rfid接收模块设计仿真 文献综述

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---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------RFID接收模块设计仿真+文献综述23/23 ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------RFID接收模块设计仿真+文献综述23/23 ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------RFID接收模块设计仿真+文献综述23/23 ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------摘要射频识别技术作为一项先进的自动识别和数据采集技术，被认为是21世纪十大重要技术之一，在生产制造、销售流通、公共安全等领域有着广阔的应用前景。915MHz射频识别系统有着阅读距离远、阅读速度快等优点，是目前国际上RFID产品研究与应用的热点。本论文介绍了RFID国内外的发展状况，概括了RFID的基本原理，研究了ISO18000-6协议的基础上对RFID接收模块进行了总体的方案设计，其中包括：接收机方案的选择，器件的选型分析等。用ADS软件根据芯片的参数要求对接收电路系统进行仿真。10850关键词：RFID接收模块系统仿真毕业设计说明书（论文）外文摘要TitleRFIDReceiverModuleDesignAbstractRadiofrequencyidentificationtechnologyasaadvancedautomaticidentificationanddatacollectiontechnology,wasconsideredtobeoneofthetenimportanttechnologiesofthe21stcentury.Ithasbroadapplicationprospectsinthemanufacturing,marketinganddistribution,publicsafetyandotherfields.915MHzradiofrequencyidentificationsystemhasreadingdistance,readingspeedadvantages,isinternationalhotspotofresearchandapplicationofRFIDproductsasnow.AccordingtoISO18000-6protocol,thisarticledescribesthedevelopmentofRFIDathomeandabroadandsummarizesthebasicprinciplesofRFID,describestheoverallprogramdesignofRFIDreceivermodule.Wearebasingonthe23/23 ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------parameterrequirementsofthechiptoconductsimulationusingtheADSsoftware.Keywords;RFIDReceivermoduleSystemSimulation.目次1绪论11.2RFID技术的发展史11.3RFID基本技术参数323/23 ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------射频识别以无线的方式进行双向通信，其最大的优点在于非接触，可实现批量读取和远程读取，可实现真正的“一物一码”。这种系统可大大简化物品的库存管理，满足信息流量不断增大和信息处理速度不断提高的要求。射频识别技术是一种革命性的技术，即可将所有可能的物品信息通过RFID连接到网络上。在可以预见的时间内，RFID将得到广泛的应用，但它可能会与其他的识别方式(如条形码)长期共存。这种射频标签和条形码适用于不同的场合，各有其优势。对极低成本的物品的标识，条形码优势显著。对高速、多目标同时识别的环境、以及实现自动化，射频识别技术具有明显的优势。正是基于RFID上述优点，本文将进行RFID接收模块进行专门的研究和设计。1.223/23 ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------RFID技术的发展史RFID的最早应用开始于第二次世界大战期间，至今已有60多年的历史，最早使用RFID技术的是美国国防部军需供应局。早在二战时，它就被应用于识别自家和盟军的飞机，但由于其昂贵的价格抑制了其广泛的应用。在美对伊拉克的战争中，这个技术再一次得到了真正的检验，由于采用了RFID技术，美军实现了对战略物资的准确调配，保证的前线弹药和物资的准确供应。按照RFID技术的发展过程可分为：1940-1950年：雷达的改进和应用催生了射频识别技术，1948年奠定了射频识别技术的理论基础。1950-1960年：早期射频识别技术的探索阶段，主要处于实验室实验研究。