引言17</b></p><p>　　3.2 RFID系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案一17</p><p>　　3.2.1主控模塊設(shè)計(jì)17</p>&

21、lt;p>　　3.2.2接口電路設(shè)計(jì)18</p><p>　　3.2.3 RFID讀寫器設(shè)計(jì)18</p><p>　　3.2.4多協(xié)議模式分析18</p><p>　　3.3 RFID系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案二19</p><p>　　3.4本章小結(jié)21</p><p>　　第4章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)22</

22、p><p><b>　　4.1引言22</b></p><p>　　4.2控制處理部分電路設(shè)計(jì)22</p><p>　　4.2.1電源與時(shí)鐘復(fù)位電路23</p><p>　　4.2.2 RS-232串行接口與JTAG接口電路24</p><p>　　4.2.3溫度檢測(cè)電路25</p&g

23、t;<p>　　4.2.4液晶顯示模塊25</p><p>　　4.2.5 Wi-Fi模塊26</p><p>　　4.3射頻模塊設(shè)計(jì)27</p><p>　　4.3.1 CC1101外圍電路連接27</p><p>　　4.3.2匹配電路設(shè)計(jì)28</p><p>　　4.4本章小結(jié)31<

24、;/p><p>　　第5章 射頻模塊仿真與PCB設(shè)計(jì)32</p><p><b>　　5.1引言32</b></p><p>　　5.2匹配電路中參數(shù)的確定與仿真32</p><p>　　5.2.1阻抗匹配問(wèn)題的解決32</p><p>　　5.2.2 MATLAB對(duì)中心頻率的仿真33<

25、;/p><p>　　5.2.3 Multism對(duì)輸入輸出信號(hào)的仿真36</p><p>　　5.3射頻收發(fā)模塊PCB設(shè)計(jì)39</p><p>　　5.4本章小結(jié)40</p><p>　　第6章 電子標(biāo)簽天線設(shè)計(jì)41</p><p><b>　　6.1引言41</b></p>&

26、lt;p>　　6.2天線基本理論41</p><p>　　6.3 RFID標(biāo)簽中常用的天線42</p><p>　　6.3.1 RFID標(biāo)簽中3種常用天線介紹42</p><p>　　6.3.2偶極子天線的介紹43</p><p>　　6.4本課題對(duì)天線的設(shè)計(jì)44</p><p>　　6.5本章小結(jié)4

27、8</p><p>　　第7章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)49</p><p><b>　　7.1引言49</b></p><p>　　7.2數(shù)據(jù)的編解碼與格式編排49</p><p>　　7.2.1數(shù)據(jù)的編解碼49</p><p>　　7.2.2數(shù)據(jù)的格式編排52</p><p&

28、gt;　　7.3串口通信程序設(shè)計(jì)54</p><p>　　7.4讀寫器程序流程56</p><p>　　7.5防碰撞算法分析57</p><p>　　7.6本章小結(jié)58</p><p>　　第8章 全文總結(jié)與展望59</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)60</b></p>

29、<p><b>　　致謝62</b></p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)小結(jié)63</b></p><p><b>　　附錄一66</b></p><p><b>　　附錄二68</b></p><p><b>　　緒論&l

30、t;/b></p><p><b>　　課題的研究背景</b></p><p>　　隨著現(xiàn)代信息技術(shù)和超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，RFID技術(shù)在服務(wù)領(lǐng)域、貨物銷售與后勤分配、商業(yè)部門、生產(chǎn)企業(yè)和材料流通領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。</p><p><b>　　物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)簡(jiǎn)介</b></p><p>

31、;　　物聯(lián)網(wǎng)是在計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，利用射頻識(shí)別、無(wú)線數(shù)據(jù)通信、計(jì)算機(jī)等技術(shù)，構(gòu)造一個(gè)覆蓋世界上萬(wàn)事萬(wàn)物的實(shí)物互聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)每個(gè)產(chǎn)品都有一個(gè)唯一的產(chǎn)品電子碼，叫做EPC, 通常EPC碼被存入硅芯片做成的電子標(biāo)簽內(nèi)，附在被標(biāo)識(shí)產(chǎn)品上，被高層的信息處理軟件識(shí)別、傳遞、查詢，進(jìn)而在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上形成專為供應(yīng)鏈企業(yè)服務(wù)的各種信息服務(wù)，就是物聯(lián)網(wǎng)。</p><p>　　作為條形碼的無(wú)線版本，RFID技術(shù)具有條形碼所不具

32、備很多優(yōu)點(diǎn)。特別是電子標(biāo)簽與產(chǎn)品電子編碼EPC、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合，孕育出被稱為下一代互聯(lián)網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)。</p><p>　　物聯(lián)網(wǎng)與其說(shuō)是網(wǎng)絡(luò)，不如說(shuō)是應(yīng)用。對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的定義、內(nèi)涵及特征的梳理讓我們認(rèn)識(shí)到，物聯(lián)網(wǎng)是一整套立體的、豐富的、適應(yīng)性很強(qiáng)的概念體系。在推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的時(shí)候，需要依據(jù)不同時(shí)期不同的出發(fā)點(diǎn)，規(guī)劃一條既符合科技創(chuàng)新規(guī)律，又適應(yīng)我國(guó)工業(yè)、信息通信業(yè)等當(dāng)前發(fā)展水平和一個(gè)時(shí)期的發(fā)展?jié)摿Γ⒂欣谠诩ち业膰?guó)

33、際競(jìng)爭(zhēng)中快速建立起競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的發(fā)展道路，以便更好地滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的總體需求。</p><p>　　RFID物聯(lián)網(wǎng)一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)</p><p>　　RFID技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的基礎(chǔ)，RFID產(chǎn)品大量應(yīng)用在物聯(lián)網(wǎng)之中，越演越烈的物聯(lián)網(wǎng)及其推廣，是建立在EFID技術(shù)的大量應(yīng)用與RFID產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展的基礎(chǔ)之上。</p><p>　　物聯(lián)網(wǎng)要實(shí)現(xiàn)物與物之間的感知、識(shí)別、

34、通信等功能需要有大量先進(jìn)技術(shù)的支持。目前物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵性的技術(shù)包括：感知事物的傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，聯(lián)系事物的組網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，判別事物位置的全球定位系統(tǒng)，思考事物的智能技術(shù)，認(rèn)識(shí)事物的射頻識(shí)別技術(shù)RFID 以及提高事物性能的新材料技術(shù)。</p><p>　　射頻識(shí)別是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)別過(guò)程無(wú)須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體并可同時(shí)

35、識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽，操作快捷方便。RFID技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)、通訊等技術(shù)相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)全球范圍內(nèi)物品跟蹤與信息共享。</p><p>　　通信行業(yè)，在“ 2009年中國(guó)國(guó)際信息通信展覽會(huì)”上，中國(guó)移動(dòng)展出了手機(jī)支付，這就是典型的物聯(lián)網(wǎng)概念應(yīng)用。手機(jī)支付實(shí)際上主要是手機(jī)SIM卡的更換，由普通SIM卡更換為RFID- SIM卡，而不需要對(duì)手機(jī)進(jìn)行更換。</p><p>　　隨著物聯(lián)網(wǎng)的推廣，作為其基礎(chǔ)的R

36、FID產(chǎn)業(yè)也將迎來(lái)新一輪的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。就目前的產(chǎn)業(yè)形勢(shì)來(lái)看，RFID的相關(guān)市場(chǎng)將進(jìn)一步擴(kuò)大，其需求也將更加廣泛，越來(lái)越多的傳統(tǒng)行業(yè)將對(duì)RFID產(chǎn)品產(chǎn)生需求，如傳統(tǒng)的物流、食品、印刷、服裝等行業(yè)，將是RFID產(chǎn)品的潛在用戶群。這些傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)目前還在使用的標(biāo)簽多為紙質(zhì)標(biāo)簽，以條碼來(lái)標(biāo)注產(chǎn)品，而RFID技術(shù)的發(fā)展，給它們提供了新的選擇，那就是RFID標(biāo)簽。</p><p><b>　　多協(xié)議</b>

