（信号与信息处理专业论文）基于uhf+rfid的实验平台设计.pdf

原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的科研成果。 对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：舀亟 e t 期： 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：丝导师签名：互厶盈日 期：型z ：主：型 山东大学硕士学位论文 目录 摘要1 a b s t r a c t 3 第一章 绪论5 1 1 r f i d 技术概述5 1 1 1r f i d 技术介绍及分类5 1 1 2r f i d 技术优势6 1 1 3 r f i d 应用概况6 1 2r f i d 技术应用于物联网7 1 2 1 r f i d 与物联网7 1 2 2r f i d 技术难关8 1 2 3 r f i d 发展趋势8 1 3 本课题研究意义一8 1 3 1 课题研究的需求和意义9 1 3 2 课题研究的难题9 1 4 本文的结构安排1 0 第二章 u h fr f i d 实验平台概述1 1 2 1 超高频r f i d 实验平台与国际标准1 1 2 1 1 超高频r f i d 国际标准1 1 2 1 2 实验平台的基本规格12 2 2 超高频r f i d 实验平台的组成1 2 2 2 1 实验平台硬件组成1 2 2 2 2 实验平台软件设计1 4 2 3 实验平台的实验环境及其优势1 6 2 3 1 实验平台的实验环境1 6 2 3 2 实验平台的优势17 2 4 本章小结18 山东大学硕士学位论文 第三章u h fr f i d 实验平台硬件设计1 9 3 1 电源系统电路设计1 9 3 1 1交流转直流( a c d c ) 电源设计1 9 3 ，1 2 直流降压( d c d c ) 电源设计2 l 3 2 射频系统电路设计2 3 3 2 1 发射接收结构2 3 3 2 2 发射接收电路设计。2 6 3 3 控制系统电路设计3 5 3 3 1a d d a 信号数字化电路设计3 5 3 3 2m c u 控制电路设计3 7 3 3 3外部接口电路设计4 0 3 4 板级电路布线4 2 3 4 1 射频信号线设计4 2 3 4 2 电源、信号布线设计“ 3 5 本章小结4 6 第四章 u h fr f i d 实验平台软件设计4 7 4 1 底层固件程序设计4 7 4 1 1 a s 3 9 9 2 控制4 8 4 1 2f p g a 控制j 5l 4 2p c 端软件设计5 3 4 2 1中间件设计5 3 4 2 2 应用程序设计一5 7 4 3 本章小结6 2 第五章 u h fr f i d 实验平台应用6 3 5 1u h fr f i d 基础教学实验6 3 5 1 1 基础电路实验6 3 5 1 2 调制编码实验6 5 山东大学硕士学位论文 5 1 3 命令协议实验6 6 5 2u h fr f i d 拓展实验6 8 5 2 1 标签模拟设计6 8 5 2 2 数据处理实验6 9 5 3 本章小结7 1 第六章总结与展望7 2 参考文献7 3 致谢7 7 攻读硕士期间论文及其他成果7 8 i i i 山东大学硕士学位论文 c o n l 卫n t s a b s t r a c t ( c h i n e s e ) 1 a b s t r a c t ( e n g l i s h ) 3 c h a p t e r1i n t r o d u c t i o n 5 1 1i n t r o d u c t i o no fi 己f i d 5 1 1 1i n t r o d u c t i o na n dc l a s s i f i c a t i o no fi 己f i d 。5 1 1 2 a d v a n t a g eo fr f i d 6 1 1 3 a p p l i e a t o no f r f i d 6 1 2i n t e r n e to f t h i n g sa n dr f i d 7 1 2 1r f i da n d1 0 t 7 1 2 2 d i f f i c u l t yo f r f i d 8 1 2 3 d e v e l o p m e n tt e n d e n c yo f r f i d 8 1 3s i g n i f i c a n c eo f t h i sp r o j e c t 8 1 3 1 m a r k e t i n go f t h i sp r o j e c t 9 1 3 2d i f f i c u l t yo f t h i sp r o j e c t 9 1 4s t r u c t u r eo f t h i sa r t i c l e 