1960-1970年：射频识别技术的理论得到了发展，开始了一些应用尝试。1970-1980年：射频识别技术与产品研发处于一个大发展时期，各种射频识别技术测试得到加速。出现了一些最早的射频识别应用。1.323/23 ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------RFID基本技术参数可以用来衡量射频识别系统的技术参数比较多，比如系统使用的频率、协议标准、识别距离、识别速度、数据传输速率、存储容量、防碰撞性能以及电子标签的封装标准等。这些技术参数相互影响和制约。其中，读写器的技术参数有：读写器的工作频率、读写器的输出功率、读写器的数据传输速度、读写器的输出端口形式和读写器是否可调等；电子标签的技术参数有：电子标签的能量要求、电子标签的容量要求、电子标签的工作频率、电子标签的数据传输速度、电子标签的读写速度、电子标签的封装形式，电子标签数据的安全性等。（1）RFID系统的传输功率RFID信号通过信道会受到各个方面的衰减损失。RFID系统中信道对信号的影响可以分为三类:A自由空间路径损失，描述的是大尺度区间内接收信号强度随发射道接收距离而变化的特性；B23/23 ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------阴影衰落，又称大尺度衰落或者慢衰落或长期衰落，它描述中等尺度区间内信号电平中值的慢变化特性，按对数正态分布，它是由于传输环境中建筑物和其他障碍物对电波的阻塞或者遮蔽而引起的衰落；C小尺度范围的多径衰落，又称为短期衰落，是由于多径散射产生的，它描述小尺度区间内接收信号场强的瞬时值的快速变化特性。(2)工作频率工作频率是射频识别系统最基本的技术参数之一。工作频率的选择在很大程度上决定了射频识别系统的应用范围、技术可行性以及成本的高低。从本质上说，射频识别系统是无线电传播系统，必须占据一定的无线通信信道23/23 ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------。在无线通信信道中，射频信号只能以电磁耦合或者电磁波传播的形式表现出来。因此，射频识别系统的工作性能必然会受到电磁波空间传输特性的影响。从电磁波的物理特性、识别距离、穿透能力等特性上来看，不同射频频率的电磁波存在较大的差异。特别是低频和高频两个频段上。低频电磁波具有很强的穿透能力，能够穿透水、金属、动物等道题材料，但是传播距离比较近。另外，由于频率比较低，可以利用的频带窄，数据传输率较低，信噪比较低，容易受到干扰。（4）数据传输速率对于大多数数据采集系统来说，速度是非常重要的因素。由于当今不断缩短产品生产周期，要求读取和更新RFID载体的时间越来越短。A只读速率RFID只读系统的数据传输速率取决于代码的长度、载体数据发送速率、读写距离、载体与天线间载波频率，以及数据传输的调制技术等因素。传输速率实际应用中产品种类的不同而不同。B23/23 ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------无源读写速率无源读写RFID系统的数据传输速率决定因素与只读系统一样，不过除了要考虑从载体上读取数据外，还要考虑往载体上写数据。传输速率实际应用中产品种类的不同而不同。C有源读写速率有源读写速率决定因素与无源系统一样。不同的是无源系统需要激活载体上的电容来激活载体上的电容充电来通信。很重要的一点是，一个典型的低频读写系统工作速率可能为100字节/s。这样，由于在一个站点上可能会有数百字节数据需要传送，数据的传输时间就会需要数秒钟，这可能会比整个机械操作的时间还长。EMS公司已经通过采用数项独到且专有的技术，设计出一种低频系统，其速率高于大多数微波系统。（5）23/23 ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------安全要求安全要求，一般指的是加密和身份认证。对一个计划中的射频识别系统应该就其安全要求做出非常准确的评估，一边从一开始就排除在应用阶段可能会出现的危险攻击。为此，要分析系统中存在的各种安全漏洞，攻击出现的可能性等。（6）存储容量数据载体存储量的大小不同，系统的价格也不同。数据载体的价格主要是由电子标签的存储容量确定的。对于价格敏感，现场需求少的应用，应该选用固定编码的只读数据载体。如果要向电子标签内写入信息，则需要采用EEPROM或RAM存储技术的电子标签，系统成本会有所增加。通讯中的数据信号的编码和调制方法定义为：(1)23/23 ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------阅读器到应答器之间的通讯传输阅读器发送的数据采用ASK(调制载波幅度)进行调制，调制深度是30%(误差不超过3%)；数据编码采用脉冲宽度编码(PIE)来编码数据。即通过定义下降沿之间的不同宽度来表示不同数据信号。(2)应答器到阅读器之间的传输连接应答器通过反向散射给阅读器来传输信息；数据编码采用FMO编码，数据速率是40kbps。(3)防冲突采用时隙ALOHA算法。TypeB协议和TypeA协议在很多领域都是相似的：(1)阅读器到应答器之间的通讯采用的调制方式也是ASK，而调制深度为30.5%或者100%；编码方式为FM0。