37、;</p><p>　　多協(xié)議標(biāo)簽交換（MPLS）是一種用于快速數(shù)據(jù)包交換和路由的體系，它為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量提供了目標(biāo)、路由、轉(zhuǎn)發(fā)和交換等功能。特殊的是，它具有管理各種不同形式通信流的機(jī)制。MPLS 獨(dú)立于第二和第三層協(xié)議，諸如ATM 和IP。它提供了一種方式，將 IP地址映射為簡(jiǎn)單的具有固定長(zhǎng)度的標(biāo)簽，用于不同的包轉(zhuǎn)發(fā)和包交換技術(shù)。它是現(xiàn)有路由和交換協(xié)議的接口，如IP、ATM、幀中繼、資源預(yù)留協(xié)議（RSVP）、開(kāi)放

38、最短路徑優(yōu)先（OSPF）等等。</p><p>　　在MPLS 中，數(shù)據(jù)傳輸發(fā)生在標(biāo)簽交換路徑（LSP）上。LSP 是每一個(gè)沿著從源端到終端的路徑上的結(jié)點(diǎn)的標(biāo)簽序列。現(xiàn)今使用著一些標(biāo)簽分發(fā)協(xié)議，如標(biāo)簽分發(fā)協(xié)議（LDP）、RSVP 或者建于路由協(xié)議之上的一些協(xié)議，如邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議（BGP）及OSPF。因?yàn)楣潭ㄩL(zhǎng)度標(biāo)簽被插入每一個(gè)包或信元的開(kāi)始處，并且可被硬件用來(lái)在兩個(gè)鏈接間快速交換包，所以使數(shù)據(jù)的快速交換成為可能。&

39、lt;/p><p>　　MPLS 主要設(shè)計(jì)來(lái)解決網(wǎng)路問(wèn)題，如網(wǎng)路速度、可擴(kuò)展性、服務(wù)質(zhì)量（QoS）管理以及流量工程，同時(shí)也為下一代IP中樞網(wǎng)絡(luò)解決寬帶管理及服務(wù)請(qǐng)求等問(wèn)題。</p><p>　　在這部分，我們主要關(guān)注通用MPLS 框架。有關(guān)LDP、CR-LDP 和RSVP-TE 的具體內(nèi)容可以參考個(gè)別文件。</p><p>　　多協(xié)議標(biāo)簽交換MPLS最初是為了提高轉(zhuǎn)發(fā)速

40、度而提出的。與傳統(tǒng)IP路由方式相比，它在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，只在網(wǎng)絡(luò)邊緣分析IP報(bào)文頭，而不用在每一跳都分析IP報(bào)文頭，從而節(jié)約了處理時(shí)間。</p><p>　　MPLS起源于IPv4（Internet Protocol version 4），其核心技術(shù)可擴(kuò)展到多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，包括IPX（Internet Packet Exchange）、Appletalk、DECnet、CLNP（Connectionless Netwo

41、rk Protocol）等?！癕PLS”中的“Multiprotocol”指的就是支持多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。</p><p>　　采用的解決方案和意義</p><p>　　射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)是一種通過(guò)無(wú)線電訊號(hào)來(lái)識(shí)別并讀寫特定目標(biāo)中信息的通信技術(shù)[]。RFID識(shí)別過(guò)程無(wú)需通信雙方的直接接觸，能工作在多種惡劣環(huán)境中，而且該技術(shù)能夠識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體并同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽，操作方便快捷。電子標(biāo)簽存儲(chǔ)量

42、大，存儲(chǔ)目標(biāo)信息全面。目前RFID系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于物流、零售、醫(yī)療、身份識(shí)別、軍事等方面。</p><p>　　RFID技術(shù)與目前廣泛使用的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)如條碼、磁卡、IC卡等相比，它有著很多突出的優(yōu)點(diǎn)。RFID技術(shù)是無(wú)線通訊技術(shù)，標(biāo)簽和讀寫器之間實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸通信，支持長(zhǎng)距離識(shí)別；由于該技術(shù)避免了接觸，無(wú)機(jī)械磨損，所以工作壽命長(zhǎng)，不受油漬、灰塵污染等各種惡劣工作環(huán)境的限制；RFID讀寫器可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)的物體，其內(nèi)部防

43、沖突算法的使用使得讀寫器可以同時(shí)識(shí)別多個(gè)電子標(biāo)簽；讀寫器具有不直接對(duì)最終用戶開(kāi)放的物理接口，保證其自身的安全性；電子標(biāo)簽的密碼保護(hù)及加密算法的引入保證了通信的安全性；電子標(biāo)簽存儲(chǔ)量大，所含信息全面，應(yīng)用領(lǐng)域廣。</p><p>　　正是由于RFID技術(shù)的這些獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，RFID技術(shù)自20世紀(jì)90年代開(kāi)始興起以來(lái)，就得到了廣泛關(guān)注。它逐漸地被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、商業(yè)自動(dòng)化和交通運(yùn)輸控制管理等領(lǐng)域[]?，F(xiàn)在越來(lái)越多的

44、國(guó)家和企業(yè)在該技術(shù)的研究和應(yīng)用上投入了大量財(cái)力和物力，來(lái)推動(dòng)RFID技術(shù)的發(fā)展。</p><p>　　但是，在RFID標(biāo)簽的推廣應(yīng)用中，這些潛在的用戶群將對(duì)RFID標(biāo)簽提出新的要求：一是RFID相關(guān)產(chǎn)品應(yīng)用環(huán)境的復(fù)雜化，我們需要可靠性與穩(wěn)定性，同時(shí)還需要能高速讀取標(biāo)簽產(chǎn)品；二是標(biāo)簽產(chǎn)品的低廉化要求，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)中如果采用RFID標(biāo)簽，其需求量將是驚人的，而目前RFID標(biāo)簽的成本還不能如此廣泛的應(yīng)用。</p>

45、;<p>　　目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上，RFID的標(biāo)簽生產(chǎn)設(shè)備主要來(lái)自進(jìn)口，尤其以900M以上的標(biāo)簽來(lái)說(shuō)，幾乎完全靠進(jìn)口。德國(guó)、韓國(guó)、臺(tái)灣等國(guó)家地區(qū)的產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)的標(biāo)簽生產(chǎn)設(shè)備中占據(jù)了主流市場(chǎng)，幾乎90%的設(shè)備均來(lái)自進(jìn)口，幾乎所有的標(biāo)簽生產(chǎn)商均將國(guó)外引進(jìn)的設(shè)備作為其產(chǎn)品的招牌與質(zhì)量保證，這一形勢(shì)對(duì)于一個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展來(lái)說(shuō)是相當(dāng)不利的。同時(shí)，作為RFID標(biāo)簽的核心，其內(nèi)部的芯片目前在國(guó)內(nèi)能夠有能力生產(chǎn)的企業(yè)也是寥寥可數(shù)，其生產(chǎn)規(guī)模尚不能滿足

46、日益擴(kuò)大的市場(chǎng)需求。</p><p>　　要解決標(biāo)簽的成本問(wèn)題，我們主要能從兩個(gè)方面努力：一是自主開(kāi)發(fā)RFID標(biāo)簽芯片，降低核心芯片的成本。二是自主研發(fā)標(biāo)簽生產(chǎn)設(shè)備，降低標(biāo)簽生產(chǎn)的成本。</p><p>　　從標(biāo)簽的成本問(wèn)題考慮，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。</p><p>　　國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)及現(xiàn)狀</p><p>　　RFID技術(shù)最早出現(xiàn)在第二次世