1 ( ) c h a p t e r 2i n t r o d u c t i o no fu h fr f i d p l a t f o r m 11 2 1u h fr f i dp l a t f o r ma n di n t e r n a t i o n a ls t a n d a r d 11 2 1 1 i n t e r n a t i o n a ls t a n d a r d 1 1 2 1 2s t a n d a r do f e x p e r i m e n t a lp l a t f o r m 1 2 2 2 c o m p o s i t i o no f p l a t f o r m 1 2 2 2 1h a r d w a r e 1 2 2 2 2s o f t w a r e 1 4 2 3 e x p e r i m e n t a lp l a t f o r ma n da d v a n t a g e s 16 2 3 1 e x p e r i m e n te n v i r o n m e n t 16 2 3 2 a d v a n t a g e s 1 7 2 4 s u m m a r y 18 i v 山东大学硕士学位论文 c h a p t e r3h a r d w a r ed e s i g n i n g 19 3 1 d e s i g n i n gp o w e rc i r c u i t 1 9 ：；1 1 d e s i g n i n g a c d cc i r c u i t 1 9 3 1 2 d e s i g n i n gd c p d c c i r c u i t 2 1 3 2d e s i g n i n gr fc i r c u i t 2 3 3 2 1 d u r eo fs e n d i n ga n dr e c e i v i n g 2 3 3 2 2 d e s i g n i n gs e n d i n ga n dr e c e i v i n gc i r c u i t 2 6 3 3 d e s i g n i n gc o n t r o l i n gc i r c u i t 3 5 3 3 1 d e s i g n i n ga d d ac i r c u i t 3 5 3 3 2 d e s i g n i n gm c u c i r c u i t 3 7 3 3 3 d e s i g n i n ge x t e r n a lc o n n e c t o r 4 0 ：；4p c b l a y o u t 4 2 ：；4 1 r fs i g n a lw i r e 4 2 ：；4 2p o w e ra n ds i g n a lw i r e 4 4 3 5 s u m m a r y 4 6 c h a p t e r4s o f t w a r ed e s i g n i n g 4 7 4 1 d e s i g n i n gf i r m w a r e 4 7 4 1 1a s 3 9 9 2c o n t r o l l i n g 4 8 4 1 2f p g a c o n t r o l l i n g 5 1 4 2p cs o f t w a r ep r o g r a m m i n g 5 3 4 2 1 d e s i g n i n gm i d d l e w a r e 5 3 4 2 2 d e s i g n i n ga p p l i c a t i o ns o f t w a r e 5 7 4 3 s u m m a r y 6 2 c h a p t e r5a p p l i c a t i o no f p l a t f o r m 6 3 5 1 b a s i ce x p e r i m e n t 6 3 1 ；1 1b a s i cc i r c u i t 6 3 1 ；1 2m o d u l a t i o na n d c o d i n g 一6 5 v 山东大学硕士学位论文 5 1 3 a g r e e m e n ta n do r d e r 6 6 5 2e x t e n s i o ne x p e r i m e n t 6 8 5 2 2d a t ap r o c e s s i n g 6 9 5 3 s u m m a r y 7 1 c h a p t e r6s u m m a r ya n do u t l o o k 7 2 r e f e r e n c e s 7 3 a c k n o w l e d g e m e n t s 7 7 p a p e r sa n d o t h e r a c h i e v e m e n t s 7 8 v i 山东大学硕士学位论文 摘要 射频识别( r f i d ，r a d i of r e q u e n c yi d e n t i f i c a t i o n ) 技术是- - 1 3 融合了多学科 的应用技术，涵盖了微波电磁学理论、通信原理、嵌入式系统以及集成电路等技 术。