基于超高频RFID矿井机车自动识别系统的设计与研究

摘要

随着工业的快速发展，自动化水平的不断提升，矿井运输自动化的实现变得更加迫切和有可能。机车是矿井运输系统的主要设备之一，其识别定位是矿井运输自动化的基础。 本文针对矿井运输中机车识别这一重要环节，分析了矿井机车运行实际需求和复杂多变的现场环境，将超高频RFID技术引入矿井机车识别这一领域中，提出了基于超高频RFID的矿井机车识别系统设计方案。该系统由上位机、下位机读卡器和绑定在机车身上的射频标签三部分组成。其中上位机用来进行信息的显示和收发;标签绑定在机车上，为每辆车分配一个唯一的ID号;RFID读卡器部分进行标签的识别，是整个系统的核心部件。 根据提出的基于超高频RFID矿井机车自动识别系统，本文提出了切实可行的系统实现方案。首先，对超高频RFID技术的背景和发展状况、基本原理及国际标准EPC Gen2协议等进行了较为详细的分析;其次，对系统进行整体设计，明确组成系统各部分的具体结构、功能设计;再其次，对系统各部分进行硬件设计，尤其读卡器模块进行了详细的硬件原理设计，将读卡器模块分成控制器部分、射频前端部分，分别采用C8051F单片机和集成射频芯片AS3992进行设计，同时对读卡器天线和射频标签进行选型;再次，对系统进行详细的软件设计，包括读卡器部分程序设计、上位机程序设计及其与下位机通信协议程序设计;最后，针对系统设计过程中一些重要的环节进行模拟仿真，包括利用ADS软件进行读卡器收发通路信号分析，利用MATLAB对读卡器中用到的基于Q算法自适应帧时隙ALOHA防碰撞协议进行分析，仿真结果符合预期，证明了系统设计的可行性。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1课题研究背景

1．2课题来源及研究意义

1．3国内外的研究现状

1．3．1国外的研究现状

1．3．2国内的研究现状

1．4本文主要研究内容

第2章系统设计的技术基础和实现方案

2．1．1 RFID系统的构成

2．1．2 RFID工作原理

2．2 UHF RFID系统的通信协议

2．2．1 EPC Gen 2协议的概述

2．2．2 EPC Gen2协议的分析

2．2．3防冲突机制

2．2．4 EPC Gen2和ISO 18000-6A／B的比较

2．3系统整体方案设计

2．3．1系统的整体结构

2．3．2射频读卡器部分

2．3．3射频标签部分

2．3．4计算机显示部分

2．4本章小结

第3章系统的硬件设计

3．1系统硬件的整个结构

3．2射频读卡器的硬件设计

3．2．1控制模块的硬件设计

3．2．2射频模块的硬件设计

3．2．3天线的设计

3．2．4标签的设计

3．3本章小结

第4章系统的软件设计

4．1系统软件设计的结构图

4．2下位机读卡器程序设计

4．2．1读卡器系统的初始化

4．2．2读卡器的主程序

4．2．3读卡器标准协议程序

4．2．4读卡器射频模块与控制模块通信

4．3上位机与下位机通信部分

4．3．1数据通信的协议

4．3．2数据的传输程序设计

4．4上位机的程序设计

4．5本章小结

第5章系统仿真研究

5．1读卡器高频电路仿真

5．1．1发射电路的仿真

5．1．2接收电路的仿真

5．2读卡器防碰撞协议的仿真

5．2．1纯ALOHA算法

5．2．2基于时隙的ALOHA算法

5．2．3纯ALOHA和时隙ALOHA算法的比较

5．2．4自适应信息帧时隙设置

5．3本章小结

第6章总结与展望

6．1本文工作的总结

6．2问题和展望

参考文献

致谢