47、界大戰(zhàn)期間，被美軍運(yùn)用到戰(zhàn)爭(zhēng)中識(shí)別自己和盟軍的飛機(jī)。那時(shí)德國(guó)，日本、美國(guó)和英國(guó)都在采用一項(xiàng)于1922年發(fā)明的新技術(shù)——雷達(dá)，用以預(yù)警正在接近的飛行目標(biāo)。雷達(dá)的致命弱點(diǎn)是無(wú)法分辨敵我雙方的飛機(jī)。德國(guó)人發(fā)現(xiàn)當(dāng)他們?cè)诜祷鼗氐臅r(shí)候如果拉起飛機(jī)將會(huì)改變雷達(dá)反射回的信號(hào)形狀，從而與敵軍進(jìn)攻的飛機(jī)加以區(qū)別。這種簡(jiǎn)單拙劣的方法可被認(rèn)為是最早的被動(dòng)式RFID系統(tǒng)。與此同時(shí)，英國(guó)展開(kāi)了一項(xiàng)秘密項(xiàng)目，開(kāi)發(fā)出能夠識(shí)別敵我雙方飛機(jī)的敵我識(shí)別器(IFF)。敵我識(shí)

48、別器被安裝在英國(guó)飛機(jī)上，當(dāng)接收到雷達(dá)信號(hào)以后，敵我識(shí)別器會(huì)主動(dòng)廣播某個(gè)特定信號(hào)返回給雷達(dá)從而區(qū)分?jǐn)澄译p方的飛機(jī)。這種方法可以被看作是最早的主動(dòng)RFID系統(tǒng)，之后也成為現(xiàn)代空中交通管制的重要工具。IFF技術(shù)可以看作是RFID技術(shù)的萌芽，其系統(tǒng)組件昂貴而龐大，只能優(yōu)先應(yīng)用在軍事和實(shí)驗(yàn)室等領(lǐng)域。</p><p>　　自19世紀(jì)40年代開(kāi)始，雷達(dá)的改進(jìn)和應(yīng)用催生了RFID技術(shù)，從本質(zhì)上講，RFID繼承了雷達(dá)的概念[]，并

49、在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)。隨著大規(guī)模集成電路、可編程存儲(chǔ)器、微處理器以及軟件技術(shù)和編程語(yǔ)言的發(fā)展，RFID技術(shù)才開(kāi)始逐漸推廣和部署在民用領(lǐng)域。</p><p>　　20世紀(jì)60年代，人類對(duì)RFID的探索才正式拉開(kāi)了序幕。1964年，RF．Harrington開(kāi)始研究和RFID相關(guān)的電磁理論并于1964年發(fā)表了“Theory of Loaded Scatters”。此時(shí)商業(yè)應(yīng)用也逐漸出現(xiàn)，如Sensormatic、Che

50、ckpoint Systems，Knogo等公司開(kāi)發(fā)出用于電子物品監(jiān)控EAS(Electronic Artide Surveillance)的應(yīng)用。這種早期的商業(yè)應(yīng)用被稱之為1-比特標(biāo)簽系統(tǒng)，因?yàn)樗荒軝z測(cè)被標(biāo)識(shí)的目標(biāo)是否存在，從而防止物體被偷竊。標(biāo)簽不能攜帶更大的存儲(chǔ)容量，當(dāng)有多個(gè)物體存在時(shí)，甚至無(wú)法區(qū)分出被標(biāo)識(shí)物體的差別。</p><p>　　20世紀(jì)70年代，學(xué)者、公司和政府等都開(kāi)始認(rèn)識(shí)到RFID的巨大潛力

51、，并進(jìn)行積極研究。其中最早也最重要的研究成果是由Los Alaimos科學(xué)實(shí)驗(yàn)室Koelle、Steven和Freymal2于1975年發(fā)表的“Short Rallge Radio Telemetry for Electronic Identfficatio Using Modulated Backscatter”。他們成功開(kāi)發(fā)出了能夠適用于特殊環(huán)境下傳輸距離可達(dá)5米的被動(dòng)標(biāo)簽原型。</p><p>　　20世紀(jì)

52、80年代，更加完善的RFlD應(yīng)用開(kāi)始涌現(xiàn)。世界各個(gè)國(guó)家對(duì)RFID的應(yīng)用興趣不盡相同，在美國(guó)RFID技術(shù)主要應(yīng)用于傳輸業(yè)和訪問(wèn)控制，在歐洲則是將短距離通信的RFID技術(shù)應(yīng)用于動(dòng)物監(jiān)控。</p><p>　　20世紀(jì)90年代是RFID發(fā)展史上最為重要的十年，在這期間電子收費(fèi)系統(tǒng)在美國(guó)開(kāi)始大量部署，在北美約共有3億個(gè)RFID標(biāo)簽被安裝在汽車尾部。1991年，世界第一個(gè)高速公路停車收費(fèi)系統(tǒng)在美國(guó)俄克拉荷馬州(Oklaho

53、ma)開(kāi)始投入使用。1992年，世界第一個(gè)電子收費(fèi)系統(tǒng)和交通管理系統(tǒng)的集成系統(tǒng)在美國(guó)休斯頓安裝并使用。多個(gè)地區(qū)和公司開(kāi)始注意到系統(tǒng)之間的互操作性，即運(yùn)行頻率和通信協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題。只有提供了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，RFID才能在更廣泛的領(lǐng)域得到應(yīng)用。例如，當(dāng)時(shí)E—z Pass系統(tǒng)能夠兼容美國(guó)七大地區(qū)的電子收費(fèi)系統(tǒng)，通過(guò)這套系統(tǒng)，附帶同一個(gè)標(biāo)簽的汽車在七大地區(qū)均可使用。</p><p>　　21世紀(jì)初，零售巨頭(如沃爾瑪)及一

54、些政府機(jī)構(gòu)(如美國(guó)國(guó)防部)都開(kāi)始推進(jìn)RFID應(yīng)用，并要求他們的供應(yīng)商也采用此項(xiàng)技術(shù)。同時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)化的紛爭(zhēng)催生了多個(gè)全球性的RFID標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)聯(lián)盟，主要有EPCglobal、AIM Global、Is0／IEc、UID、IP-X等。這些組織試圖在標(biāo)簽頻率數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、傳輸和接口協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)和管理、行業(yè)應(yīng)用等方面獲得統(tǒng)一平臺(tái)。</p><p>　　RFID被譽(yù)為21世紀(jì)十大重要技術(shù)之一，世界各國(guó)都在大力發(fā)展[]。<

55、/p><p>　　全球最大的零售商沃爾瑪通過(guò)一項(xiàng)決議，要求其前100家供應(yīng)商在2005年1月之前向其配送中心發(fā)送貨盤和包裝箱時(shí)使用RFID技術(shù)，小供應(yīng)商也得在2006年底趕上RFID的末班車。通過(guò)采用RFID，沃爾瑪預(yù)計(jì)每年可以節(jié)約83.5億美元。歐洲最大的超市麥德龍也跟著宣布了類似的計(jì)劃，他們?cè)?006年初已經(jīng)在德國(guó)最大的配送中心完成RFID閱讀器和標(biāo)簽的安裝工作。</p><p>　　除此

