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1、课程设计课题名称姓 名学 号班 级专 业成 绩完成日期目录第一章绪论31.1常见的自动识别技术31.2射频识别技术的概述41.3研究内容4第二章射频识别技术工作原理52.1电感耦合RFID系统工作原理52.2射频识别系统的组成62.2.1 天线62.2.2阅读器62.2.3电子标签7第三章射频识别系统总体设计73.1总体方案选择73.2调制方案选择83.3系统工作频率93.4天线选择93.5系统的整体结构9第四章系统实现94.1主要芯片介绍94.2耦合线圈谐振计算104.3电子标签设计104.3.1电源模块104.3.2编码电路104.3.3调制电路114.4阅读器的设计124.4.1发射模块
2、的设计124.4.2解调电路124.4.3解码电路的设计12第五章射频识别系统的调试和测试135.1线圈耦合调试135.2系统识别距离的测量135.3系统识别正确率的测量14第六章总结错误!未定义书签。致谢14参考文献15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
3、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。光学字符识别技术光学字符识别(OCR,Optical Character Recognition)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(image character recognition,ICR
4、)和智能字符识别(intelligent character recognition,ICR), 实际上这三种自动识别技术的基本原理大致相同。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,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
5、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,
6、(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。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
7、的识 别距离可以达到几百米3。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。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
8、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
9、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。射频识别技术的优势射频识别技术(RFID)是自动识别的高级形式。RFID在近两年已经成为了市场的热点。随着微型集 成电路、天线技术和计算机技术的快速发展,微型低功耗的智能RFID标签得到了很大发展,并且成本也 大大降低。RFID的最大优势是非接触读取数据,与其他的自动识别技术相比,它还具有携带数据量大、信息处 理速度快、保密性高、识别距离远等特点。RFID具有很强的环境适用性,抗干扰能力强,可在全天候下 使用,几乎不受恶劣环境的影响,同时还避免机械磨损。一种RFID系统还可以满足多用
10、途的要求,可以 实现多目标识别。系统可靠性高,操作方便快捷。正因为RFID系统的这些优点,使它具有美好的应用前景。1.3研究内容本论文介绍了一些常见的自动识别技术,详细介绍了射频识别技术的概念和原理。实现了射频识别系 统的设计。下面是论文的章节安排第一章 主要介绍一些常见的自动识别技术,详细说明了射频识别技术的原理、发展及现状、应用和 特点。第二章介绍射频识别系统的工作原理以及系统的组成。第三章 射频识别系统的整体设计,包括整体方案的选择、调制方案的选取、天线的选择、工作频率 的选择。第四章射频识别系统的具体实现,包括电子标签和阅读器的详细实现过程。第五章对射频识别系统进行调试和测试,包括系统
11、的线圈耦合的调试和正确率、最大识别距离的测 量。第二章射频识别技术工作原理本章的主要内容是介绍电感耦合型射频识别的工作原理和识别系统的组成。2.1电感耦合RFID系统工作原理电感耦合原理电子标签与阅读器之间通过天线架起空间电磁波传输的通道。电子标签与阅读器(也称读写器)之间 的电磁耦合包含两种情况,即近距离的电感耦合与远距离的电磁耦合。在本次设计中使用的是电感耦合。 电感耦合的模型可以看作是变压器模型,阅读器的天线相当于变压器的初级线圈,电子标签相当于变压器 的次级线圈,它们的耦合介质是空间磁场。电感耦合RFID系统的工作原理:由阅读器的发射电路通过天 线发射某一特定频率的射频信号,形成阅读器