其主要是通过电磁波技术与标签传输信息，其中的无源标签可以依靠信号中 的能量工作；集成电路技术的发展使得r f i d 技术中的器件体积越来越小，功耗 越来越低，性能越来越好。而与嵌入式技术的结合使得应用方式更灵活，应用范 围更广。现在r f i d 已经广泛应用于交通管制、门禁安防、工业自动化等众多行 业，明显成为一项新的经济增长点。近几年来r f i d 在物联网应用中的表现更是 受人瞩目，是构建物联网的传感网络中不可或缺的一部分，其标签的封装多样性 完全适用于附着在各式各样的物品上。 物联网( i n t e m e to f t h i n g s ) 就是通过网络将物与物、人与物联系起来，达到 信息共享、智能管理的目标。起初r f i d 技术只是应用在组建传感网络中，对于 传输网络和智能管理网络则是有心无力。但是随着网络技术和嵌入式技术的发展， 这三层理论上的网络结构在实际应用中已经不那么明显。r f i d 技术结合嵌入式 系统完全可以实现一套简易、小型的物联网，而且方便扩展，完全可以在硬件不 变的基础上结合p c 端的软件或者服务器端的数据库，就能形成一套比较完整的 物联网系统。本次设计虽然注重于r f i d 单项技术，但是同时也留下许多可方便 与嵌入式系统结合的接口，例如网络接口，c a n 总线协议以及常用的r s 2 3 2 和4 8 5 总线。除此之外，还加入专用芯片设计和提供低功耗设计方法。 本课题的研究内容主要是设计一套超高频( 9 1 5 m h z ) 的r f i d 实验平台，其 中包括超高频射频电路的设计、测试电路的设计、协议的功能和演示设计以及防 碰撞算法的实现。其中射频电路和协议的实现只是实验平台的根本，在此基础上， 加入了测试电路，方便演示和实验；并对协议进行拆解处理，方便学习；同时在 程序实现的时候留出防碰撞算法的接口，方便学生通过平台测试自己的防碰撞算 法。同时为了实现低功耗设计，本次平台还加入了专用芯片的设计方案，可方便 山东大学硕士学位论文 实现低功耗的设计。结合调试系统时所遇到的问题以及平台所特有的电路结构， 在第五章节描述了进行不同实验时电路的最佳结构。 本文依次从方案确定、芯片选取、电路设计以及程序实现等方面，结合理论 和实际应用讲解设计的方法和理由。 2 关键字：超高频、r f i d 、实验平台、嵌入式系统 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t r a d i of r e q u e n c yi d e n t i f i c a t i o ni sk na p p l i c a t i o nt e c h n o l o g y i n c l u d i n gm a n y c o u r s e sw h i c hc o m p r i s eo fm i c r o w a v e ，c o m m u n i c a t i o n , e m b e d d e ds y s t e ma n di c i t u s e sm i c r o w a v et oc o m m u n i c a t ew i t ht a g s s o m eo ft h e ma ren op o w e r t a g sw h i c h w o r ko nt h ep o w e rf r o ms i g n a li nm i c r o w a v e w i t ht h e d e v e l o p m e n to fi n t e g r a t e d c i r c u i t ，b o t hr e a d e r sa n dt a g sb e c o m es m a l l e r , w o r kb e t t e ra n dn e e dl o w e rp o w e r b e s i d e s ，e m b e d d e ds y s t e mm a k e sa p p l i c a t i o no fr f i de a s i e ra n dw i d e r n o w a d a y s ， r f i di sw i d e l yu s e di nt r a f f i cm a n a g e m e n t ，a c c e s ss e c u r i t y , i n d u s t r ya u t o m a t i o na n d s oo n ，w h i c hh a sb e