56、之外，美國(guó)的軍品管理、中國(guó)的二代身份證、中國(guó)的火車機(jī)車管理系統(tǒng)、日本的手機(jī)支付與近場(chǎng)通信等都是業(yè)界比較成功的大規(guī)模應(yīng)用案例。中國(guó)已經(jīng)將RFID技術(shù)應(yīng)用于鐵路車號(hào)識(shí)別、身份證和票證管理，動(dòng)物標(biāo)識(shí)、特種設(shè)備與危險(xiǎn)品管理、公共交通以及生產(chǎn)過(guò)程管理等多個(gè)領(lǐng)域，并且正在嘗試應(yīng)用于圖書館、血液管理等新的領(lǐng)域。</p><p>　　我國(guó)的RFID產(chǎn)業(yè)起步較晚，但發(fā)展很快，對(duì)低頻、高頻與微波電子標(biāo)簽與讀寫器的開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)基

57、本成熟。目前，我國(guó)RFID標(biāo)簽與讀寫器的設(shè)計(jì)和制造企業(yè)有數(shù)十家，RFID系統(tǒng)集成與應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)企業(yè)有上千家，北京、上海、廣東三個(gè)地區(qū)已成為我國(guó)RFID發(fā)展的龍頭和主導(dǎo)力量。但我國(guó)在超高頻RFID領(lǐng)域正處于研究階段，技術(shù)相對(duì)欠缺。主要因?yàn)槌哳lRFID技術(shù)門檻高，在國(guó)內(nèi)發(fā)展起步較晚，還需要繼續(xù)探索。RFID作為一項(xiàng)迅速發(fā)展的信息技術(shù)，將廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域，在我國(guó)具有廣闊的應(yīng)用前景。</p><p&g

58、t;　　RFID技術(shù)在國(guó)外的發(fā)展比我國(guó)早，且發(fā)展速度更快。尤其是在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)，目前均有較為成熟且先進(jìn)的RFID系統(tǒng)。UHF頻段的RFID系統(tǒng)在北美發(fā)展較好；在歐洲RFID的應(yīng)用主要在有源2．45GHz系統(tǒng)；5．8GHz的RFID系統(tǒng)在日本和歐洲均較為成熟。</p><p>　　隨著RFID的發(fā)展更為迅速，標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題日益引起人們的關(guān)注。各國(guó)及相關(guān)組織都在推進(jìn)RFID技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定，形成了一系列標(biāo)準(zhǔn)草案，如

59、ISO基于物品管理的18000系列標(biāo)準(zhǔn)草案。美國(guó)在RFID標(biāo)準(zhǔn)的建立、相關(guān)軟硬件技術(shù)的開(kāi)發(fā)以及應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)走在了世界的前列。歐洲追隨美國(guó)主導(dǎo)的EPC全球化標(biāo)準(zhǔn)。日本雖然已經(jīng)提出UID標(biāo)準(zhǔn)，但主要得到的是本國(guó)廠商的支持，要成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)還需要進(jìn)一步的努力[]。</p><p>　　課題研究的目的及意義</p><p>　　射頻識(shí)別(Radio Frequency Identification，

60、RFID)技術(shù)是一種通過(guò)無(wú)線電信號(hào)來(lái)識(shí)別并讀取特定目標(biāo)信息的通信技術(shù)。射頻識(shí)別系統(tǒng)主要包括3部分：標(biāo)簽、讀寫器、天線。讀寫器與標(biāo)簽之間通過(guò)天線傳輸射頻信號(hào)。RFID作為物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)之一，已成為市場(chǎng)關(guān)注的焦點(diǎn)，行業(yè)發(fā)展前景十分廣闊。按照標(biāo)簽內(nèi)部是否帶電源，可分為有源標(biāo)簽和無(wú)源標(biāo)簽；按照標(biāo)簽的工作頻段，可分為低頻標(biāo)簽、高頻標(biāo)簽、超高頻標(biāo)簽和微波標(biāo)簽。</p><p>　　隨著RFID技術(shù)的逐漸成熟，國(guó)際上制定了

61、一些通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了讀寫器與標(biāo)簽通信的物理介質(zhì)、通信速率、編碼方式、調(diào)制方式等。目前經(jīng)常使用ISO 14443系列、ISO15693系列和ISO 18000系列等標(biāo)準(zhǔn)。    如今RFID技術(shù)發(fā)展成熟，應(yīng)用廣泛，標(biāo)簽的種類繁多。但目前市面上RFID讀寫器的通信頻率固定，且一般只滿足某一種或者兩種ISO協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。頻率相同且遵循的通信協(xié)議相同，是標(biāo)簽和讀寫器能正常通信的必要條件。對(duì)于工作在某種頻段

62、并符合某種通信協(xié)議的標(biāo)簽，只能選用滿足這種頻率和這種通信協(xié)議的讀寫器才能讀取。目前，市場(chǎng)上那些頻段固定、通信協(xié)議單一的射頻讀寫器已經(jīng)不能滿足實(shí)際生產(chǎn)的需求了。</p><p>　　RFID作為物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)之一，已成為市場(chǎng)關(guān)注的焦點(diǎn)，行業(yè)發(fā)展前景也十分廣闊，有很大的市場(chǎng)潛力。RFID技術(shù)在我國(guó)才剛起步，就應(yīng)用在身份識(shí)別、物流管理等很多領(lǐng)域，RFID系統(tǒng)工作時(shí)傳輸速率高且識(shí)別距離相對(duì)于傳統(tǒng)識(shí)別技術(shù)可以比較遠(yuǎn)，它

63、有廣泛的應(yīng)用范圍。</p><p>　　RFID有突出的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)、較好的市場(chǎng)前景及廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域[]。但隨著RFID產(chǎn)品種類更加豐富，規(guī)模應(yīng)用行業(yè)擴(kuò)大，產(chǎn)品所符合的標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題也日益顯露出來(lái)。到現(xiàn)在為止還沒(méi)有正式的RFID產(chǎn)品達(dá)到國(guó)際化標(biāo)準(zhǔn)，各廠家推出的RFID產(chǎn)品互不兼容，造成了RFID產(chǎn)品在不同市場(chǎng)和應(yīng)用上的混亂和孤立，這勢(shì)必對(duì)未來(lái)的RFID產(chǎn)品互通和發(fā)展造成障礙。</p><p>　　標(biāo)

64、簽與讀寫器要能正確通信，必須滿足兩個(gè)必要條件。第一，標(biāo)簽與讀寫器的無(wú)線電磁波頻率必須相同，這也是它們的工作頻率。第二，標(biāo)簽與讀寫器內(nèi)部的通信協(xié)議要相同。目前市面上的RFID讀寫器的通信頻率固定，且一般只滿足某一種或者至多不超過(guò)兩種協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)[][]。這樣每種頻率的標(biāo)簽只能挑選滿足其頻率的讀寫器讀取，且根據(jù)標(biāo)簽符合的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)不同，需要更換協(xié)議符合該標(biāo)準(zhǔn)的讀寫器才能進(jìn)行讀取。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中的RFID讀寫

65、器可根據(jù)待讀取標(biāo)簽的頻率及協(xié)議，調(diào)節(jié)自身的參數(shù)信息，以實(shí)現(xiàn)適應(yīng)多種標(biāo)簽的讀取。這種設(shè)計(jì)可以減少RFID讀寫器的種類，提高讀寫器的利用率，同時(shí)也給使用者提供極大的方便。</p><p>　　隨著RFID應(yīng)用的日益普及，讀寫器的結(jié)構(gòu)和性能不斷更新，價(jià)格也不斷降低。從技術(shù)角度來(lái)說(shuō)，讀寫器應(yīng)該會(huì)朝著兼容性越來(lái)越好的方向發(fā)展。現(xiàn)在射頻識(shí)別的應(yīng)用頻段較多，采用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也不一致，因此希望讀寫器可以多頻段兼容、多制式兼容，實(shí)現(xiàn)

