RFID系统及反碰撞算法的研究与设计

论文摘要

RFID（射频识别）是一种非接触式的自动识别技术。它利用射频信号的空间耦合（交变磁场或电场）实现无接触信息传递以达到对静止和运动物体的识别。具有信息量大、读取距离远、可同时读取多张卡片等优点,被广泛应用于门禁、物流、管理等领域。目前RFID已经成为国内外重要的研究开发领域。论文的工作主要包括两部分。一是对基于ISO/IEC18000-6 Type B协议的射频识别系统进行研究,采用模块化和结构化编程的思想,以Verilog HDL编程语言,在FPGA上对基于此协议的RFID阅读器的基带数字信号处理模块进行设计,主要包括主控制器状态机模块、FM0解码器、CRC检错和编码、曼彻斯特编码器、先入先出存储器、异步收发机等。本文提出了基于ISO/IEC18000-6标准的RFID系统阅读器数字处理部分的单芯片解决方案,具有速度快、电路形式简单、移植方便等优点,系统基带传送速率可达40kbps。二是对RFID设计中的一项关键技术-反碰撞算法进行了研究。本文对ALOHA法,时隙ALOHA法,动态时隙ALOHA法,二进制树型搜索算法等几种不同的反碰撞算法进行了比较和分析,并在此基础上,总结出每种算法的性能和适用的情况,在FPGA上设计了基于时隙ALOHA算法和二进制树搜索算法的系统模型,该设计具有高可靠性、模块化的特点,且便于二次开发。仿真结果表明了该模型的正确性和稳定性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 射频识别技术概述
• 1.2 与其他自动识别技术的比较
• 1.3 RFID 技术的发展
• 1.3.1 RFID 的发展历史
• 1.3.2 RFID 的发展现状
• 1.3.3 RFID 未来发展需要解决的问题
• 1.4 本文的主要工作
• 1.5 章节安排
• 第二章 RFID 系统组成原理及相关标准简介
• 2.1 RFID 系统的组成
• 2.1.1 射频标签
• 2.1.2 读写器
• 2.1.3 中间件
• 2.2 RFID 系统的特征
• 2.3 RFID 系统能量供应及耦合方式
• 2.4 协议与标准体系简介
• 2.4.1 ISO 简介
• 2.4.2 EPC 标准
• 第三章 ISO/IEC18000-6 协议介绍
• 3.1 Type A
• 3.2 Type B
• 3.2.1 调制方式
• 3.2.2 命令格式
• 3.2.3 数据和参数
• 3.2.4 时序规定
• 3.2.5 防冲突机制
• 3.2.6 指令集及其分类
• 第四章 RFID 系统设计
• 4.1 FPGA 简介
• 4.1.1 FPGA 的结构
• 4.1.2 工作原理
• 4.2 基于FPGA 的阅读器设计
• 4.2.1 控制器模块
• 4.2.2 帧头检测模块（SOF）
• 4.2.3 FM0 解码模块
• 4.2.4 CRC 编码与检错
• 4.2.5 异步FIFO 模块
• 4.2.6 通用异步收发机（UART）
• 4.2.7 曼彻斯特编码模块
• 4.2.8 系统的仿真与综合
• 第五章 反碰撞算法的研究与硬件设计
• 5.1 纯ALOHA 算法
• 5.2 时隙ALOHA 法
• 5.2.1 时隙ALOHA 防冲突法硬件设计
• 5.2.2 时隙ALOHA 防冲突法仿真及分析
• 5.3 动态时隙ALOHA 法
• 5.4 二进制搜索算法
• 5.4.1 普通二进制搜索算法
• 5.4.2 动态二进制搜索算法
• 5.4.3 后退式索引算法
• 5.4.4 跳跃式动态树形反碰撞算法
• 5.4.5 ISO/IEC18000-6 TYPE B 的反碰撞算法
• 5.5 二进制树型搜索算法的硬件设计及仿真
• 5.5.1 算法设计的几点约定
• 5.5.2 系统算法的整体设计方案
• 5.5.3 标签控制器
• 5.5.4 曼彻斯特编码器与解码器
• 5.5.5 LIFO 模块
• 5.5.6 阅读器控制器
• 5.5.7 整个系统的仿真
• 5.5.8 算法设计性能分析
• 第六章 结论与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