2017毕业论文-射频识别rfid系统总体设计及调试

2017毕业论文-射频识别rfid系统总体设计及调试2017毕业论文-射频识别rfid系统总体设计及调试摘要摘要射频识别（RFID）技术是近几年随着无线电技术和大规模集成电路的普及应用而出现的一项先进的自动识别和数据采集技术。它的最大优势就是非接触性。可以无需人工干预完成识别工作。本文研究了电感耦合RFID系统工作原理，讨论了射频识别系统的组成及各个部分包括天线、阅读器和电子标签的作用。设计了射频识别系统的总体方案和各个部分的硬件电路。进行了射频识别系统的电路调试，进行了系统识别距离的测量和系统识别正确率的测量。结果表明，本文设计的基于电感耦合的RFID系统可以正确工作。该论文对今后进行射频识别系统开发的工作有一定的参考意义。关键词：自动识别射频识别电子标签阅读器ABSTRACTABSTRACTRadioFrequencyIdentification(RFID)technologyisanadvancedautomaticidentificationanddatacollectiontechnology,appearedwiththeradiotechnologyandthepopularizationofthelargescaleintegratedcircuitinrecentyears.Thebiggestadvantageofthistechnologyisthatthepropertyofnon-contact.Theidentificationworkcanbedonewithouthumanintervention.TheprincipleoftheinductivelycoupledRFIDsystemswerestudiedinthisarticle,andtherolesofthecomponentsoftheRFIDsystems,includingtheantennas,readersandelectronictagswerediscussed.TheoverallprogramoftheRFIDsystemandthevariouspartsofthehardwareweredesigned.ThecircuitoftheRFidentificationsystemwasdebugged,thedistanceandaccuracyoftheidentificationsystemweremeasured.TheresultsshowthatthedesignofinductivecouplinginRFID-basedsystemcanworkproperly.Thisstudyhassomereferencevalueonthedevelopmentworkoftheradiofrequencyidentificationsystemsinthefuture.Keywords:automaticidentificationRFIDelectronictagreaderunit目录i目录第一章绪论11.1常见的自动识别技术11.2射频识别技术的概述31.3研究内容5第二章射频识别技术工作原理72.1电感耦合RFID系统工作原理72.2射频识别系统的组成92.2.1天线102.2.2阅读器102.2.3电子标签12第三章射频识别系统总体设计153.1总体方案选择153.2调制方案选择163.3系统工作频率163.4天线选择173.5系统的整体结构17第四章系统实现194.1主要芯片介绍194.2耦合线圈谐振计算214.3电子标签设计224.3.1电源模块224.3.2编码电路244.3.3调制电路254.4阅读器的设计264.4.1发射模块的设计264.4.2解调电路294.4.3解码电路的设计31第五章射频识别系统的调试和测试355.1线圈耦合调试355.2系统识别距离的测量355.3系统识别正确率的测量35第六章总结37致谢39参考文献41第一章绪论5第一章绪论本章首先对一些常见的自动识别技术做简单的介绍，然后详细介绍射频识别技术。1.1常见的自动识别技术自动识别技术是将数据自动采集和识读，并且自动输入计算机的重要方法和手段。近二三十年来，自动识别技术在全球范围内得到了迅猛的发展。自动识别技术的发展为计算机提供了快速、准确采集和输入数据的手段。常见的自动识别技术有条形码识别技术、光学字符识别技术、生物识别技术、卡识别技术、视觉识别技术和射频识别技术。条行码技术条形码是由一组规则排列的条、空以及相应的数字组成，这种用条、空组成的数据编码可以供条形码读写器识读，而且容易译成二进制数和十进制数。这些条和空具有不同的组合方法，构成不同的图形符号，及各种符号体系（也称码制），适用于不同的应用场合[1]。条码有一维码和二维码两种。一维条码信息密度小、需占用较大面积等缺点。二维码的出现解决了这些问题。二维码可以携带大量的信息量，使用二维条码时，可以脱离后台数据库，因为二维码包含了存储于后台数据库中的信息，可以直接通过阅读条码得到相应的信息，俗称之为“便携式数据文件”。条码技术的特点：条形码符号制作容易，扫描操作简单易行；信息采集的速度快，利用条码扫描录入信息的速度是键盘录入的二十倍；可靠性高，误码率极低；灵活实用，条码符号作为一种识别手段可以单独使用，也可以和有关设备组成识别系统实现自动化识别，还可以实现系统的自动化管理；成本低，条码识别系统涉及的识别符号成本以及识别设备成本都非常低[2]。光学字符识别技术光学字符识别(OCR,OpticalCharacterRecognition)是指通过扫描等光学输入方式，对文本资料进行扫描输入，然后对图像文件进行分析处理，获取文字及版面信息的过程。已有30多年历史，近几年又出现了图像字符识别（imagecharacterrecognition，ICR）和智能字符识别（intelligentcharacterrecognition，ICR），实际上这三种自动识别技术的基本原理大致相同。