基于RFID技术的便携式标签读写器设计

摘要

射频识别（RFID）技术是利用无线信道实现双向通信的一种识别技术。它具有非接触识读，可同时识读多个目标，可识别高速运动物体，抗恶劣环境，保密性强等独特的优点，在诸多领域得到了日益广泛的应用。 现在越来越多的因动物而引起的食品安全和公共安全问题受到社会的广泛关注，2003年“非典”的全面爆发更是让我们对动物的跟踪监管有了更多的认识，随着精细养殖和科学管理水平的逐步提高，现代化畜牧业对动物电子自动识别系统的需求越来越迫切。 本文以RFID为理论基础，设计工作于2.45GHz的有源动物身份识别与跟踪系统，旨在为动物食品安全和公共安全提供有效的技术支持。 本文主要研究内容如下： 1.介绍了RFID技术的工作原理，对其稳定性、功耗以及读写距离等关键技术进行了深入研究，并从实际应用出发，分析和提出了从电子标签到读写器的射频识别系统整体构架。 2.便携式射频标签读写器的读写对象是电子标签。本文阐述了包含射频电路、控制电路、电源等硬件电路的电子标签的详细设计，并提出了软件解决方案以及相关的应用接口函数。 3.为了适合畜牧管理中的户外操作要求.本设计使用了超低功耗的射频芯片和微控制器以有效地降低系统功耗；还引入人机交互界面以提高读写器的智能性与便利性：以单片机C语言实现了微控制器的各种低功耗模式操作。 4.测试表明，本便携式射频标签读写器达到如下技术指标：读写距离最远为50米；标签和读写器连续不间断读写时间为7天以上；标签和读写器的待机时间分别大于30天和8天。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 RFID发展历史

1.3 RFID与其他识别系统的比较

1.4 RFID技术应用现状

1.5 RFID技术国内外研究现状

1.5.1 国外研究现状

1.5.2 国内研究现状

1.6 RFID的发展前景与意义

1.6.1 RFID技术的发展前景

1.6.2 RFID系统开发意义

1.7 本课题的研究内容

第2章 RFID系统基本理论分析

2.1 RFID简介及基本组成

2.1.1 RFID概念及其特点

2.1.2 RFID系统的基本组成

2.2 RFID系统工作流程

2.3 RFID系统工作原理

2.4 RFID系统的编码格式

2.5 RFID系统的分类

2.5.1 按照频率和作用距离分类

2.5.2 按系统特征分类

2.5.3 按信息注入方式分类

2.5.4 按供电形式分类

2.6 RFID系统设计方案

2.6.1 系统设计方案分析

2.6.2 系统设计的关键要求

2.7 本章小结

第3章 电子标签软硬件设计

3.1 电子标签概述

3.2 天线的设计

3.3 射频收发芯片nRF2401

3.3.1 nRF2401简介

3.3.2 nRF2401主要特点

3.3.3 nRF2401引脚功能

3.3.4 nRF2401工作模式

3.3.5 射频电路硬件设计实现

3.4 控制电路接口设计

3.4.1 控制芯片MSP430F2012概述

3.4.2 控制电路硬件设计

3.5 电子标签的软件设计

3.5.1 软件开发环境

3.5.2 电子标签的工作流程

3.5.3 发送和接收数据的工作原理

3.5.4 nRF2401芯片驱动程序

3.6 读卡器对多标签阅读时防碰撞的实现

3.6.1 二进制搜索法概述

3.6.2 二进制搜索法指令流程

3.6.3 二进制搜索法工作流程

3.7 本章小结

第4章 读写器硬件设计

4.1 射频读写电路分析

4.2 PCB板的设计

4.3 单片机与nRF2401之间的接口电路

4.4 控制电路设计

4.4.1 控制器的选择

4.4.2 低功耗特性介绍

4.4.3 控制器的工作模式

4.4.4 串行外围设备接口设计

4.5 LCD显示模块设计

4.5.1 液晶显示模块的硬件设计

4.5.2 键盘设计

4.5.3 工作状态指示电路设计

4.5.4 存储电路设计

4.6 串口通信电路设计

4.6.1 通信接口的选择

4.6.2 串口硬件电路的设计

4.7 电源设计

4.8 本章小结

第5章 读写器软件设计

5.1 系统主要工作步骤

5.2 串口编码与驱动设计

5.3 读写器的开机初始化

5.4 读写器数据读写流程

5.4.1 读写器批量读电子标签流程

5.4.2 读写器指定读电子标签流程

5.4.3 读写器批量写电子标签流程

5.4.4 读写器指定写电子标签流程

5.5 读写器与后台管理系统的通信

5.6 读写器的节能进程

5.7 读写器主要模块底层驱动设计

5.8 本章小结

第6章 系统测试及结果分析

6.1 系统测试

6.2 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