基于EPC Class1 Gen2标准的高性价比UHF波段RFID读写器

摘要

射频识别(RFID)技术是上世纪末兴起的一项高新技术，近年来已取得飞速的发展，改变了人们的生活方式。UHF射频识别技术是当前RFID的发展前沿，具有读写距离远、读取速度快、标签成本低和体积小等特点。目前该技术已应用在物流管理和交通运输等领域。随着物联网时代的到来，UHF射频识别技术将替代传统的RFID技术，发挥其巨大潜力，应用在更广泛的领域。
　　 影响UHF射频识别技术发展瓶颈之一是价格昂贵的读写器，因此提高读写器的性价比对推动该技术的普及起着积极的作用。本文以产品级超高频RFID读写器为目标。深入研究了行业内广泛使用的EPCClass1Gen2标准和多种UHF读写器的实现方法，在此基础上提出了一种高性价比的实现方案。发射部分采用通用射频收发芯片加功率放大器的方案，工作频率为902～928MHz，涵盖了中国和美国的无线电法规所规定的全部频段;利用功率放大器进行ASK调制，实现最大发射功率30dBm，支持跳频和可调输出功率。接收部分采用四路双差分检波结构，解决了传统双路检波方案的盲点问题。射频输出端使用了射频开关芯片，支持外接四路天线。基带处理和解码工作全部由MCU完成，本设计采用先进的ARMcortex-M3平台的MCU，高达100MIPS的处理能力保证了最高160kb/s的数据传输速率。数据接口方面使用了232串行接口和RJ45以太网接口并预留了8位通用IO可供二次开发。电源方面使用9V直流输入，采用两级LDO供电方案，相比于开关电源方案提供了更高的电源质量和更低的成本。
　　 本设计历经多次试验和改版，实现了读标签距离8米（天线增益5dBi），写标签3米，最高单标签读取速度每秒200次和防冲突的性能，硬件成本约合280元人民币，达到了设计指标，有较高的实用价值。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外发展现状

1．2．2 国内发展现状

1．3 研究意义

1．4 本文章节安排

第2章 UHF频段RFID系统研究

2．1 射频识别系统

2．2 UHF RFID系统简介

2．2．1 读写器原理

2．2．2 UHF频段RFID读写器发展现状

2．2．3 UHF电子标签介绍

2．2．4 UHF RFID系统的冲突问题

2．3 RFID系统电磁学基础

2．3．1 电磁场的基本关系

2．3．2 天线及其辐射场

2．3．3 电磁耦合原理

2．3．4 系统链路分析

2．4 总结

第3章 EPC Class1 Gen2标准研究

3．1 简介

3．2 协议的分层

3．2．1 读写器协议层

3．2．2 物理层

3．2．3 标签识别层

3．3 读写器协议参数

3．3．1 工作频率

3．3．2 读写器到标签的通信

3．3．3 标签到读写器的通讯

3．3．4 链路的时序

3．3．5 读写器命令

3．4 总结

第4章 UHF RFID读写器设计

4．1 UHF RFID读写器

4．2 UHF RFID读写器实现方案与分析

4．2．1 采用专用集成芯片的设计方案

4．2．2 采用通用集成收发芯片的设计

4．2．3 采用分立元件的设计方案

4．3 低成本读写器设计的难点和目标

4．3．1 设计难点

4．3．2 课题来源与设计目标

4．4 读写器接收部分关键技术

4．5 UHF RFID读写器指标

4．5．1 读写器指标描述

4．5．2 本设计具体指标

4．6 高性价比读写器架构

4．7 发射部分设计

4．7．1 射频模块设计

4．7．2 功率放大器设计

4．7．3 射频开关设计

4．7．4 发射部分信号分析

4．8 接收部分设计

4．8．1 射频前端部分设计

4．8．2 基带放大部分设计

4．8．3 整形部分设计

4．8．4 接收部分信号分析

4．9 数字部分设计

4．9．1 MCU部分电路设计

4．9．2 以太网接口电路设计

4．9．3 串行接口电路设计

4．10 电源部分设计

4．10．1 电源需求

4．10．2 开关电源与线性电源混合方案

4．10．3 线性电源方案

4．11 成本核算

4．12 总结

第5章 实物测试

5．1 读写器实物展示

5．1．1 模拟部分功能验证扳

5．1．2 原型机DYM-U1000

5．1．3 DYM-U1000第二版电路

5．1．4 小型化读写器DYM-U1000M

5．2 读写器关键信号测试

5．2．1 射频输出功率

5．2．2 接收部分信号波形分析

5．2．3 正交信号波形分析

5．2．4 防冲突波形分析

5．3 总结

总结与展望

参考文献

致谢

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