超高频便携式RFID读写器的研究与设计

论文摘要

RFID技术是一种基于电磁波耦合或反射原理的非接触式自动识别技术,通过与计算机通信技术进一步结合可以形成一个连通物流及信息流的物联网。物联网的大规模应用能给全球经济复苏提供巨大的技术源动力,大大降低全球供应链的成本,因此日益受到世界各国的重视。要建立一个真正的物联网,一是要具备相当大的规模的应用,这就要求尽量降低标签及读写器的成本；二是前端采集设备要具有远距离多目标同时识别的能力。采用无源标签的超高频RFID系统由于成本低、天线尺寸小、保密性强及读写距离远等优点被认为是取代条形码并构成物联网前端的最理想技术。RFID技术的进一步发展取决于若干关键技术的突破,近年来大规模集成电路的发展使设计出一款低成本、低功耗的便携式读写器成为可能。本课题的研究内容是基于射频芯片设计一款超高频便携式RFID读写器。作为超高频RFID系统的核心,读写器是连接分散于各处的RFID标签与上层应用程序的纽带。本次设计的便携式读写器选用ARM9芯片,内嵌WinCE系统作为上位机,能够提供大量的人性化接口和触摸屏控制方式；同时采用专门的电源管理模块降低整机功耗,可以脱离PC机运行；搭配小型平板微带天线后,整个读写器可以靠锂电池供电独立工作,实现了低功耗与可靠性的完美结合。本论文组织结构如下,第一章首先介绍了RFID技术的分类、优势及产业状况；第二章着重分析了便携式超高频读写器采用的EPC Classl GEN2协议,在此基础上第三章给出了整个便携式读写器的系统框架设计,然后按照锁相环本振模块、射频发射及接收模块、电源管理模块、人机交互模块、小型平板微带天线的顺序完成了整个读写器硬件设计；第四章介绍了读写器软件的分层结构并依次介绍了整个控制流程及软件实现方式；第五章对整个读写器的调试及测试过程进行了总结并对其中的一些问题进行了分析；第六章对整个课题进行了总结并对RFID技术发展进行了展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 RFID（射频识别）技术概述
• 1.1.1 RFID技术特征及优势
• 1.1.2 RFID技术分类
• 1.1.3 RFID技术国内外应用状况
• 1.1.4 RFID产业现状
• 1.2 本课题研究的意义
• 1.3 本文结构安排
• 第二章 超高频RFID技术及理论
• 2.1 EPC标准简介
• 2.2 超高频RFID系统工作原理
• 2.2.1 超高频RFID系统组成
• 2.2.2 天线辐射场
• 2.3 EPC Class1 Gen2协议介绍
• 2.3.1 EPC Class1 Gen2协议物理层
• 2.3.2 EPC Class1 Gen2协议标签识别层
• 2.4 本章小结
• 第三章 超高频便携式RFID读写器硬件系统设计
• 3.1 超高频便携式RFID读写器架构
• 3.2 射频收发模块设计与论证
• 3.2.1 总体架构
• 3.2.2 射频载波的产生
• 3.2.3 射频发射模块设计
• 3.2.4 射频接收模块设计
• 3.2.5 射频供电部分
• 3.3 基带控制及上层人机交互部分
• 3.3.1 设计架构
• 3.3.2 单片机电路设计
• 3.3.3 上位机电路设计
• 3.4 便携式读写器天线设计
• 3.4.1 天线结构设计
• 3.4.2 天线性能优化仿真
• 3.5 本章小结
• 第四章 超高频便携式RFID读写器软件系统设计
• 4.1 WinCE操作系统移植
• 4.1.1 定制Bootlaoder
• 4.1.2 LCD触摸屏驱动
• 4.2 上位机应用程序
• 4.2.1 电源管理
• 4.2.2 读写器工作状态选择
• 4.2.3 上位机与单片机通信协议
• 4.2.4 数据库存储操作
• 4.3 指令处理层程序
• 4.3.1 标签操作过程
• 4.3.2 与上位机的串口通信流程
• 4.4 射频处理层程序
• 4.4.1 单片机主控函数
• 4.4.2 AS3991寄存器配置
• 4.4.3 单片机与AS3991之间的通信
• 4.4.4 发射信号处理流程
• 4.4.5 接收信号处理流程
• 4.5 本章小结
• 第五章 便携式读写器系统调试及测试
• 5.1 射频及MCU部分调试
• 5.1.1 射频发射部分
• 5.1.2 射频接收部分
• 5.1.3 基带处理部分
• 5.2 读写器寄存器设置及标签读写距离测试
• 5.2.1 读写器寄存器设置及基本操作
• 5.2.2 标签读写距离测试
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间论文及其他成果
• 学位论文评阅及答辩情况表