(2)应答器到阅读器之间的传输采用反向散射的方式将调制的信息回传给阅读器，调制方式为ASK；编码方式为FM0。(3)防冲突采用自适应二进制树算法。关于ISO/IEC18000-6TypeA和TypeB23/23 ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------协议的指令帧格式及状态转换本文不做讨论。2.2ISO/ICE18000-6TypeC介绍本文主要讨论的系统是基于ISO/IEC18000-6TypeC协议下的，TypeC协议的通讯机制也是基于一种“阅读器先发言”的，即基于阅读器的命令与应答器的回答之间交替发送的机制。下面将就射频通讯格式、指令帧格式、状态图、防冲突机制和指令集及其分类四个方面进行详细的讨论。ISO18000-6标准采用物理层(Signaling)和标签标识层两层分层结构，如图所示。其中物理层主要涉及到RFID频率、数据编码方式、调制格式、RF包络形状及数据速率等问题;标签标识层主要处理阅读器读写标签的各种指令。电子标签从阅读器发出的电磁波中获取能量，阅读器通过调制发送的载波给标签发送信息，并且给标签发送无调制的载波并通过接收标签的后向散射获取标签返回的信息。由此可见，阅读器和电子标签之间的通信是半双工的，标签在后向散射的时候不获取阅读23/23 ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------器的指令。由于是短距无线通信，为了使得标签解调的方便，阅读器到标签之间的通信方式主要是幅度调制，而电子标鉴的后向散射是通过调制阅读器的无调制载波来返回信息，主要的调制方式是幅度调制或者是相位调制。②基带编码格式射频卡到读写器端通信过程中基带编码采用FM0编码或者Miller副载波调制，FM0编码又叫双相间隔码编码(Bi-phasespace)，是在一个位窗内采用电平变化来表示逻辑，如果电平从位窗的起始处翻转则表示逻辑‘1’;如果电平除了在位窗的起始处翻转，还在位窗的中间翻转则表示为逻辑‘0’。3RFID技术分析与接收机方案论证3.123/23 ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------引言射频识别，是一种非接触式自动识别技术，可以通过射频信号自动的识别目标对象，获取相关数据，不需人工接触、不需光学可视即可完成信息输入和处理，并且操作简单快捷。3.223/23 ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------RFID技术的组成射频识别系统通常包含电子标签、读写器、计算机网络三个部分，见图3.1所示。图3.1RFID技术组成（1）电子标签电子标签包含着存储需要被识别物品的相关信息，通常被放置在需要识别的物品上，他所存储的信息通常被射频读写器通过非接触方式读写获取。（2）读写器读写器是利用射频技术读写电子标签信息的设备。读写器读出标签信息可以通过计算机以及网络进行管理和信息传输。（3）计算机网络在射频识别系统中，计算机通信网络通常对数据进行管理，完成通信传输功能。读写器可以通过标准接口与计算机通信网络连接，完成通信和数据连接功能。由图3.1可以看出，在射频识别系统工作过程中，始终以能量作为基础，通过一定的时序方式来实现数据交换。因此在射频识别系统工作的心道中存在着三中事件模型：1、以能量作为基础的事件模型；2、以时序方式实现数据交换的事件模型；3、以数据交换为目的的事件模型。（1）以能量提供作为基础的事件模型读写器向电子标签提供工作能量。对无源电子标签来说，当电子标签离开读写器的工作范围以后，电子标签由于没有能量激活而处于休眠状态。当电子标签进入读写器的工作范围以后，读写器发出能量激活了电子标签，电子标签通过整流的方法将接收到的能量转换为电能存储在电子标签的电容器里面，从而为电子标签提供工作能量。对于有源标签来说，有源标签始终处于激活状态，和读写器发出的电磁波相互作用，具有较远的识别距离。3.223/23 ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------RFID基本工作流程射频识别系统的基本工作流程如下：（1）读写器将无线电载波信号经过发射天线发射出去；（2）当电子标签进入发射天线工作区后，电子标签被激活，将自身信息代码经天线发射出去；（3）系统的接收天线接收电子标签发出的信号，经天线解调器传输给读写器，读写器对接收到的信号进行解调解码，送往后台电脑控制器；（4）电脑控制器根据逻辑运算判断该标签的合法性，针对不同的设定做出相应的处理和控制，发出指令信号控制执行机构的动作；（5）执行机构按电脑的指令工作；（6）通过计算机通信网络将各个监控点连接起来，构成总控信息平台，根据不同的项目可以设计不同的软件来完成要达到的功能。3.323/23 ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------接收方案论证无线通信接收机的主要结构如图3.2所示：图3.2无线通信接收机结构图3.2（a）是超外差接收机的结构，超外差接收机的发展非常成熟，但由于需要应用到两个以上的本振，多级滤波，因此其功耗和复杂度都相对较高。