c o m ea ne c o n o m i cg r o w t hp o i n t r f i dh a sb e e na ni m p o r t a n t p a r t i nt h ei n t e m e to ft h i n g s v a r i e t i e so ft a g sa lev e r ya p p r o p r i a t et ob ec o n n e c t e dt o a l l s o r t so ft h i n g s i n t e r a c to ft h i n g sw h i c hc o n n e c t st h i n g st ot h i n g sa n dp e o p l et ot h i n g sv i ai n t e r n e t i st oa c h i e v es h a r i n gi n f o r m a t i o na n di n t e l l i g e n c em a n a g e m e n t i nt h eb e g i n n i n g ，r f i d w a su s e dt ob u i l ds e n s o rn e t w o r ka n dc o u l dn o th e l pc o m m u n i c a t i o nn e t w o r ka n d i n t e l l i g e n c em a n a g e m e n t b u tw i t ht h ed e v e l o p m e n to fi n t e m e tt e c h n o l o g ya n d e m b e d d e ds y s t e m ，t h et h r e en e t w o r k si nt h et h e o r yc a nb et o g e t h e ri nt h ep r a c t i c a l a p p l i c a t i o n i n c o r p o r a t i o nw i t he m b e d d e ds y s t e m ，r f i dc a nb eas m a l la n ds i m p l en e t t om a n a g et h i n g s ，a n dc o n v e n i e n tt oc o m b i n ew i t hs o f t w a r eo nt h ec o m p u t e ro r d a t a b a s eo nt h es e r v e r a l t h o u g ht h i sp r o j e c tf o c u so nt h es i n g l et e c h n o l o g y , i ta l s o i n c l u d e ss e v e r a lc o n n e c t o r sw h i c hh e l pc o m m u n i c a t ew i t he m b e d d e ds y s t e m ，w h i c h i n c l u d ec a l lb u s ，t c p i pr s 2 3 2a n ds oo n m a t sm o r e i ta l s oi n c l u d e sa s i c d e s i g n i n ga n dl o wp o w e rd e s i g n i n g t h ep u r p o s eo ft h i sp r o je c ti st od e s i g na ne x p e r i m e n t a lp l a t f o r mf o rr f i da t 915 m h z ，w h i c hi n c l u d e sd e s i g n i n gr fc i r c u i t s ，d e s i g n i n gt e s t i n gc i r c u i t s ，a g r e e m e n t p r o g r a m m i n g ，a n t i c o l l i s i o na l g o r i t h ma n ds oo n r fc i r c u i t sa n da g r e e m e n t s 3 山东大学硕士学位论文 p r o g r a m m i n ga r et h eb a s i co f p l a t f o r m a n do nt h i sb a s i s ，t e s t i n gc i r c u i t sh e l p s t os h o w t h eo p e r a t i n gp r i n c i p l eo fc i r