基于ARM的有源UHF电子标签的应用设计

摘要

RFID即射频识别技术,是一种通过无线电对目标进行识别的技术,是物联网发展的基础,目前在国内外发展迅速,已经形成了众多行业规范。其中无源电子标签占据大部分市场份额,而有源电子标签处于发展初期。有源电子标签拥有无源电子标签不具有的传感器功能。通用超高频读写器往往不具有有源电子标签的扩展功能命令。
　　为此本文提出了一种有源UHF电子标签的应用系统设计,包括超高频读写器、天线和有源电子标签。首先读写器射频前端使用分立元件搭建以减少成本。读写器基带信号的处理使用ARM9通过软件实现,其中ARM9的PWM输出用于控制射频开关进行编码,然后对标签返回信号使用中断捕捉并通过软件状态机解码。为适应多任务的上层应用,需将读写程序移植到嵌入式操作系统UCOSII上,并使用VC++编写读写软件,可以通过串口控制读写器的读写。
　　其次,由于天线的好坏直接影响读写器的性能,而市面上的桌面读写器使用的陶瓷天线成本较高,为此本文设计了一款小型UHF PCB天线,该天线采用对称振子结构模型,通过弯折天线臂减小天线尺寸,使用巴伦将天线输入阻抗匹配到50Ω,使用HFSS13对天线进行建模和仿真优化,最后制作出天线实物。
　　再者,本文使用有源电子标签芯片SL900A,通过HFSS仿真出适合此芯片的PCB天线,进而设计出一款能够记录环境温度的超高频有源电子标签。在上面设计的读写器编解码的基础上,实现该标签的附加功能命令,用于进行无线温度监控。
　　最后对上述设计进行测试。测试内容包括读写器的射频收发电路测试、读写软件测试、天线测试和有源电子标签测试,测试结果表明,系统能正常工作,满足应用要求。

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第一章 绪 论

1.1 物联网与RFID技术概述

1.2 UHF频段RFID读写器

1.3 有源UHF电子标签

1.4 ARM9处理器介绍

1.5本文主要工作和结构安排

第二章 EPC GEN2 协议解析

2.1 协议概述

2.2 PIE编码格式

2.3 MILLER编码格式

2.4 读写器命令集合

2.5电子标签状态转换

2.6 电子标签存储区

2.7 本章小结

第三章 超高频读写器射频前端设计

3.1 硬件电路设计概述

3.2 几种发射机介绍

3.3 射频载波电路

3.4 载波调制电路

3.5功率放大电路

3.6二极管检波电路

3.7 放大比较电路

3.8 主控板连接电路

3.9 射频前端电路的制作

第四章 超高频读写器软件设计

4.1 软件设计概述

4.2 建立ARM9开发环境

4.3 读写器PIE编码设计

4.4 读写器MILLER2解码设计

4.5 实现多标签盘存

4.6 UCOSII移植

4.7 读写控制软件

4.8 本章小结

第五章 超高频读写器PCB天线设计

5.1 PCB天线设计概况

5.2 偶极子天线理论基础

5.3 使用HFSS13设计PCB天线

5.4 天线制作及参数检测

5.5 本章小结

第六章 有源UHF电子标签设计

6.1 UHF电子标签设计概况

6.2基于SL900A设计电子标签方法

6.3超高频电子标签天线设计

6.4电子标签的制作与测试

6.5 有源电子标签的温度记录与无线读取

6.6 本章小结

第七章 系统测试

7.1 测试概况

7.2 读写器输出功率测试

7.3 读写器编码电路测试

7.4 读写器解码电路测试

7.5 读写器软件测试

7.6 读写器和UHF PCB天线读写距离测试

7.7 有源电子标签测试

7.8 本章小结

第八章 总结与展望

8.1 工作总结

8.2 工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果