铁路物流rfid识别系统的关键技术研究

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1、第一章绪论电子标签货车 天线水平距离计算机处理系统地面发射装置地面接收装置图1-1系统框图1.标签小型化问题前面所述的CS-1系统存在的一个较大的问题就是标签部分体积较大，这样无论从生产成本角度还是用户安装使用角度都不能满足要求，尽可能的减小体积就显得尤为必要。标签各部分工作框图如1-2所示，其中天线是标签的主要组成部分，它们的大小几乎决定了标签的体积。因而标签小型化就意味着减小天线的体积。接收天线 发射天线整流器数字部分倍频器1-2标签内部各组成部分工作框图天线体积减小即辐射面积减小，这将必然会引起天线增益G的降低，而由于项

2、目技术指标要求，增益较原有的CS-1系统而言要保持不变。为了确保天线有足够的增益，基板厚度必须增加，这样才能增大辐射。然而厚度增加，介质材料的成本也增加，这与我们降低成本的要求相矛盾。本文解决这些矛盾的方法就是采用空气混合介质材料作基板，固体介质主要是实现机械支撑的作用，空气则作为主要的辐射材料。2.频率选择问题3电子科技大学硕士学位论文RFID门禁控制动物识别RFID智能卡RFID:物品管理&公路收费RFID:物品管理低频率EAS数据调制解调器中频EAS无线电玩具调幅民用波段数据终端电视调车库门频微波EAS手机10KHz10

3、0KHz1MHz10MHz100MHz1000MHz2.45GHz300GHz图1-3RFID全球使用频率RFID全球使用频率如图1-3所示[1]（EAS：电子防盗系统）。2350MHz-2450MHz：即我们常说的ISM波段，这是大部分国家所认可的工业、科学研究和医药领域的频段，IEEE802.11承认这一频段作为RF通信使用，也承认所正在使用的窄带和宽带。目前，ISO18000-4（第四部分）正在指定这一频段作为物品管理应用频率范围。ISM波段的免费使用，也是成本降低的一个重要因素。此外，符合国际通用标准，频率资源的利用合

4、理，可以很容易获得国家无线电频率管理部门的批准，与国际的绝大部分相关产品的频率使用标准相同。与915MHz频段相比，2450MHz频段的电磁波能量的汇聚能力要强得多，基本上没有绕射，因此与采用915MHz频段的类似国外产品相比，不存在和其它微波产品相互干扰的问题。设备产生的电磁干扰小（可以忽略），抗干扰能力强。而915MHz频段的类似产品大多在北美使用。此外，2450MHz频率的方向性强、分辨率高，反射重影干扰小，可适应各种复杂结构车辆。3.成本降低问题小型化仅是降低系统成本的一个方面，然而如果真的想让成本降低达到一个质的飞跃

5、，就必须从材料的选取上着手。CS-1系统选用的介质材料是聚四氟乙烯，其价格较高，本课题中整流和倍频调整电路均则选用介电常数较低，损耗小，价格相对低廉的玻纤材料作为基板材料，极大地降低了系统成本。此外，本文设计的RFID识别系统最终将投入大批量的生产，所以降低成本还意味着设计的电路必须具有良好的一致性，因为微波电路的离散性很大，一致性好就可以有效地降低电路调试费用，从而有效地降低成本。4.用户的其他要求带来的问题对于本文研究设计的系统，除前面提到的几个主要问题，用户还提出了很多4第一章绪论其它的要求，其中包括：a标签射频部分和数

6、据处理部分要互相分离，如图1-4所示，即达到两个模块之间仅用数据线连接。这样要求必须对两个模块分别进行设计，同时还须考虑功率载波和信号载波之间的隔离问题。连接线RF部分数据部 分图1-4数据与射频部分分离b距离的要求。CS-1系统的标签安装在车厢底部，电子标签距离地面收发系统的距离仅为0.8-1m，但本文研究的系统由于安装位置的不同，如图1-1所示，标签安放在列车侧面，就要求标签与地面接收、发射天线的水平距离大于1.5m，考虑到污损、气候等影响，设计要留有余量，识别距离预定在2m。虽然传输距离与发射功率相关，提高发射功率，可以

7、使识别距离增加，但因为要受电磁环境的限制，所以发射功率不能无限增加，因而提高天线增益和整流电路的效率就成为研制的关键。1.本论文主要内容及安排CS-1系统已经是较为成熟完善的系统，它相比国外同类产品价格上更低廉，性能也更可靠。但是从应用角度而言，该系统仍然有很多可以进行改进研制的方面。如何能够在此基础上进一步降低成本，扩大应用领域，更多满足客户的需求，是我们一直想要努力的方向。本论文所研究的课题来源于成都货安计量技术中心的铁路货运管理电子标签系统项目。其目的是在CS-1系统的基础上设计并实现小型化、低成本铁路物流RFID识别系

8、统。本文共分为六章，第一章绪论首先系统的阐述了RFID射频识别系统的基本组成部分及功能、国内外发展趋势、CS-1系统的一些特点和优势、统关键技术和难5电子科技大学硕士学位论文点分析等等，进而阐述本文的主要内容即研究铁路物流RFID系统的关键技术。其他各章的具体安排为：第二章标