12、的有效识别区域。如果电子标签进入到这个有效识别区域, 就获得能量而被激活,开始工作,电子标签将自身的编号信息通过自身携带的天线发送出去,阅读器接收 到电子标签的调制信号,并进行解调,得到想要的信息,然后进行相关的处理。图2.1电感耦合型但是,电感耦合方式常常适用于低频和中频的射频识别系统,并且识别距离很近一般不大于1米。常 见的作用距离是10-20cm。电感耦合的典型工作频率是125KHZ、225KHZ和13.56MHZ。负载调制原理在电感耦合型射频识别系统中,电子标签的编码信息需要调制以后,才能使用天线发射出去,负载调 制是常用的一种调制方法。负载调制简单的说,就是利用负载的变化来改变电源的
13、电压。下面通过举一个例子来具体说明一下,图2.2负载调制电路2.2射频识别系统的组成射频识别是一种非接触的自动识别技术,一个射频识别系统至少包括阅读器、天线和电子标签。如图 2.3所示。下面对系统的各个组成部分进行说明。耦合线圈耦合线圈图2.3射频识别系统图2.2.1天线无论阅读器还是电子标签的正常工作,都离不开天线或耦合线圈。对于电子标签和阅读器而言,天线 是它们之间的空间接口。其实,天线是一种能够将电磁波转换成电流信号,也可以将电流信号转换成电磁 波的装置。无线电发射模块发射射频信号,通过电缆输送到天线上面,天线将射频信号以电磁波的形式辐 射出去。电磁波到达接收点后,也是由天线接收下来(但
14、是天线所接收到的只是很小一部分),并通过电 缆输送到接收模块。所以,天线是发射电磁波和接收电磁波的重要无线电设备,可以说没有天线就没有无 线电通信1。2.2.2阅读器在无线射频识别系统中,阅读器是主要的组成部分之一。它在射频识别系统中起到了举足轻重的作用。 在射频识别系统工作过程中,通常由阅读器在一个区域内发送射频能量形成电磁场。但是超高频阅读器的 设计比较复杂,体积也相对较大虽然各种射频识别系统在耦合方式、通信方式、数据传输方式以及工作频 率的选择上存在着很大的区别,但是,RFID阅读器的组成基本相同。主要由两大基本模块组成:信号控 制与处理模块和高频接口模块。此外,阅读器还需要发射电磁能量
15、的天线。如图2.4所示。信号控制和处 理模块通常采用ASIC组件和微处理器来实现其功能。信号控制和处理模块的主要功能:控制电子标签图2.4阅读器结构图信过程;对数据进行加密和解密;信号的编码和解码;对电子标签身份识别。高频接口模块主要由发送器 和接收器组成。通常高频接口模块又被称作射频模块,它的主要功能是:产生一定频率的射频信号,发射 射频信号,激活电子标签并为其提供工作电压;调制发射信号,对电子标签进行写入操作:解调电子标签 的射频信号2。对于电感耦合的RFID体统,因为工作频率较低,所以阅读器的高频接口部分电路比较简单。通常电 感耦合的RFID系统阅读器的高频接口如图2.5。图2.5电感耦
16、合型RFID系统阅读器的高频接口部分阅读器的结构形式根据数据管理系统的功能需求以及不同设备制造冏的生产习惯,阅读器有不同的结构与外观形式。根 据天线和阅读器模块是否分离,可以分为分离式阅读器和集成式阅读器。常见的分离式阅读器有固定式阅 读器,而典型的集成式阅读器有手持阅读器。根据阅读器的应用场合,可以分为固定式阅读器、 OEM(Original Equipment Manufacturer原始设备制造商)模块、工业阅读器、手持阅读器和读卡器。2.2.3电子标签电子标签(又称应答器)作为射频识别系统组成部分,它的作用也是不言而喻的。电子标签中存储了 可用的信息,通过电感耦合可以将此信息传输到信息
17、采集系统中。电子标签的主要组成部分是耦合天线和标签芯片如图2.6。耦合线圈的作用就是接收阅读器发射出来 的电磁波同时将标签芯片的信号以电磁波的形式发射出去。标签芯片的作用是,对天线接收的信号进行解 调和解码等处理,同时将自身的信息进行编码、调制。图2.6电子标签的组成由于各种识别系统的原理和应用领域不同,电子标签的原理、结构和外观也有很大的区别。根据分类 的方式不同,电子标签可以分为不同的类型。1、按供电方式(1)有源标签有源电子标签是指电子标签内部有电池提供标签工作的电压。这种电子标签的工作距离相对较远,但 是使用寿命较短、体积较大、成本较高、需要定期更换电池。此类标签的工作环境受到很大限制
18、,很多恶 劣的环境不适合使用。(2)无源标签无源电子标签就是指电子标签内部没有电池提供工作电压。无源电子标签利用线圈耦合电磁波技术从 阅读器那得到能量,然后转换成直流电源,为无源电子标签提供工作电压。无源电子标签的使用寿命较长、 识别距离相对有源标签的要近。但是无源电子标签对工作环境要求很低。2、按电子标签的工作频率(1)低频标签低频标签的工作频率较低,工作频率范围为30KHZ到300KHZ,是型的电感耦合型标签,它的天线 一般为线圈型天线。低频标签一般为无源标签,工作能量通过电感耦合方式从阅读器耦合线圈的辐射场中 得到。其实RFID技术首先是在低频得到广泛应用和推广的。(2)高频标签高频电子
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