66、讀寫器對(duì)不同標(biāo)準(zhǔn)的電子標(biāo)簽兼容讀寫，對(duì)不同頻段的電子標(biāo)簽也兼容讀寫。所以本課題的研究方向正和RFID讀寫器的發(fā)展趨勢(shì)相吻合，具有重大意義。</p><p>　　論文的主要工作和章節(jié)安排</p><p>　　針對(duì)目前RFID讀寫器只能讀取單一標(biāo)簽，無(wú)法讀取不同工作頻段或遵循不同通信協(xié)議的標(biāo)簽，本論文提出了一種新型可調(diào)頻率并含多種通信協(xié)議的讀寫器的設(shè)計(jì)方案。為實(shí)現(xiàn)這種適應(yīng)性強(qiáng)的RFID讀寫器，

67、本文主要做了以下工作：</p><p>　?。?）方案論證后，選用工作頻率可調(diào)的CC1101射頻收發(fā)模塊，并設(shè)計(jì)了可變參數(shù)的CC1101外圍匹配網(wǎng)絡(luò)以匹配CC1101的任意工作頻段，實(shí)現(xiàn)了讀寫器工作頻率的可調(diào)。用程序編寫讀寫器符合的各種通信協(xié)議。編程實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的編解碼、CRC校驗(yàn)、幀格式的編排，并用MATLAB給出了程序運(yùn)行的結(jié)果。</p><p>　?。?）繪制了整個(gè)讀寫器系統(tǒng)的電路原理

68、圖，畫出了整個(gè)CC1101射頻收發(fā)模塊的PCB圖。編寫了讀寫器系統(tǒng)總程序。對(duì)讀寫器系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)試。</p><p>　?。?）對(duì)標(biāo)簽的天線進(jìn)行了研究。對(duì)適合RFID標(biāo)簽的偶極子天線和彎折線天線進(jìn)行設(shè)計(jì)與仿真。</p><p>　　本課題以意法半導(dǎo)體公司的STM32F103VET6芯片為控制器，設(shè)計(jì)了讀寫器的控制核心、串口通信、液晶顯示、Wi-Fi等模塊，最關(guān)鍵的是以CC1101設(shè)計(jì)了整個(gè)射

69、頻收發(fā)模塊。論文的章節(jié)安排如下：</p><p>　　第1章為緒論，簡(jiǎn)要介紹RFID技術(shù)及其國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與課題的研究意義。</p><p>　　第2章分析了讀寫器系統(tǒng)組成和通信原理，并對(duì)RFID技術(shù)理論進(jìn)行了詳細(xì)的分析。</p><p>　　第3章RFID系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案論證，經(jīng)過(guò)方案比較，選擇合適的方案二進(jìn)行本課題的設(shè)計(jì)。</p><p>　

70、　第4章為系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)，包括讀寫器控制核心、液晶顯示及射頻電路部分的設(shè)計(jì)。</p><p>　　第5章射頻收發(fā)模塊中匹配電路進(jìn)行了仿真分析，并介紹了使用軟件Protel繪制射頻收發(fā)模塊的PCB圖，給出了完成的PCB圖。</p><p>　　第6章介紹了電子標(biāo)簽天線的設(shè)計(jì)，并給出了天線的仿真結(jié)果。</p><p>　　第7章是系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)中各模塊的軟件設(shè)計(jì)

71、及防碰撞算法分析，并給出數(shù)據(jù)的編解碼及格式編排的程序設(shè)計(jì)。</p><p>　　第8章對(duì)整個(gè)論文做了簡(jiǎn)要的總結(jié)，并指出了設(shè)計(jì)中需要進(jìn)一步改進(jìn)之處，給出對(duì)RFID讀寫器系統(tǒng)的展望。</p><p><b>　　本章小結(jié)</b></p><p>　　本章詳細(xì)介紹了物聯(lián)網(wǎng)、RFID技術(shù)、多協(xié)議等內(nèi)容，以及它們之間的關(guān)鍵性關(guān)聯(lián)；還提出了標(biāo)簽的成本問(wèn)題及

72、解決方法和意義；同時(shí)詳細(xì)闡述了RFID技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展動(dòng)態(tài)和現(xiàn)狀。由此引出了本課題的研究目的及意義，還對(duì)本課題作了詳細(xì)的工作安排和各章節(jié)主要內(nèi)容的介紹。</p><p>　　RFID系統(tǒng)的組成與原理</p><p><b>　　引言</b></p><p>　　射頻識(shí)別技術(shù)是通過(guò)發(fā)射接收射頻信號(hào)來(lái)識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，而無(wú)需識(shí)別系統(tǒng)與特

73、定目標(biāo)建立機(jī)械或者光學(xué)接觸。射頻識(shí)別系統(tǒng)至少包含電子標(biāo)簽和閱讀器兩部分,其中閱讀器和標(biāo)簽之間由天線互相傳遞射頻信號(hào)而進(jìn)行通信。閱讀器將特定無(wú)線電波發(fā)送給標(biāo)簽，標(biāo)簽接受該電波后為自身提供能量再將內(nèi)部信息射頻傳送給讀寫器。</p><p>　　RFID系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)</p><p>　　RFID系統(tǒng)包括一整套的信息技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施，系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備包括讀寫器、天線、電子標(biāo)簽三部分[]。</p

74、><p>　　2.2.1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)</p><p>　　經(jīng)過(guò)數(shù)十年的研究和發(fā)展，射頻識(shí)別系統(tǒng)的總體組成框架已基本確定，如圖2.1所示。</p><p>　　射頻信號(hào)RS232，Wi-Fi等</p><p>　　圖2.1 RFID系統(tǒng)的基本組成</p><p>　　電子標(biāo)簽: 電子標(biāo)簽主要由射頻電路、基帶處理電路、電

75、源模塊以及必要的外圍接口電路組成[]，在應(yīng)用中附著在待識(shí)別的目標(biāo)物品上或由要識(shí)別目標(biāo)攜帶。它內(nèi)部存儲(chǔ)著目標(biāo)物品的各類信息，這些信息可以由讀寫器通過(guò)射頻信號(hào)的無(wú)線傳輸進(jìn)行讀取和寫入。</p><p>　　天線：在標(biāo)簽和讀寫器之間傳遞射頻信號(hào)。</p><p>　　讀寫器：當(dāng)電子標(biāo)簽處于其讀取范圍時(shí)，讀寫器自動(dòng)以無(wú)接觸的方式將電子標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行讀寫操作。它是射頻識(shí)別系統(tǒng)的核心，不同的讀寫

76、器識(shí)別距離、消耗功率、天線增益等都有很大差別，同時(shí)讀寫器還可以通過(guò)通信接口與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊，將電子標(biāo)簽的信息傳遞到計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行存儲(chǔ)或分析。</p><p>　　計(jì)算機(jī)：在整個(gè)RFID系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)主要用來(lái)分析和存儲(chǔ)讀寫器得到的一些信息，并完成相關(guān)的通信功能[]。讀寫器和計(jì)算機(jī)之間一般使用RS232、Wi-Fi等通信接口進(jìn)行雙向通信。計(jì)算機(jī)可以建立數(shù)據(jù)庫(kù)，來(lái)存儲(chǔ)一些大型數(shù)據(jù)信息，以備以后查詢和使用。&l

