符合ISO 18000-6B标准的UHF RFID读写器基带电路设计及软件开发

摘要

物联网是以互联网为基础，将用户端延伸到物体而进行通信的一种网络，它掀起了第三次世界信息产业浪潮。射频识别（Radio Frequency IDentification，RFID）技术是物联网的关键技术，它利用射频无线信号实现非接触式信息传递，以达到物品的自动识别、跟踪和信息的共享。RFID技术与传统的条码识别技术相比较具有标签抗污染能力强、安全性能高、标签容量大、可远距离同时识别多个标签等优点，可以说RFID是物联网的基础。相对于其他频段的射频识别，超高频（UHF）射频识别系统具有读写距离远、传输速率高、电子标签不需要和金属分开等优点，使其可广泛应用于供应链管理、生产自动化、航空包裹管理、集装箱管理以及后勤管理等多种场合。
　　本文基于ISO/IEC18000-6B标准设计了一款超高频段（UltraHigh Frequency，UHF）的RFID读写器，实现了读写器接收并解析上位机的命令与电子标签进行通信的功能，可完成读写器对电子标签的读、写、盘存等操作，并支持多标签读写操作。
　　在硬件设计中，本文选用了一款内建ARM Cortex-M0核的单片机NUC140作为读写器的主控芯片，构成了包括主控电路、电源电路、复位电路、射频接口电路、上位机接口电路、调试电路等的基带处理电路。射频电路方面，选用了ADI公司生产的一款通用射频芯片ADF7020作为射频收发模块。
　　在软件设计中，采用 C语言进行模块化编程设计，实现了包括主程序模块、协议处理模块、上位机接口模块、读写器控制模块和系统底层模块的整个读写器软件设计。其中协议处理模块是整个读写器软件的核心模块，主要实现符合了ISO/IEC18000-6B标准的基带信号的编码、解码、校验以及多标签操作的防碰撞处理。
　　传统的UHF RFID读写器多采用FPGA硬件或符合UHF频段通信协议的专用射频芯片实现符合协议的基带信号处理，而本文提出一种从底层到上层完全采用软件实现基带信号处理的系统方案，这就大大简化了硬件结构，使得读写器具有体积小、功耗低、成本低等多种优点，从而可广泛应用于多种场合。

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第一章 绪论

1.1 课题的研究背景

1.2 RFID技术的发展与现状

1.3 本文的主要工作和内容安排

第二章 UHF RFID关键技术

2.1UHF RFID系统概述

2.2UHF RFID读写器

2.3 ISO/IEC 18000-6B标准

2.4本章小结

第三章 读写器基带系统硬件设计

3.1 读写器系统设计

3.2 主要芯片的选型

3.3 基带系统设计

3.4 PCB设计

3.5 本章小结

第四章 读写器软件系统设计

4.1 软件系统方案设计

4.2 主程序软件设计

4.3 系统底层模块

4.4 协议处理模块

4.5 上位机接口模块

4.6 读写器控制模块

4.7 本章小结

第五章 读写器系统调试和测试

5.1 基带系统测试

5.2射频前端测试

5.3读写器整机性能测试

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

致谢

参考文献