c u i t s ，a n da tt h es a m et i m ei ti sc o n v e n i e n tt ol e a r ne p c a g r e e m e n ta n dt e s ty o u ro w na n t i - c o l l i s i o na l g o r i t h m t h i sp r o j e c ta l s oi n c l u d e sau h f r f i dr e a d e rd e s i g n e d 埘t l lac h i p - a s 3 9 9 2 ，w h i c hi su s e dt oa c h i e v el o wp o w e rd e s i g n c o m b i n e do f e x p e r i e n c ef r o mt e s t i n gt h ep l a t f o r ma n d t h ec i r c u i ts t r u c t u r e ，t h i ep a p e r d e s c r i b e sb e t t e rc i r c u i ts t r u c t u r es u i t a b l et od i f f e r e n te x p e r i m e n t s t h i sa r t i c l et e l l st h e d e s i g n i n gf l o wo ft h i sp r o j e c ti nf o u ra s p e c t sw h i c ha r ec o n f i r m i n gs t r u c t u r e ，c h o o s i n g c h i p s ，d e s i g n i n gc i r c u i t sa n dp r o g r a m m i n g k 呵w o r d s ：u l t r ah i g hf r e q u e n c y , r f i d ，e x p e r i m e n t a lp l a t f o r m ，e m b e d d e d s y s t e m 4 山东大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1r fid 技术概述 r f i d 是利用无线电通信技术将标签中的数据信息传输到读写器中【l 】。标签可 以附在物品上，内部的存储器用来存储物品的编号用来代表物品的属性，而读写 器可以放置于门户、手持式计算机或者是叉车上，利用读写器，就可以通过读取 标签内部的数据来识别物品【。现在无论是新闻、全球零售行业还是运货公司， 甚至国防也将在未来的供应链和货物管理中应用r f i d ，如此小巧的技术可以创 造出巨大价值。从识别、追踪到管理所有事物，r f i d 的触角无处不在。 1 1 1r f id 技术介绍及分类 r f i d ( 全称r a d i of r e q u e n c yi d e n t i f i c a t i o n ) 是微型计算机芯片技术，芯片只 有沙粒那么大，甚至更小，通过微型天线远距离传输信息。基本上由标签和读写 器构成，标签用来表示将要被识别的物品，而读写器用来采集标签信息，并且可 以将信息写入标签存储起来。在读写器所要求的范围之内，任何标签都可以接收 到数据，这是因为每个标签都内置了一个能接收预定频率信号的天线。标签使用 传输信号所附带的能量工作，将自身的信息调制到接收信号上并将其反射回去， 这样读写器就能接收到标签的信息了。 根据耦合方式不同将r f i d 技术分为两大类： 电感耦合，即：磁耦合 磁耦合方式下的标签几乎都是无源的，能量是从读写器形成的磁场上耦合得 到的，由于读写器产生的磁场强度受到有关标准的限制，所以系统的工作距离比 较近，一般在l m 以内。常用的工作频率是1 2 5 k h z 和1 3 5 6 m h z 。 反向散射耦合，即：电磁场耦合 此方式得益于雷达技术。由于工作的频率越高，目标的反射性能越好，所以 电磁场耦合方式下的工作频率一般是u h f ( 9 0 0 m h z ) 和s h f ( 2 4 g h z ) 。读写器 发射出去的能量，一部分被标签吸收，另一部分被标签调制后反射回了读写器的 山东大学硕士学位论文 发射天线中【习( 一般读写器的发射、接收共用一个天线) 。 根据工作频率不同可分为四大类【3 】： 低频( l f ) ：为1 2 5 k h z 和1 3 5 k h z ，主要用于门禁； 高频( 耶) ：为1 3 5 6 m h z ，主要用于门禁、图书管理； 超高频( u i 邗) ：为4 3 3 m h z 和8 6 6 - 一9 6 0 m h z ，主要是用于物品追踪； 微波( m w ) ：为2 4 5 g h z 和5 8 g h z ，主要用于不停车收费； 1 1 2r f i d 技术优势 r f i d 技术具有许多不可替代的优点，比其他技术更适合于创建物联网。 