77、t;/p><p>　　在RFID系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的這四部分中，最關(guān)鍵的是讀寫器、天線、電子標(biāo)簽，這三部分設(shè)備是RFID系統(tǒng)必不可少的。</p><p>　　2.2.2 電子標(biāo)簽的結(jié)構(gòu)</p><p>　　RFID標(biāo)簽的種類很多，可按照標(biāo)簽的供電方式和工作頻段對(duì)其進(jìn)行分類。</p><p>　　依據(jù)供電方式的不同，電子標(biāo)簽可以分為有源電子標(biāo)簽 (Activ

78、e tag)和無(wú)源電子標(biāo)簽 (Passive tag)。有源式標(biāo)簽內(nèi)部供電故通信距離長(zhǎng)，有的可達(dá)百米，不過(guò)會(huì)受到電池壽命的限制，并且價(jià)格高體積大。無(wú)源式標(biāo)簽尺寸可以很小，沒(méi)有內(nèi)置電池壽命的影響，且使用超高頻載波傳輸時(shí)，距離也可以達(dá)到10m。</p><p>　　依據(jù)工作頻段的不同，電子標(biāo)簽可分為低頻標(biāo)簽、高頻標(biāo)簽、超高頻標(biāo)簽和微波標(biāo)簽[]。低頻標(biāo)簽的典型工作頻率為125KHz,低頻標(biāo)簽一般是無(wú)源標(biāo)簽，它工作時(shí)通過(guò)

79、電感耦合的方式從讀寫器耦合線圈輻射場(chǎng)獲得能量，這樣，數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x要求比較短，一般為10cm以內(nèi)。高頻標(biāo)簽的典型頻率為13.56MHz，跟低頻標(biāo)簽一樣，采用電感耦合方式獲取能量，它的閱讀距離要求在1m以內(nèi)。超高頻標(biāo)簽的典型工作頻率有433.92MHz、860-960MHz。超高頻標(biāo)簽可以做成有源式和無(wú)源式，通過(guò)電磁波傳遞能量和交換信息。無(wú)源式超高頻標(biāo)簽采用反射調(diào)制方式向閱讀器傳送信息，通信距離可以達(dá)到10M，有源式的更可以達(dá)到百米級(jí)別。

80、微波標(biāo)簽的典型工作頻率有2.45GHz、5.8GHz，其工作原理和超高頻的一樣，也可以分為有源式和無(wú)源式兩種。微波標(biāo)簽的閱讀距離一般可達(dá)到10m，有源式的甚至達(dá)到百米。低頻具有較強(qiáng)的穿透力，但是在同功率下傳輸?shù)木嚯x短，且頻率低導(dǎo)致可用的頻帶窄，故傳輸速度受到限制，并且低頻易受到干擾。高頻相對(duì)而言具有較遠(yuǎn)的傳輸距離和較大的傳輸速率，且抗干擾能力強(qiáng)。</p><p><b>　　天</b><

81、;/p><p><b>　　線</b></p><p><b>　　標(biāo)簽芯片</b></p><p>　　圖2.2 電子標(biāo)簽的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　電子標(biāo)簽是射頻識(shí)別系統(tǒng)真正的數(shù)據(jù)載體。目前工作頻率在 300M~3GHz 之間且無(wú)外接電源供電的超高頻無(wú)源 RFID 標(biāo)簽，由于其工作頻率高，可讀寫

82、距離長(zhǎng)，無(wú)需外部電源，制造成本低，目前成為了RFID標(biāo)簽研究的重點(diǎn)方向之一[]。超高頻無(wú)源 RFID 標(biāo)簽一般由天線和標(biāo)簽芯片兩部分組成。</p><p>　　如圖2.2所示，標(biāo)簽芯片內(nèi)部主要由電源恢復(fù)電路、電源穩(wěn)壓電路、調(diào)制電路、解調(diào)電路、啟動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路、控制邏輯和存儲(chǔ)器組成。</p><p>　　電源恢復(fù)電路：無(wú)源 RFID 標(biāo)簽芯片自身不帶電源，工作時(shí)所需要的能量完全來(lái)源于讀寫器產(chǎn)

83、生的電磁波的能量。因此，電源恢復(fù)電路將 RFID 標(biāo)簽天線接收到的射頻信號(hào)通過(guò)整流、升壓等方式轉(zhuǎn)換為直流電壓，為芯片工作提供能量。</p><p>　　電源穩(wěn)壓電路：當(dāng)輸入信號(hào)的幅度較高時(shí)，電源穩(wěn)壓電路能保證輸出的直流電源電壓不超過(guò)芯片所能承受的最高電壓；當(dāng)輸入信號(hào)幅度較小時(shí)，電源穩(wěn)壓電路所消耗的功率要盡量的小，以減小標(biāo)簽芯片的功耗。</p><p>　　調(diào)制電路：調(diào)制就是用數(shù)字基帶信號(hào)去

84、控制載波信號(hào)的一些參量的變化，將信息載入載波中形成已調(diào)信號(hào)。無(wú)源 UHF RFID 標(biāo)簽一般采用反向散射的調(diào)制方法，即通過(guò)改變芯片輸入阻抗來(lái)改變芯片與天線間的反射系數(shù)，從而達(dá)到調(diào)制的目的。一般設(shè)計(jì)天線阻抗與芯片輸入阻抗使其在未調(diào)制時(shí)接近功率匹配，而在調(diào)制時(shí)使其反射系數(shù)增加。</p><p>　　解調(diào)電路：解調(diào)電路是調(diào)制電路的反向操作，從已調(diào)制信號(hào)的參量變化中恢復(fù)出原始數(shù)字基帶信號(hào)。</p><

85、p>　　啟動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路：即電源啟動(dòng)復(fù)位信號(hào)產(chǎn)生電路，在 RFID 標(biāo)簽中的作用是在電源恢復(fù)完成后，為數(shù)字電路的啟動(dòng)工作提供復(fù)位信號(hào)。</p><p>　　控制邏輯：RFID 標(biāo)簽的控制單元是處理指令的數(shù)字電路，是芯片的處理中心。</p><p>　　存儲(chǔ)器：用來(lái)存儲(chǔ)電子標(biāo)簽的各種數(shù)據(jù)信息，如唯一識(shí)別符（UID）。讀寫器向電子標(biāo)簽中寫入數(shù)據(jù)和修改數(shù)據(jù)就是對(duì)存儲(chǔ)器的讀取和寫入。<

86、/p><p>　　RFID標(biāo)簽天線可類似于變壓器的線圈，通過(guò)電感耦合原理傳遞信息，傳輸距離比較短；也可利用反向散射原理，如偶極子天線，傳輸距離比較長(zhǎng)。無(wú)源電子標(biāo)簽一般均采用反射調(diào)制方式完成電子標(biāo)簽向閱讀器的信息傳送。</p><p>　　2.2.3 讀寫器的結(jié)構(gòu)</p><p>　　RFID讀寫器相當(dāng)于一個(gè)無(wú)線電收發(fā)信機(jī)，在無(wú)源RFID系統(tǒng)中，讀寫器是通信過(guò)程的發(fā)起者，

87、承擔(dān)著為標(biāo)簽提供能量和引導(dǎo)標(biāo)簽正常工作的任務(wù)。一般讀寫器是針對(duì)電子標(biāo)簽設(shè)計(jì)的，主要功能是查閱電子標(biāo)簽存儲(chǔ)的信息，向電子標(biāo)簽中寫入數(shù)據(jù)，修改電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)信息。</p><p>　　根據(jù)電子標(biāo)簽的不同分類，讀寫器也有相應(yīng)的分類。雖RFID讀寫器種類很多，但每種讀寫器的基本組成一致，包括射頻模塊、控制處理模塊、天線3部分[]。有時(shí)讀寫器的天線是一個(gè)獨(dú)立的部分，不包含在讀寫器中，讀寫器的基本組成如圖2.3所示。<

