915MHz超高频RFID读卡器设计

论文摘要

RFID技术作为21世纪最具发展潜力的技术之一,对人们的生产和社会生活产生了巨大影响。在2008年奥运会、2009年济南全运会、2010年上海世博会和2010年广州亚运会中都运用了RFID技术。并且RFID技术将在智慧地球、智慧城市、智慧物流以及物联网的建设和发展过程中将发挥重大作用。工作在860-960MHz超高频段（UHF）的射频识别系统与低频段的射频识别系统相比较有着读取距离远,速度快等优点,成为国际上RFID技术发展的热点。在超高频RFID技术中,超高频RFID阅读器是关键的基础设备,但是由于国内RFID技术起步晚和集成IC技术发展缓慢的原因缺乏拥有自主知识产权的超高频RFID阅读器。对超高频阅读器技术的研究能够有助于我国RFID技术自主知识产权和RFID集成IC技术的提升,同时有助于我国参加该行业标准的制定。针对上述问题,本课题提出了一种采用通用通信芯片设计的能够适应具有代表性的超高频高频国际标准ISO/IEC 18000-6和EPC Class 1 generation 2的超高频RFID阅读器。首先,在论文中讨论了国内外RFID技术发展现状和趋势,重点分析ISO/IEC 18000-6超高频协议的物理接口和通信方式；其次,完成了数字基带控制电路和射频模拟电路的结构分析和设计；再次,阐述了在阅读器系统软件设计中协议命令处理、防碰撞算法、系统控制的实现方法和FPGA在阅读器系统中的时序控制和数据采集接口设计、CRC校验以及编解码等功能的实现,最后,给出了阅读器调试过程以及对三种不同超高频射频卡的读写测试结果,经过分析阅读器的设计符合了超高频识别协议的读取距离、功率等技术指标要求。在设计中数字基带控制部分采用了低功耗DSP与FPGA相结合的构架,在DSP芯片中实现协议命令处理、防碰撞算法、系统控制能够很好的提高算法的执行速率,在FPGA芯片中实现编解码和接口控制能够为以后的升级带来很大的灵活性,同时有助于RFID集成IC技术的研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 引言
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 RFID技术的发展状况和趋势
• 1.3 论文主要内容和结构安排
• 2 RIFD系统原理及协议分析
• 2.1 RFID系统构成及工作原理
• 2.1.1 系统构成
• 2.1.2 工作原理
• 2.1.3 关键技术
• 2.2 RFID国际标准比较与分析
• 2.2.1 国际标准比较
• 2.2.2 系统分类
• 2.3 RFID阅读器组成及工作原理
• 2.4 本章小结
• 3 阅读器硬件设计
• 3.1 控制电路及基带电路系统组成
• 3.1.1 系统电源及复位电路
• 3.1.2 DSP及FPGA芯片特点及选型
• 3.1.3 存储器扩展电路
• 3.1.4 DSP和FPGA接口电路
• 3.2 射频模拟电路设计
• 3.2.1 ISO18000-6射频识别协议分析
• 3.2.2 射频模拟电路系统结构
• 3.2.3 数模和模数转换电路
• 3.2.4 调制解调电路
• 3.2.5 锁相环电路
• 3.2.6 功率放大电路
• 3.3 本章小结
• 4 阅读器主程序设计
• 4.1 18000-6协议数据流交换过程和命令字
• 4.1.1 标签存储体信息和状态转换
• 4.1.2 协议命令字
• 4.1.3 数据流交换
• 4.1.4 槽计数器的Q参数
• 4.2 主程序
• 4.2.1 DSP程序开发环境
• 4.2.2 DSP中防碰撞程序设计
• 4.2.3 主程序流程
• 4.3 本章小结
• 5 阅读器基带处理程序设计
• 5.1 基带处理相关协议分析
• 5.2 基带处理功能模块设计
• 5.2.1 前向链路PIE编码
• 5.2.2 前向链路MANCESTER编码
• 5.2.3 反向链路FMO解码
• 5.2.4 循环冗余校验CRC模块
• 5.3 基带处理接口模块设计
• 5.3.1 数模转换接口
• 5.3.2 模数转换接口
• 5.3.3 锁相环ADF4113配置接口
• 5.3.4 内部双口RAM设计
• 5.4 本章小结
• 6 阅读器系统调试
• 6.1 系统调试
• 6.2 调试结果
• 7 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读硕士学位期间学术论文和科研情况