完全不需要在可视的情况下才能读取数据，节省了排列项目的时间； 标签的封装可以多种形式，方便于安置在不同的坏境中； 因为使用无线电通讯，通常的纸张、包装袋等非金属材料是不会影响货 物的检索，非常的方便； 现在完全可以实现一个读写器盘存多个标签，使在同一时间下扫描多个 货物成为可能，大大提高了检索货物的效率； 标签可内置小型存储器，既方便存储大量的数据，提供较强的识别能力， 又能重复擦写，用在反复使用的场合。例如：集装箱。 1 1 3r f id 应用概况 相对于条码，r f i d 读写器无需对准便能迅速读取数据，是一个更好的选择。 r f i d 正帮助商家在竞争激烈的市场中赢得时间，更好的识别、追踪和管理存货 在供应链上的业务流程。 i n t c r m e c 的i s o 和g e n 2 标准允许标签在任何一个国家使用。在此之后的每 个供应链上，如果不希望被角逐出局，都必须符合并遵守此类标准。预计几年后， 如果没有此标准，零售业基本无法存活。同时r f i d 改变了传统意义的供应链运 作模式，它的作用远远超于只是计算物品数量，一些读写器可根据客户的实际需 求来特定某些智能的程序，帮助现有的商业变得更有效率。很多啤酒公司已经在 酿造啤酒、运输啤酒到啤酒厂过程中开始使用r f i d 来追踪整个物流运输环节： 沃尔玛已经利用智能管理系统开始节省成本，这样将使商品降低价格；而波音飞 6 山东大学硕士学位论文 机更是利用r f i d 来检测飞机的基础建设，并把故障检测出来。在需求日益增多 的今天，r f i d 技术对每个客户或是每个业务而言，将是一项不可缺少的技术。 1 2r f i d 技术应用于物联网 物联网( 又名：传感网) 这一概念正悄然走进我们的生活，人与物、物与物 之间的交流范围变得更加广泛。人们通过安装在物体上的r f i d 等信息传感技术 与互联网结合起来从而形成一个巨大的网络，所有的物品都与网络连接在一起 4 1 ， 方便识别和管理，使得生活智能化、城市现代化、工业自动化、农业简易化。我 们将会真正进入到一个无所不在的“物联网 通信时代【4 j 。 1 2 1r f id 与物联网 从物联网的角度来看，就是物与物的链接，大致可分为三层网络结构： 传感技术网络，即是：通过二维码、r f i d 等技术实现“物 的识别【3 】； 通讯技术网络，即是：利用现有的互联网等各种网络实现数据的交换； 应用层网络，顾名思义，在这一层次上实现各种智能管理； 物联网在中国的发展起步较早，国家中长期科学与技术发展规划( 2 0 0 6 2 0 2 0 年) 将物联网列入重点研究领域【5 】。2 0 0 9 年8 月7 日，国务院总理温家宝视察 无锡研发中心时，极力督促建立“感知中国”中心。同年9 月1 1 同，“感知中国 高峰论坛在北京举行。2 0 1 1 年1 2 月9 日，物联网“十二五 规划正式印发，规 划的出台更多的是增强了物联网发展专项资金的规模，主要是为了攻克一批物联 网的核心技术，形成较为完善的物联网产业链。 r f i d 技术的众多优点中，其多样化的封装和能够提供大量的识别数据是非 常适用于物联网对多种多样的物品进行控制和管理，目前r f i d 技术已经应用在 安防、零售、铁路等领域。但是r f i d 技术在这些领域的应用都有各自领域的特 殊性，拥有各自的协议和标准，导致了很难兼容，信息更是难以相互交流和共享。 而物联网的需求正好相反，非常需要各行各业数据的实时交互，从而实现全球范 围的信息共享。国家政府的大力支持和科研人员的不懈努力形成了我国物联网标 准体系，其中多项提案也被国际标准化组织采纳，极大的促进了各行业r f i d 数 据的统一和共享【6 1 。 7 山东大学硕士学位论文 物联网时代即将来临，r f i d 技术以自身不可替代的多项优点，将得到更加 广泛的应用。 1 2 2盱i d 技术难关 虽然r f i d 技术已经比较成熟，但是对于将其应用于物联网当中，还存在着 一些技术难题急需解决。 当多个物品堆积时，由于标签间的相互干扰所带来的碰撞问题，从而导 致读写器的识别率下降，这也是r f i d 应用在超市当中的一大难关； 多个读写器同时读取标签时的重复问题，是r f i d 应用在仓库货物盘存 时所需要解决的问题【刀； 标签所附物品的介质对电磁信号的影响，这是非常重要的问题，尤其是 金属介质对电磁波的屏蔽； 对于以上问题的解决方案并不能一蹴而就，而是要在先人的基础上总结经验， 在实际应用中不断测试并验证新型的解决方案，以达到更好的效果。 1 2 3p , f i d 发展趋势 与物联网的结合将极大促进r f i d 技术的发展，同时也为r f i d 技术的应用 指定了方向【6 】。 