88、/p><p>　　控制處理模塊射頻模塊</p><p>　　圖2.3 讀寫器的基本組成</p><p>　　射頻模塊有接收通道和發(fā)送通道兩部分，射頻模塊的主要作用是對(duì)射頻信號(hào)進(jìn)行處理。射頻振蕩器可以產(chǎn)生符合RFID系統(tǒng)要求的射頻振蕩頻率，產(chǎn)生讀寫器工作的載波信號(hào)。發(fā)送通道中有調(diào)制電路和功率放大電路，它將發(fā)往電子標(biāo)簽的信號(hào)調(diào)制到讀寫器載頻信號(hào)上去，形成已調(diào)制的發(fā)射信號(hào)，

89、經(jīng)讀寫器天線發(fā)射出去。接收通道含解調(diào)電路，它將電子標(biāo)簽返回到讀寫器的回波信號(hào)解調(diào)，提取出電子標(biāo)簽發(fā)送的信號(hào)，并將電子標(biāo)簽信號(hào)放大。</p><p>　　控制處理模塊包含基帶信號(hào)處理模塊和智能模塊。基帶處理模塊包括編碼和解碼部分。編碼的目的是將讀寫器智能單元發(fā)出的命令編碼為便于調(diào)制到射頻載波上的編碼調(diào)制信號(hào)。解碼的目的是對(duì)經(jīng)過(guò)射頻模塊解調(diào)處理的標(biāo)簽回送信號(hào)進(jìn)行解碼等處理，然后將結(jié)果送到讀寫器智能模塊。智能模塊是讀寫

90、器的控制核心，智能模塊通常采用嵌入式微處理器，并通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)以下多種功能：對(duì)讀寫器和電子標(biāo)簽的身份進(jìn)行驗(yàn)證、控制讀寫器和標(biāo)簽之間的通信過(guò)程、對(duì)讀寫器與標(biāo)簽之間傳送的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和解密、實(shí)現(xiàn)與后端應(yīng)用程序之間的接口規(guī)范、執(zhí)行防碰撞算法以實(shí)現(xiàn)多標(biāo)簽同時(shí)識(shí)別等。微控制器(MCU)是智能模塊的核心，它可以與顯示模塊相連從而顯示讀寫器狀態(tài)和所讀取標(biāo)簽的信息。MCU還可以通過(guò)接口電路與其他設(shè)備相連，如RS232、RS485、以太網(wǎng)接口等，以便標(biāo)簽信

91、息的上傳存入大的數(shù)據(jù)庫(kù)和從應(yīng)用系統(tǒng)接受命令。時(shí)鐘電路和電源管理模塊分別為MCU提供時(shí)序和能量供給。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，使用功能強(qiáng)大的控制器芯片設(shè)計(jì)讀寫器，輔以必要的附屬電路，可以將基帶信號(hào)處理和控制處理軟件化。隨著控制器芯片功能不斷強(qiáng)大，讀寫器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同協(xié)議電子標(biāo)簽的兼容。</p><p>　　天線處于讀寫器的最前端，是讀寫器的重要組成部分。讀寫器天線發(fā)射的電磁場(chǎng)強(qiáng)度和方向性，決定了電子標(biāo)簽的作用距離和感應(yīng)

92、強(qiáng)度，讀寫器天線的阻抗和帶寬等電參數(shù)，會(huì)影響讀寫器與天線的匹配程度，因此讀寫器天線對(duì)射頻識(shí)別系統(tǒng)有重要影響。</p><p>　　RFID系統(tǒng)的工作原理</p><p>　　射頻識(shí)別技術(shù)的基本原理是利用射頻信號(hào)和空間耦合（電感耦合或電磁耦合）或雷達(dá)反射的傳輸特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)被識(shí)別物體的自動(dòng)識(shí)別。</p><p>　　2.3.1 無(wú)線通信知識(shí)介紹</p>&

93、lt;p>　　實(shí)現(xiàn)信息傳遞所需的一切技術(shù)設(shè)備和傳輸媒質(zhì)的總和稱為通信系統(tǒng)[]。普通的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信是最基本的通信方式，其通信系統(tǒng)的一般模型如圖2.4所示。</p><p><b>　　發(fā)送端接收端</b></p><p>　　圖2.4 通信系統(tǒng)的一般模型</p><p>　　圖2.4中，信源把帶傳輸?shù)南⑥D(zhuǎn)換成原始電信號(hào)，它輸出的信號(hào)稱為基

94、帶信號(hào)。所謂基帶信號(hào)是指未經(jīng)過(guò)調(diào)制的原始電信號(hào)。根據(jù)原始電信號(hào)的特征，基帶信號(hào)可分為數(shù)字基帶信號(hào)和模擬基帶信號(hào)，相應(yīng)信源也分為數(shù)字信源和模擬信源。</p><p>　　發(fā)送設(shè)備將信源和信道匹配起來(lái)，即將信源產(chǎn)生的原始信號(hào)（基帶信號(hào)）變換成適合在信道中傳輸?shù)男盘?hào)。變換方式種類很多，在需要頻譜搬移的場(chǎng)合，變換方式中調(diào)制是最常見(jiàn)的；對(duì)傳輸數(shù)字信號(hào)來(lái)說(shuō)，發(fā)送設(shè)備又常常包含信源編碼和信道編碼等。</p>&l

95、t;p>　　信道是指信號(hào)傳輸?shù)耐ǖ?，可以是有線的，也可以是無(wú)線的，甚至還可以包含某些設(shè)備。RFID系統(tǒng)中信道是無(wú)線的。噪聲源是信道中的所有噪聲以及分散在通信系統(tǒng)中其他各處噪聲的匯總。</p><p>　　在接收端，接收設(shè)備的功能與發(fā)送設(shè)備相反，即進(jìn)行解調(diào)、譯碼、解碼等。它的任務(wù)是從帶有干擾的接收信號(hào)中恢復(fù)出相應(yīng)的原始電信號(hào)來(lái)。</p><p>　　信宿也稱受信者或收終端，是將恢復(fù)的原

96、始電信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的消息。</p><p>　　2.3.2 RFID系統(tǒng)的通信過(guò)程</p><p>　　讀寫器與電子標(biāo)簽之間消息的傳遞是通過(guò)電信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。原始的電信號(hào)通常稱為基帶信號(hào)。但RFID系統(tǒng)以自由空間作為信道的無(wú)線電傳輸，發(fā)送端需將基帶信號(hào)編碼與調(diào)制后，變成適合在信道中傳輸?shù)男盘?hào)。接收端進(jìn)行相應(yīng)反變換即可。圖2.5給出了RFID系統(tǒng)的通信模型。</p><p&

97、gt;　　讀寫器天線 自由空間 標(biāo)簽天線</p><p>　　圖2.5 RFID通信系統(tǒng)模型</p><p>　　無(wú)源超高頻RFID系統(tǒng)工作流程為：讀寫器發(fā)送給標(biāo)簽的命令為數(shù)字信息，該數(shù)字信號(hào)首先經(jīng)過(guò)編碼提高其可靠性，再通過(guò)載波調(diào)制成射頻信號(hào)。射頻信號(hào)用天線發(fā)送出去，它能在信道中傳輸。讀寫器發(fā)送完畢后等待標(biāo)簽的回應(yīng)。當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn)入讀寫器的識(shí)別范圍時(shí)，其天線將產(chǎn)生感應(yīng)電流，電子標(biāo)簽獲得能量被