识别过程：图像输入、预处理、版面分析、字符切割、字符识别、版面恢复、后处理、校对。光学字符识别技术有三个重要的应用领域：办公自动化中的文本输入、邮件自动处理、与自动获取文本过程相关的其他领域。这些领域包括：零售价格识读，订单数据输入，单证、支票和文件识读，微电路及小件产品的状态及批号特征识读等。基于在识别手迹特征方面的进展，目前正探索在手迹分析及鉴定签名方面的应用[2]。光学字符识别技术的优点是人眼可视读、可以扫描；但是输入速度和可靠性不如条形码，数据格式有限，通常要用接触式扫描器。卡识别技术常用的卡识别技术有两种，即磁条卡技术和IC卡技术。其中，磁条卡技术属于磁存储器识别技术，而IC卡技术属于电存储器技术。磁条卡技术磁条卡是一层薄薄的由定向排列的铁性氧化粒子组成的材料，用树脂粘合在一起并粘在诸如纸或者塑料这样的非磁性基材上。磁条卡一般作为识别卡用，可以写入、储存、改写信息内容，特点是可靠性强、记录数据密度大、误读率低，信息输入、读出速度快。由于磁卡的信息读写相对简单容易，使用方便，成本低，从而较早地获得了发展，并进入了多个应用领域，如信用卡、银行ATM卡、机票、公共汽车票、自动售货卡等[3]。IC卡识别技术IC卡是指集成电路卡，我们一般用的公交车卡就是IC卡的一种，一般常见的IC卡采用射频技术与IC卡的读卡器进行通讯，IC卡与磁卡是有区别的，IC卡是通过卡里的集成电路存储信息，而磁卡是通过卡内的磁力记录信息。IC卡的成本一般比磁卡高，但保密性更好。IC卡可包含一个微处理器使其成为真正的智能卡，或者只是简单地成为一个存储卡。通过使用微处理器在卡上进行认证和对信息访问的控制，从而使IC卡达到更高的保密性。IC卡有更多的优点：安全性高；IC卡的存储容量大，便于应用，方便管理；防磁、防静电，抗干扰能力强[1]。生物识别技术所谓生物识别技术就是，通过计算机与光学、声学、生物传感器和生物统计学原理等高科技手段密切结合，利用人体固有的生理特性，（如指纹、脸象、虹膜等）和行为特征（如笔迹、声音、步态等）来进行个人身份的鉴定。[1]传统的身份鉴定方法包括身份标识物品（如钥匙、证件、ATM卡等）和身份标识知识（如用户名和密码）但由于主要借助体外物，一旦证明身份的标识物品和标识知识被盗或遗忘，其身份就容易被他人冒充或取代。生物识别技术比传统的身份鉴定方法更具安全、保密和方便性。生物特征识别技术具不易遗忘、防伪性能好、不易伪造或被盗、随身“携带”和随时随地可用等优点。视觉识别技术视觉识别系统可以看作是这样的系统：它能获取视觉图像，而且通过一个特征提取和分析的过程，能自动识别限定的标志、字符、编码结构等呈现在图像内的特征。随着自动化技术的发展，视觉识别技术可与其他自动识别技术结合起来应用[2]。射频识别技术射频识别技术的基本原理是电磁理论。射频系统的优点是不局限于视线，识别距离较远，射频识别卡具有读写能力，可携带大量数据，同时具有难以伪造和智能性较高等特点。射频识别和条码一样，是非接触式识别技术。由于无线电波能“扫描”数据，所以RFID挂牌可做成隐形的，有些RFID识别产品的识别距离可以达到几百米[3]。射频识别的最大优点是非接触性，因此完成识别工作无需人工干预，能实现自动化且不易损坏，可识别高速运动的物体并可同时识别多个电子标签，操作快捷方便。RFID识别的缺点是电子标签的成本相对较高，并且一般不能随意扔掉，而多数条码扫描寿命结束时可以扔掉。1.2射频识别技术的概述射频识别技术的基本概念RFID技术是射频识别技术的简称，它是一种非接触的自动识别技术，其基本原理是利用射频信号的空间耦合（电感耦合或电磁耦合）或反射的传输特性，实现对被识别物体的自动识别。RFID系统因应用不同，其组成也会有所不同，但是基本都由电子标签和阅读器两大部分组成。电子标签和阅读器都是由耦合芯片和芯片组成。所以，为了完成RFID系统的主要功能，必须具有两个基本部分，即电子标签和阅读器。有时为了更好的对识别数据进行分析与处理，在较大型的RFID系统中，还需要中间件、应用系统软件等附属设备来完成对多阅读器识别系统的管理[3]。射频识别技术的发展RFID技术最早的应用可追溯到第二次世界大战中飞机的敌我目标识别，但是由于技术和成本原因，一直没有得到广泛应用。近年来，随着大规模集成电路、网络通信、信息安全等技术的发展，RFID技术进入商业化应用阶段。近年来在国外的很多国家和公司都投入了一定的力量来研究RFID技术。在美国产业方面，TI公司、Intel公司等集成电路厂商目前都在RFID领域投入巨资进行芯片开发。在欧洲产业方面，欧洲的Philips公司、ST微电子公司在积极开发廉价RFID芯片；Checkpoint公司在开发支持多系统的RFID识别系统。在日本，政府也将RFID作为一项关键的技术来发展。2004年7月，日本经济产业省选择了7个产业做RFID的应用试验。韩国主要通过国家的发展计划，再联合企业的力量来推动RFID的发展，虽然韩国关于RFID技术开发和应用领域优势不够明显，但是在韩国政府的高度重视下，韩国关于RFID的技术研发和应用试验正在加速开展，2005年3月，韩国政府耗资7.84亿美元在仁川新建技术中心，主要从事RFID技术的研发和相关设备的生产。国内由于涉足RFID较晚，因而在该领域落后于发达国家，特别是在RFID芯片的设计生产方面还比较落后。我国很多企业对RFID的认识还不够，基础设施的缺失也为RFID在我国的发展设置了障碍。目前我国RFID应用市场上大的应用项目寥寥可数。迄今为止最大的项目是学生证的防伪，用量以达到2000万；其次是火车车皮和集装箱的识别，用量也达到百万左右。随着RFID技术的重要性日益体现，我国政府也希望能够在这项技术上有所创新。目前，我国已经公布了多项基于RFID技术的国家发展计划。例如，我国公民将在未来开始使用采用RFID技术的身份证[1]。射频识别技术的应用RFID技术以其独特的优势，逐渐地被广泛