标签封装样式更加多样化，同时通讯能力更强，受金属、潮湿材料的影 响更小； 读写设备的功能更加复杂，不仅仅是读写、记录标签数据信息，还可以 实现数据协议的转换，甚至多个读写器在一定范围内借助与标签的信道 实现相互通讯； 读写器将慢慢的自成一套系统，嵌入式系统的发展使读写器不再仅限于 传感网络一层，更可与l p v 6 、云计算等技术结合，自行实现接入物联网 和智能管理，手持式设备将是发展的一大方向。 1 3 本课题研究意义 随着物联网的发展，各个高校也分别开放了物联网课程，随之而来的是各种 物联网实验箱的出现。例如：无线龙公司的u s n w s n r f i d 一体化实验平台， 山东大学硕士学位论文 这套系统是将u s n ( u b i q u i t o u ss e n s o rn e t w o r k ) 、w s n ( w i r e l e s ss e n s o rn e t w o r k ) 、 r f i d 集成到了一个实验箱体中，相当于一个简易版的物联网的网络架构。因为 侧重点不同，类似的这样平台( 例如：利尔达的物联网实验箱) 更倾向网络架构 实现，对于学习r f i d 技术帮助不是很大。 1 3 1课题研究的需求和意义 对于专注于r f i d 单项技术学习的实验平台，现在很多公司也在做，市场上 也出现了一些，但是高频实验箱居多，像本课题研究的u h f 频段( 9 1 5 m h z ) 的 实验箱屈指可数，而且出现的那几套系统和先施、远望谷这些公司开发的u h f 读写器很相似，学生只能在相应平台上做些防碰撞算法和协议实验，对于复杂的 射频电路无从下手，因为在这射频频段直接的低端仪器测试已经不能使用，而是 需要实验平台留出相应的匹配接口，这也是实验平台的难点所在。 本课题设计的意义在于在完成射频电路设计的同时，自主设计了相应的测试 电路、电脑软件测试平台。设计的特点在于将整套系统分成单独的模块，每一模 块都分别完成单独的基本功能，然后辅以匹配连接电路将这些模块组合起来，就 能完成u h fr f i d 的电路实现。同时测试电路是必不可少的，在连接的过程中， 可加入测试电路模块，方便观察模块之间各个节点的工作情况。 1 3 2课题研究的难题 本课题面临多项技术难题。首先射频电路的设计关键在于紧凑并加入屏蔽， 防止过多的噪声引入，而本课题恰恰相反，将实现整个流程的电路打碎，形成多 个功能单一的模块，方便学生组装学习，难点在于匹配电路和滤波器的设计，尽 量减小e m i 、e m c 和噪声；其次就是测试电路的设计，为了方便学生测试学习， 这项电路设计是必不可少的，难点就在于当学生接入测试仪器的时候，防止仪器 本身的阻抗引起电路本身的失配，而且电路内部有多处反馈环且处于射频频段， 容易发生自激；最后的一项难关就是软件的实现，既然是学习平台，协议的实现 只是根本，关键在于将协议拆解实现，方便学习读写标签的整个工作流程，同时 留出软件接口，方便学生实现自己的防碰撞等算法。 9 山东大学硕士学位论文 1 _ 4 本文的结构安排 本文主要分别从硬件和软件方面讲述设计的理由和优点。 第一章：绪论，讲述了射频识别技术的优势、发展状况以及与物联网的完美 结合，并对本文内容做了大概的介绍； 第二章：u h fr f i d 实验平台概述，着重讲解了本系统的整体架构和所能提 供的实验环境，并解释了本架构的功能和优点； 第三章：u h fr f i d 实验平台硬件设计，主要介绍平台硬件电路设计； 第四章：u h fr f i d 实验平台软件设计，主要介绍平台软件系统设计； 第五章：u h fr f i d 实验平台应用，主要讲述了利用此平台能够完成的实验， 同时其灵活性支持学生自己设计实验； 第六章：总结和展望，整体介绍了本平台的设计结构，并对r f i d 技术的发 展做了展望。 l o 山东大学硕士学位论文 第二章u h fr f i d 实验平台概述 本系统的主要目标是设计唧r f i d 实验平台，方便学生学习u h f 频段的 r f i d 技术。该平台主要包括实验箱和p c 端软件设计两部分。实验箱主要是以分 立器件与f p g a 相结合的方式，同时也兼容专用芯片a s 3 9 9 2 方式来实现标签的 读写。设计时对于芯片的选择主要是从功能实现和低功耗两方面考虑，因为低功 耗方案是手持式设备所必须的，是r f i d 技术应用的主流方向。 2 1 超高频r f i d 实验平台与国际标准 随着r f i d 技术和物联网的快速发展，r f i d 技术自身的标准也层出不穷，这 些标准当中既有r f i d 本身的技术标准，也有r f i d 在各行各业的应用标准踟。本 次设计只注重技术标准以及部分关于性能的测试标准，对于行业间的应用标准会 有提及但是不会深入探讨。 2 1 1 超高频r f id 国际标准 由绪论中的r f i d 技术分类可知，r f i d 包括多种频段，而本次设计只是集中 在超高频频段中的8 6 0 m h z - 9 6 0 m h z