UHF频段RFID读写器的实现

论文摘要

射频识别技术（RFID）是近年来发展极为迅速的一种非接触式自动识别技术,其中超高频段（UHF）的RFID技术具有识别距离远、识别速度快、使用寿命长等特点,将广泛应用于电子路牌、高速公路收费、物流管理、产品跟踪等领域。因此UHF频段读写器的研制有着很好的应用前景。本文针对超高频射频识别系统进行研究,分析了读写器整体的架构方式,阐述了基带系统的组成,设计了发射机和接收机的方案,选取了接收机的解调方案,并采用ADS仿真软件对混频器的特性进行了分析。设计了基带的DAC、ADC转换电路,在发射机电路中,设计了正交调制电路,实现了对基带信号的调制;设计了发射机功率增益控制电路,实现对发射信号功率的控制。采用零中频的接收机架构方式,设计了ADC前级放大电路,利用可编程增益放大器实现了接收机信号的自动增益控制。读写器通过B/S（Browser/Server,浏览器/服务器）模式接入网络,通过访问Web服务器的方式实现对读写器的配置和访问。软件系统主要在两大处理器内实现:ARM7处理器LPC2292和DSP处理器TMS320VC5509A。ARM处理器作为主CPU,接收用户命令、实现对标签读写作业的调度,并将数据反馈给用户;同时,在ARM内实现了以太网、USB、串口等通用接口,实现可多样化的扩展。在DSP内实现了ISO18000-6B协议和接收机自动增益控制算法。两个处理器之间通过FIFO电路相连,使整个基带系统协同稳定工作。深入研究了协议中的防碰撞算法——二进制搜索算法,并对其进行了仿真分析。调试过程中利用频谱分析仪和逻辑分析仪等仪器对系统进行了严格的测试,保证了系统的可靠性。本文所设计的UHF频段的RFID读写器接口资源丰富,可以方便的对系统进行二次开发,使之适用于特定的RFID应用系统。通用的硬件平台和丰富的资源方便多协议的扩展。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究意义
• 1.3 UHF RFID技术概要
• 1.3.1 UHF RFID系统组成
• 1.3.2 UHF RFID通信过程
• 1.3.3 UHF RFID相关协议
• 1.3.4 我国UHF频段RFID技术相关标准与规定
• 1.4 RFID技术国内外发展现状
• 1.4.1 RFID技术在国外的发展
• 1.4.2 RFID技术在国内的发展
• 1.5 本文的主要工作
• 2 读写器设计方案和分析
• 2.1 基带电路的架构
• 2.2 发射机设计方案
• 2.3 接收机设计方案
• 2.3.1 接收机解调方案
• 2.3.2 接收机设计方案
• 2.4 混频器性能分析
• 2.5 本章小结
• 3 读写器硬件电路设计
• 3.1 读写器基带电路设计
• 3.1.1 DAC电路设计
• 3.1.2 ADC电路设计
• 3.2 读写器发射机设计
• 3.2.1 调制电路设计
• 3.2.2 直流耦合差分滤波器设计
• 3.2.3 功率增益控制电路设计
• 3.3 读写器接收机设计
• 3.3.1 ADC前级放大电路设计
• 3.3.2 可编程增益放大电路设计
• 3.4 本章小结
• 4 系统软件设计
• 4.1 系统程序结构
• 4.2 ARM控制部分软件设计
• 4.2.1 网络接口设计
• 4.2.2 上位机界面设计
• 4.2.3 USB口设计
• 4.2.4 发射机功率增益控制软件设计
• 4.2.5 ARM系统上层软件设计
• 4.3 DSP信号处理部分软件设计
• 4.3.1 ISO 18000-6B协议介绍
• 4.3.2 ISO 18000-6B协议编码实现
• 4.3.3 ISO 18000-6B防碰撞实现及改进
• 4.3.4 接收机自动增益控制算法设计
• 4.4 ARM和DSP间的通信协议
• 4.4.1 命令帧和响应帧格式
• 4.4.2 命令和响应说明
• 4.5 本章小结
• 5 总结与展望
• 参考文献
• 附录 基带系统实物图
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