超高频读写器的研究与开发

论文摘要

射频识别(RFID, Radio Frequency Identification)是一种非接触式、自动识别技术,它兴起于20世纪八十年代。其具有高可靠性、高安全性以及高抗干扰性能,并可以一次性识别多个运动的对象。近年来,RFID技术在服务、物流管理、商品生产、交通运输等诸多领域得到广泛的应用。RFID系统根据标签供电方式的不同,可以分成无源和有源两种；根据工作频率不同,可以分成低频、高频和超高频以及微波等。其中,超高频RFID系统因其具有识别距离远、读取速度快以及可穿透非金属等特点,成为目前研究的热点。本文依据目前超高频读写器技术发展的情况,设计了一款基于EPC Gen2标准的读写器,主要内容有：①简要介绍了RFID技术的发展历程和RFID系统的主要组成部分以及各频段RFID技术的主要应用；②详细分析了Gen2协议的各项指标要求,对链路编码、调制解调和读写器对标签的选择、盘存和访问等命令进行了研究；③研究了读写器结构,分析了单片机C8051F340和射频芯片AS3991的结构和功能,完成读写器关键路径电路的信号仿真和系统硬件电路的设计及制板、调试工作；④完成读写器中间件的编程,同时,对EPC Gen2标准采用的防碰撞算法进行了研究；⑤完成用户应用程序的设计,通过上位机实现对读写器的控制。经过测试证明,设计的读写器在主控制界面的控制下能正常、稳定工作,读写器能正确地对Gen2标签进行操作,而且一次能识别多个标签,系统运行各类指标基本能达到预期的目标。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 国内外研究现状
• 1.2 选题背景和意义
• 1.3 论文结构
• 2 RFID的基础知识
• 2.1 RFID的概念
• 2.2 RFID系统的基本组成
• 2.3 RFID基本工作原理
• 2.4 RFID技术的发展历程
• 2.5 频段划分
• 2.6 RFID技术特点
• 2.6.1 RFID技术与条形码技术的区别
• 2.6.2 RFID技术的特点
• 2.7 各频段RFID技术的应用
• 2.7.1 低频段
• 2.7.2 高频段
• 2.7.3 超高频段
• 2.7.4 微波
• 3 读写器硬件电路设计
• 3.1 读写器的系统硬件组成
• 3.2 主控制模块电路设计
• 3.2.1 单片机结构
• 3.2.2 单片机复位电路
• 3.2.3 单片机与上位机通信接口电路
• 3.2.4 单片机调试接口电路
• 3.3 射频识别模块电路设计
• 3.3.1 射频芯片的特性和功能
• 3.3.2 LC匹配电路
• 3.3.3 平衡变压器、滤波器以及耦合器
• 3.4 传输线设置
• 3.5 环路滤波器
• 3.6 系统供电
• 3.7 主控制器与射频模块的通信接口
• 4 EPC Class1 Gen2标准分析
• 4.1 EPC Class1 Gen2协议的层次划分
• 4.2 读写器到标签的通信
• 4.3 标签到读写器的通信
• 4.3.1 FM0编码
• 4.3.2 Miller编码
• 4.4 标签存储器结构
• 4.5 标签会话
• 4.6 标签状态和Q值
• 4.7 标签操作命令
• 4.7.1 Select命令
• 4.7.2 Query命令
• 4.7.3 QueryRep命令
• 4.7.4 QueryAdjust命令
• 4.7.5 ACK命令
• RN命令'>4.7.6 Req_RN命令
• 4.7.7 Read命令
• 4.7.8 Write命令
• 4.7.9 Kill命令
• 5 软件设计与系统测试
• 5.1 读写器的中间件
• 5.1.1 上位机与中间件通信的帧格式
• 5.1.2 中间件函数
• 5.2 系统工作流程
• 5.3 单标签识别
• 5.4 多标签识别
• 5.5 系统测试
• 6 结论
• 参考文献
• 申请学位期间的研究成果及发表的论文
• 致谢
• 附录A 主控制模块电路原理图
• 附录B 射频识别模块电路原理图
• 附录C 系统PCB板图
• 附录D Miller编码的副载波调制