另外，镜像频谱的抑制也是超外差接收机的一个重要参数。接收机的输入信号UC往往十分微弱（一般为几微伏至几百微伏），而检波器需要有足够大的输入信号才能正常工作。因此需要有足够大的高频增益把UC放大。早期的接收机采用多级高频放大器来放大接收信号，称为高频放大式接收机。后来广泛采用的是超外差接收机，主要依靠频率固定的中频放大器放大信号。和高频放大式接收机相比，超外差接收机具有一些突出的优点。　　①　容易得到足够大而且比较稳定的放大量。　　②　具有较高的选择性和较好的频率特性。这是因为中频频率fi是固定的，所以中频放大器的负载可以采用比较复杂、但性能较好的有源或无源网络，也可以采用固体滤波器，如陶瓷滤波器、声表面波滤器等。23/23 ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------其中Ac为接收机载波信号的幅度，m(t)为有用信号，而本振信号为：两者混频以后的信号经过低通滤波以后得到：由上面的公式可以看出，两者相位上的差异可能导致接收到的有用信号为零。要消除零点，可以改变进入接收机混频器的本振信号的相位；或者改变发射RF信号的本振频率。这两种办法的缺陷都必须动态调整，并且当标签运动时必须自适应跟踪，一方面需要判决电路，另一方面需要随时改变相位或者频率，在硬件上开销很大，并且实现困难。经过仔细分析后，采用I/Q两路正交接收机结构来消除零点效应。当I支路达到零点时，Q支路正好处于最大值处。当基带选用合适的合并电路时，利用I/Q两个支路可以有效的避免接收机的零点效应。综合以上结论，在综合考虑电子标签到读写器的编码方案、读写器的硬件和性能要求等方面的因素后，读写器的接收电路结构选取为I/Q两支路正交的零中频接收机。3.423/23 ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------本文主要工作与特点本文单单对RFID收发技术中的接收技术进行研究和方案论证。将重点对接收模块的设计进行详细的探讨和分析。主要工作如下：RFID读写器接收电路的原理设计，射频接口芯片选型分析，其中包括：本振频率信号产生器的选择；混频器模块的选型；带通滤波器的选择；低通滤波器的选型；功率放大器的选型；乘法集成器电路的选型；功率分配器的选型；电压比较器的选型。RFID读写器接收部分射频接口的ADS仿真，包括：系统频带选择性分析仿真；系统传输信号的瞬态仿真分析；系统谐波仿真分析。以及读写器接收部分射频接口部分仿真的总结工作。4RFID读写器接收电路的设计4.123/23 ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------接收机原理图设计零中频接收机方案具有高集成和低功耗的特点，但是对于本系统来说，由于接收到的基带信号采用的是不同于一般通信系统的双向间隔编码，对该码制的解调，如果采用软件处理会大大增加MCU的负担，占用很多资源，并且影响系统的实时处理能力。因此，本系统采用了将I/Q两路信号首先自乘，转换为单极性信号，然后通过电压比较器与基准电压比较的方法完成信号的A/D转换。优化后的接收部分原理如图。23/23 ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------图4.1接收设备系统原理图4.2射频接口芯片选型分析4.2.1本振频率信号产生器的选择由于采用改进的零中频接收机方案，且本设计本振频率均采用915MHz。因为相对于13.56MHz射频识别系统，915MHz射频识别系统在识别距离，阅读速度方面都有很大的优势，是目前射频识别产品的研究热点。因此，本方案中本振频率输出仍是915MHz，故与发送设备选用相同的频率信号产生器件—韩国ROSWIN公司生产的锁相环频率合成器NCPD6-915BR模块。4.2.2混频器模块的选择选用美国MOTOROLA公司的DC～2.4GHz线性混频器MC13143。MC13143是一个双平衡混频器，应用于模拟系统的前置部分和数字调频系统，如无线局域网（WLAN）、超高频（UHF）和800MHz特殊移动通信无线系统以及UHF家庭无线电服务和902～928MHz无线电话机。该器件具有超小功耗、输入和输出频带宽及混频器线性度高的技术特点，广泛应用与0～2.4GHz的上下变频。MC13143的工作电源电压为1.8～6.5V，功耗为1.8mW，MC13143射频输入端为单端方，本地振荡器输入端和中频输出端为差动方。MC13143采用了新的电路布局技术，确保了在50欧姆线性输入阻抗时，能获得较高的三阶互调载点，具有高度直线性。MC13143引脚图和内部电路图如图4.2和图4.3所示。图4.2混频器MC13143的引脚图4.3混频器MC13143的内部电路图MC13143在没有混频器控制电流时，通过温度补偿在整个电源电压范围内能够提供典型的1.0mA电源电流。其本地振荡器LO查分输入，内部偏置为VCC～1.0Vbe，对于低电压操作，该输入端通过51欧姆电阻连接VCC。本地振荡器需要从外部信号源输入典型值为-10dB的信号到本地振荡器差动输入端，混频器能够获得最佳增益。3.2.3带通滤波器的选择23/23