有源RFID应用系统设计及防碰撞算法研究

论文摘要

射频识别(RFID)是利用无线电射频信号耦合(电感或电磁耦合)或雷达反射的传输特性,实现对被识别物体的自动识别。由于其具有不用布线,快速布局,速率高,传输可靠,成本低和可工作于恶劣环境等优点,射频自动识别技术在身份识别、商品识别和数据采集领域得到了快速的普及和推广。本文介绍了RFID的基本概念、发展过程、市场前景、工作原理、关键技术和相关理论。并针对RFID关键技术之一——防冲撞算法进行了分析,主要对ALOHA算法进行了深入的研究。有源标签的出现和RFID技术在高速移动物体中的应用,迫切需要读写器在有限时间内高效快速地识别大量标签。标签防碰撞算法就是要解决在读写器有效通信范围内,多个标签同时与读写器进行通信的问题。在保持一定复杂度和成本的条件下,最大限度的减少搜索时间,提高识别效率,是标签防碰撞算法研究的方向和趋势。本文设计了一种有源RFID应用系统方案。主要包括阅读器及有源标签的设计,并给出了详细的硬件原理图和软件流程图。本方案以PIC18F2410微处理器为核心,采用专用的集成电路芯片(主要包括射频收发芯片nRF24L01和铁电存储器芯片FM31XX等),简化了硬件电路的设计,降低了功耗。选取动态帧ALOHA算法并加以改进,详细的介绍了改进后的算法过程,并将其应用到本系统中,提高了识别效率。最后介绍了本设计中遇到的问题,解决方法,并对未来工作提了一些建议。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 RFID 行业现状及前景
• 1.3 本人所作的工作
• 1.4 论文结构及内容安排
• 第二章 RFID 系统相关理论
• 2.1 RFID 系统组成及工作原理
• 2.2 RFID 系统数据完整性
• 2.3 RFID 系统数据安全性
• 2.4 RFID 防碰撞算法
• 2.5 本章小结
• 第三章 改进的动态帧时隙算法
• 3.1 估算式的推导
• 3.2 判决方法
• 3.3 防碰撞流程
• 3.3.1 阅读器防碰撞流程
• 3.3.2 标签防碰撞流程
• 3.4 本章小结
• 第四章 有源RFID 系统硬件设计
• 4.1 有源RFID 应用系统功能需求及总体方案设计
• 4.1.1 课题要求
• 4.1.2 应用系统需求分析
• 4.1.3 设备状态数据的收集系统的设计
• 4.2 有源RFID 系统的部分芯片选型
• 4.2.1 MCU 的选择
• 4.2.2 存储时钟芯片的选择
• 4.2.3 射频收发芯片的选择
• 4.3 各部分硬件连接图
• 4.3.1 电源部分的硬件连接
• 4.3.2 MCU 及外围电路的连接
• 4.3.3 nRF24L01 外围电路及天线设计
• 4.3.4 存储时钟模块FM31256
• 4.3.5 RS232 与MCU 的连接电路
• 4.3.6 RS485 与MCU 的连接电路
• 4.4 PCB 的绘制
• 4.5 本章小结
• 第五章 有源RFID 系统软件设计
• 5.1 软件开发工具
• 5.2 总体软件流程
• 5.3 存储时钟模块软件流程
• 5.3.1 I2C 总线简介
• 5.3.2 MCU 对存储部分的访问
• 5.3.3 MCU 对时钟部分的访问
• 5.4 射频收发模块流程
• 5.4.1 SPI 接口简介
• 5.4.2 点到点的通信
• 5.4.3 点到多点的通信
• 5.5 RS232 接口与RS485 接口部分
• 5.6 本章小结
• 第六章 软硬件调试
• 6.1 硬件调试
• 6.2 软件调试
• 6.2.1 仿真器的连接
• 6.2.2 仿真器及目标芯片的设置
• 6.2.3 软件中遇到的问题
• 6.3 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 工作总结
• 7.2 课题展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 个人简历、研究工作及发表论文情况