基于EPC Gen2协议的UHF RFID有源电子标签设计

摘要

在我国，RFID射频识别技术已经在高速公路自动收费、电子票证、机动车管理、动植物监测、商品防伪等领域得到了应用。具有识别距离远、通用性强、使用寿命长和成本低特点的电子标签将会赢得市场和客户的青睐。
　　本论文针对无源标签识别距离近和有源标签通用性不强的问题，在深入分析EPC Gen2协议和无线通信技术原理的基础上，对基于EPC Gen2协议的有源标签设计进行了详尽的讨论和研究。主要内容为：
　　1．基带程序设计和仿真。基带程序基于EPC Gen2协议，采用FPGA芯片实现，主要包括：PIE解码模块、CRC校验、指令解析、伪随机数发生器、主状态机、存储器、FM0/Miller编码器和传输速率控制器。论文中详细介绍了各个模块的设计方法，并对单个模块的仿真结果进行分析。重点讨论如何优化存储器的设计以节省FPGA逻辑资源；以Query命令解析为例说明了指令解析器的设计方法；根据EPC Gen2协议要求，设计了编码器、解码器和主状态机；采用FIFO来设计传输速率控制器，标签可以灵活调节数据传输速率。最后，给出了整个基带程序的测试方法及仿真结果，并对各个仿真波形进行详尽的分析。
　　2．电子标签硬件电路设计。硬件电路主要包括反向散射调制电路、两路 IQ解调电路和电源电路。首先，给出了两种适用于有源标签调制电路的设计方案，对两种电路进行了具体电路的测试、分析和比较，得出结论是反向散射调制方式更适合于EPC Gen2协议的有源标签。然后，通过理论分析得出结论，采用两路IQ解调电路可以克服单路包络检波中的接收“盲点”问题，并给出了解调电路各个模块的设计方法。最后，讨论了电源电路各个模块的设计方法。
　　3．电子标签天线设计。首先，简要介绍了影响天线性能的重要参数。然后，重点讨论的影响倒 F型天线性能的结构参数，并给出了设计的方法。最后，利用HFSS12软件进行天线的建模和仿真，并以模型为依据进行PCB板设计。
　　4．电子标签测试。给出了电子标签的测试波形、上位机测试结果和标签识别率的测试结果。通过结果分析得出结论，电子标签工作性能良好，已达到预期目标。

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第一章 绪论

1.1 国外RFID技术研究现状

1.2 我国RFID技术研究现状

1.3 本论文研究的内容

1.4 本论文的结构安排

第二章 RFID系统介绍

2.1 RFID系统的构成

2.2 RFID系统工作原理

2.3 EPC Gen2协议简析

2.4 RFID系统反向散射调制原理

2.5 反向散射式RFID系统最大识别距离

2.6 RFID有源电子标签总体设计

第三章 UHF RFID 有源电子标签基带程序设计

3.1 基带程序总体设计

3.2 接收模块设计

3.3 主状态机设计

3.4 发送模块设计

3.5 CRC校验模块设计

3.6 存储模块设计

3.7 伪随机数发生器设计

3.8基带程序仿真验证结果

第四章 UHF RFID 有源电子标签硬件电路设计

4.1 电子标签硬件电路总体设计

4.2 电子标签调制电路设计

4.3 电子标签接收电路设计

4.4 电子标签电源电路设计

第五章 UHF RFID 有源电子标签天线设计

5.1 电子标签天线的性能参数

5.2 电子标签天线的设计

第六章 UHF RFID 有源电子标签测试

6.1 电子标签板图和实物

6.2 电子标签测试结果及分析

6.3 测试结论

第七章 结论与展望

7.1总结

7.2展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果