98、激活。來(lái)自讀寫器的射頻信號(hào)在標(biāo)簽中通過(guò)解調(diào)，轉(zhuǎn)化成數(shù)字信息。解碼器對(duì)該數(shù)字信息進(jìn)行解碼，從而標(biāo)簽獲得讀寫器發(fā)送的命令。電子標(biāo)簽將自身存儲(chǔ)的唯一識(shí)別碼等信息同樣經(jīng)編碼調(diào)制后發(fā)往讀寫器。讀寫器接收后解調(diào)解碼最終獲得識(shí)別標(biāo)簽。這些標(biāo)簽信息還可以作為物體的特征數(shù)據(jù)被傳送到計(jì)算機(jī)進(jìn)一步處理。</p><p>　　在RFID系統(tǒng)中，信源和信宿均為讀寫器信息和電子標(biāo)簽信息，都為數(shù)字信號(hào)，而信道傳輸?shù)氖巧漕l信號(hào)（即模擬信號(hào)）。射

99、頻指無(wú)線電波的頻率，頻率范圍是3000Hz-3000GHz[]。所以發(fā)送和接收端應(yīng)該分別有編碼調(diào)制和解調(diào)解碼的過(guò)程。發(fā)送設(shè)備中應(yīng)該包含編碼器和調(diào)制器，相應(yīng)的接收設(shè)備中要包含解調(diào)器和解碼器。為發(fā)送端接上編碼器的目的就是為了減少噪聲源對(duì)信號(hào)產(chǎn)生的干擾，相應(yīng)地在接收端需要添加解碼器。調(diào)制器是將發(fā)送端中編碼后的數(shù)字信號(hào)用高頻載波調(diào)制成模擬信號(hào)，這樣就能以射頻信號(hào)的形式在信道中傳輸，對(duì)應(yīng)地在接收端也需要解調(diào)器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。另外，為了表

100、述消息內(nèi)容，基帶信號(hào)都是按消息特征進(jìn)行編組的，于是，在收發(fā)之間一組組的編碼規(guī)律也必須一致否則接收時(shí)消息的真正內(nèi)容將無(wú)法恢復(fù)，編組一致為“幀同步”。編碼是為了達(dá)到某種目的而對(duì)信號(hào)進(jìn)行的一種變換，其逆變換稱為解碼或譯碼。RFID常用的編碼方式有反向不歸零(NRZ)編碼、曼徹斯特(Manchester)編碼、單極性歸零編碼、差動(dòng)雙相編碼、米勒(Miller) 編碼和差動(dòng)編碼等。</p><p>　　在無(wú)線通信中，調(diào)制是

101、指載波調(diào)制。載波調(diào)制就是用調(diào)制信號(hào)去控制載波參數(shù)。RFID系統(tǒng)中，調(diào)制的目的就是把信源的數(shù)字基帶信號(hào)轉(zhuǎn)變成適合信道傳輸?shù)哪M射頻信號(hào)。RFID常用的調(diào)制方法有振幅鍵控(ASK)、頻移鍵控(FSK)、相移鍵控(PSK)。</p><p>　　2.3.3 通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)介紹</p><p>　　一般來(lái)說(shuō)，標(biāo)簽和讀寫器之間的交互操作要求它們遵從一個(gè)特定的命令協(xié)議，該協(xié)議規(guī)定了讀寫器對(duì)其工作范圍內(nèi)的

102、單標(biāo)簽或多標(biāo)簽進(jìn)行操作的通信過(guò)程。隨著RFID技術(shù)的逐漸成熟，出現(xiàn)了一些通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了讀寫器與標(biāo)簽通信協(xié)議中的物理介質(zhì)、通信速率、編碼方式、調(diào)制方式等，圖2.6給出了通信協(xié)議的主要內(nèi)容結(jié)構(gòu)。</p><p>　　表2.1 ISO 18000-6標(biāo)準(zhǔn)的三種類型的比較</p><p>　　目前RFID存在三個(gè)主要的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系:總部設(shè)在美國(guó)麻省理工學(xué)院(MIT)的Anto-ID Cent

103、er(自動(dòng)識(shí)別中心)、日本的 Ubiquitous ID Center(Ubiqu itous ID中心，UIC)和ISO標(biāo)準(zhǔn)體系[][]。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)是世界上最大的、最有權(quán)威性的非政府性國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化專門機(jī)構(gòu)。針對(duì)頻率為860-960MHz的無(wú)線通信接口參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，ISO推出了ISO18000-6標(biāo)準(zhǔn)。ISO18000-6標(biāo)準(zhǔn)包含三種類型的協(xié)</p><p>　　議:TypeA、TypeB和TypeC，

104、表2.1列出了對(duì)ISO18000-6三種協(xié)議規(guī)范的比較。</p><p>　　圖2.6 通信協(xié)議的主要組成框圖</p><p><b>　　本章小結(jié)</b></p><p>　　本章詳細(xì)闡述了RFID系統(tǒng)各部分的組成和工作原理，并介紹了RFID通信的相關(guān)技術(shù)。</p><p>　　RFID系統(tǒng)方案論證</p>

105、<p><b>　　3.1引言</b></p><p>　　RFID系統(tǒng)不局限于視線，識(shí)別距離遠(yuǎn)。射頻識(shí)別卡具有可讀寫能力，可攜帶大量數(shù)據(jù)，可工作在潮濕、干燥等惡劣環(huán)境下，同時(shí)具有難以偽造和智能性較高等特點(diǎn)。與此同時(shí)，不同的射頻標(biāo)簽編碼規(guī)則，不同的空中接口協(xié)議、大量而復(fù)雜的RFID數(shù)據(jù)如何處理等問(wèn)題嚴(yán)重阻礙了RFID技術(shù)發(fā)揮其巨大作用?；谶@種現(xiàn)狀，本章提出了兩種設(shè)計(jì)方案。&l

106、t;/p><p>　　3.2 RFID系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案一</p><p>　　本方案系統(tǒng)的核心選用的是Samsung公司的ARM9芯片S3C2440A。RFID讀寫器系統(tǒng)硬件電路采用模塊化設(shè)計(jì)方案，將主控模塊（核心板）與擴(kuò)展模塊電路（底板）分開(kāi)設(shè)計(jì)。主控制模塊包含了最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括處理器S3C2440A、內(nèi)存SDRAM、非易失存儲(chǔ)器NandFlash、電源轉(zhuǎn)換電路、LED指示電路以及一些旁通電

107、容電路。</p><p>　　整體的RFID讀寫器系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)主要包括主控制模塊、射頻模塊、擴(kuò)展底板Power、JTAG、UART、USBA/B、LCD/Touchscreen、LAN、SD、Audio、LED、Reset等電路。</p><p>　　射頻識(shí)別系統(tǒng)的基本工作方式分為全雙工和半雙工。無(wú)論是那種工作方式，其信息的發(fā)送都包括編碼、調(diào)制、信道傳輸三個(gè)步驟。對(duì)于數(shù)字通信來(lái)說(shuō)，編碼和

108、調(diào)制方式的選擇顯得尤為重要。</p><p>　　讀寫器與電子標(biāo)簽之間的數(shù)據(jù)傳輸需要3個(gè)主要功能塊。RFID系統(tǒng)基本通信結(jié)構(gòu)框圖如圖3.1所示。</p><p>　　讀寫器 電子標(biāo)簽</p><p><b>　　信息源受信者</b></p><p>　　圖3.1 RFID系統(tǒng)基本通信結(jié)構(gòu)框圖&

109、lt;/p><p>　　3.2.1 主控模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　系統(tǒng)采用了兩片16位的SDRAMH57V256GTR芯片組成了32位的64MB系統(tǒng)內(nèi)存。SDRAM與S3C2440A連接的32條數(shù)據(jù)線中，高16位DATA[31··16]和低16位DATA[15··0]分別與兩片SDRAM相連；H57V256GTR有13根行地址線、9根列地址線、2根B