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长距离HF射频识别关键技术研究与实现

2020-11-22阅读(286)

长距离HF射频识别关键技术研究与实现

论文摘要

在信息化的时代里，企业越来越依靠各种管理信息系统来实现营运。无论是内部管理还是外部协同，只要是通过信息系统进行的，都会涉及到对人员、物品给予信息标识或信息数据采集(信息交互)。因此，自动识别技术的影响作用在今天显得更为举足轻重。条形码技术作为自动识别的始祖，在信息自动化需求日新月异的今天早已显得力不从心。射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)技术作为一种新颖的信息技术异军突起，将自动识别的技术优势发挥得淋漓尽致。 在实际应用中，UHF(915MHz)射频识别技术对含水物质比较敏感，且不能在潮湿的环境中使用。这是因为UHF信号的频率高、波长短，易被含水量大的物质所吸收，导致能量削弱，性能急剧下跌。然而，长距离HF(13.56MHz)射频识别信号的频率低、波长较长，因此对含水物质不敏感，可有效地补充UHF的不足之处。国内的零售、医药和物流等行业对长距离HF射频识别技术应用存在需求，因此本课题研究将会带来较好的经济效益和社会效益。 本文首先从电磁场与能量传输的角度，分析射频识别系统天线的辐射模式及其性能参数。运用电磁感应的经典理论，解剖长距离HF射频识别系统实质，并导出系统关键参数的计算方法。详细探讨无源射频识别系统的两种基本通信机制。 其次，分析射频识别系统基带信号与频带信号的特性，以及信道噪声与干扰的特点，指明信号的潜在影响因素。然后讨论松耦合的微弱反射信号检测方法，提出有效的信号增强与滤波方法，进一步运用小波分析法提升检测灵敏度。 第三，以环形天线为主要研究对象，提出读写器天线性能的几种优化方案，并导出关键参数计算与测量方法。分析不同材料的标签天线性能，提出改进标签性能的方法。提出天线馈电的实用工程匹配法，并实测分析天线性能。 第四，研究长距离射频识别技术的电磁兼容安全问题。对比不同的HF频段射频识别技术规范，分析其优缺点，进而探讨射频识别多协议兼容通信技术。 第五，分析射频识别无线通信的防冲撞问题。运用随机过程理论，剖析通信冲撞问题。对比分析现有防冲撞算法的不足之处，提出改进的二进制搜索算法，并验证算法性能与效率。 最后，提出一种可行的长距离HF射频识别读写器设计方案。从硬件和软件设计方面具体阐述技术细节。

论文目录

  • 华南理工大学 学位论文原创性声明
  • 学位论文版权使用授权书
  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 研究背景
  • 1.2 课题研究意义
  • 1.3 国内外研究现状
  • 1.3.1 RFID发展历程
  • 1.3.2 RFID技术应用
  • 1.3.3 RFID技术研究
  • 1.3.4 标准化概况
  • 1.4 射频识别系统组成与分类
  • 1.4.1 RFID系统组成
  • 1.4.2 RFID系统分类
  • 1.5 课题的主要研究工作
  • 1.6 论文的组织结构
  • 第二章 射频识别电磁场原理分析
  • 2.1 引言
  • 2.2 电磁场基本关系
  • 2.3 能量传输关系
  • 2.4 天线场强模型
  • 2.4.1 电流元模型
  • 2.4.2 环形天线
  • 2.5 天线性能指标
  • 2.6 电磁耦合原理
  • 2.6.1 感应定律
  • 2.6.2 磁场强度计算
  • 2.6.3 耦合系数计算
  • 2.7 射频识别通信机制
  • 2.7.1 反射调制
  • 2.7.2 负载调制
  • 2.8 本章小结
  • 第三章 RFID信号分析与处理算法提升
  • 3.1 引言
  • 3.2 RFID基带信号分析
  • 3.3 RFID频带信号分析
  • 3.3.1 频带传输过程
  • 3.3.2 数字调制选型
  • 3.3.3 调制性能比较
  • 3.4 RFID频谱分析
  • 3.4.1 随机序列功率谱
  • 3.4.2 信道噪声
  • 3.4.3 码间串扰与消除
  • 3.5 微弱反射信号检测
  • 3.5.1 信噪比增强
  • 3.5.2 滤波器构建
  • 3.5.3 小波分析与噪声抑制
  • 3.6 本章小结
  • 第四章 RFID天线设计与优化
  • 4.1 引言
  • 4.2 设计优化的前提
  • 4.3 读写器天线设计
  • 4.3.1 设计要求
  • 4.3.2 环形天线
  • 4.3.3 品质因数要求
  • 4.4 读写器天线优化
  • 4.4.1 反射增强天线
  • 4.4.2 同相耦合天线
  • 4.4.3 反相耦合天线
  • 4.4.4 回旋型双天线
  • 4.4.5 互补型双天线
  • 4.4.6 全方位的标签识读
  • 4.5 标签天线性能优化
  • 4.5.1 设定实验条件
  • 4.5.2 标签性能衡量
  • 4.5.3 性能优化方法
  • 4.6 环形天线馈电匹配
  • 4.6.1 阻抗变换原理
  • 4.6.2 实用工程匹配法
  • 4.7 天线实测分析
  • 4.8 本章小结
  • 第五章 系统规范与多协议兼容技术
  • 5.1 引言
  • 5.2 系统频率规范
  • 5.3 电磁兼容要求
  • 5.3.1 欧盟EN300330
  • 5.3.2 德国17TR2100
  • 5.3.3 美国FCC第15部分
  • 5.3.4 我国的相关标准
  • 5.4 HF射频识别技术规范比较
  • 5.4.1 基本要求
  • 5.4.2 编码与调制
  • 5.4.3 防冲撞协议
  • 5.4.4 ISO18000-3
  • 5.5 多协议兼容技术
  • 5.6 本章小结
  • 第六章 系统防冲撞技术研究
  • 6.1 引言
  • 6.2 无线多址通信
  • 6.3 电子标签的防冲撞
  • 6.3.1 ALOHA法原理及其改进
  • 6.3.2 二叉树随机延迟法
  • 6.3.3 随机计数延迟法
  • 6.4 防冲撞算法的数学分析
  • 6.5 二进制搜索法的分析与改进
  • 6.5.1 Manchester编码与防冲撞
  • 6.5.2 防碰撞指令
  • 6.5.3 二进制搜索法分析
  • 6.5.4 基于1位碰撞位的判断改进法
  • 6.5.5 基于动态碰撞位的轮询改进法
  • 6.6 本章小结
  • 第七章 长距离HF读写器的设计与实现
  • 7.1 引言
  • 7.2 系统基本组成
  • 7.3 处理器选型
  • 7.4 硬件电路设计
  • 7.4.1 编码与调制的SoC设计
  • 7.4.2 功率放大与匹配网络
  • 7.4.3 接收检测
  • 7.4.4 节点波形实测
  • 7.5 软件流程设计
  • 7.6 本章小结
  • 结束语
  • 1.论文研究工作总结
  • 2.待研究的问题与展望
  • 参考文献
  • 攻读学位期间发表的与学位论文内容相关的学术论文
  • 致谢

    • 相关论文文献

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