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RFID防碰撞算法的FPGA设计与仿真

作　者: 刘国华
导　师: 何怡刚
学　校: 湖南大学
专　业: 电工理论与新技术
关键词: 射频识别防碰撞算法曼彻斯特码现场可编程逻辑门阵列
分类号: TP391.44
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 28次
引　用: 0次
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内容摘要

射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)技术是一种非接触式的自动识别技术,其原理是利用射频信号的空间耦合或反射的传输特性,实现对被识别物体的自动识别。与传统的识别方式相比,RFID技术具备不用接触识别,识读距离远,可读写标签信息,读写速度快,信息存储量大,抗干扰能力强,可实现多标签信息同时读取特点,在社会保障、公安、金融、电信、交通建设及公用事业、石油石化、组织机构代码管理等许个领域具有广泛应用。随着RFID技术的不断深入,RFID系统在多标签情况下的防碰撞问题日益成为研究的热点话题。当阅读器的识别范围内同时出现多个标签的时刻,标签发送的数据就会混叠在一起产生碰撞,从而极大的影响了标签的识别效率。因此,开展对RFID系统防碰撞算法的研究具很强的理论和现实意义。本文首先介绍了射频识别技术的基本原理、结构、特点及其相关的基础理论知识,对数据传输中的防碰撞问题相关机制进行了较深入的分析。探讨了空分多路法、频分多路法、码分多路法和时分多路法的各自特点。针对ISO14443标准中规定的防碰撞机制,研究了TYPE.A类型卡的二进制防碰撞算法具体实现过程。其次,研究了RFID系统防碰撞算法的数据编码方式。简单介绍了单极性不归零码和双极性不归零码两种编码方式,重点研究了曼彻斯特码编码方式的具体实现过程,并对相关性能进行了分析。第三,提出了一种改进的动态二进制防碰撞算法,并对其进行FPGA编程实现,给出了具体的曼彻斯特码编码实现模块。针对设计中存在的毛刺问题,给出了电路设计改进方法。仿真与实验结果表明,与基本二进制算法相比,改进后的动态二进制防碰撞算法具有更高了防碰撞效率。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-16
  1.1 本课题研究的背景和目的  11-13
  1.2 国内外研究现状  13-15
  1.3 本文主要研究内容  15-16
第2章 RFID系统介绍  16-24
  2.1 系统概述  16
  2.2 工作原理  16-17
  2.3 RFID的应用  17-20
    2.3.1 安全防护领域  17-18
    2.3.2 商品生产与销售领域  18-19
    2.3.3 管理与数据统计领域  19
    2.3.4 交通运输领域  19-20
  2.4 RFID面临的问题  20-24
    2.4.1 标准差异化  20-21
    2.4.2 安全隐私  21-24
第3章 RFID防碰撞算法  24-44
  3.1 RFID碰撞问题的产生  24
  3.2 RFID防碰撞算法的基本思路  24-26
    3.2.1 频分多路法  24-25
    3.2.2 码分多路法  25
    3.2.3 空分多路法  25
    3.2.4 时分多路法  25-26
  3.3 时分多路中的防碰撞算法  26-43
    3.3.1 时隙ALOHA的算法  27-30
    3.3.2 EDFSA算法  30-34
    3.3.3 二进制的搜索算法  34-43
  3.4 本章小结  43-44
第4章防碰撞算法的数据编码  44-54
  4.1 常见的数据编码  44-45
  4.2 曼彻斯特码  45-46
  4.3 曼彻斯特码与相关二元码的比较  46-52
  4.4 曼彻斯特码用于数字通信  52-54
第5章曼彻斯特码的FPGA实现  54-70
  5.1 曼彻斯特编解码的硬件实现  54-55
  5.2 FPGA设计简介  55-56
  5.3 FPGA设计工具  56-59
    5.3.1 QuartusⅡ集成开发环境  56
    5.3.2 Modelsim仿真工具  56-57
    5.3.3 VHDL设计语言  57-59
  5.4 FPGA实现曼彻斯特码  59-63
    5.4.1 基本概念  59-60
    5.4.2 曼彻斯特编码模块  60-61
    5.4.3 曼彻斯特编码模块  61-62
    5.4.4 曼彻斯特解码模块  62-63
  5.5 硬件实现  63-67
    5.5.1 硬件电路  63-64
    5.5.2 电源电路  64
    5.5.3 时钟电路  64-65
    5.5.4 复位电路  65
    5.5.5 配置电路  65-66
    5.5.6 JTAG电路  66
    5.5.7 串口电路  66-67
    5.5.8 LCD电路  67
  5.6 问题处理  67-69
    5.6.1 毛刺现象  67-68
    5.6.2 毛刺产生的原因  68
    5.6.3 消除毛刺的方法  68-69
  5.7 本章小结  69-70
总结与展望  70-72
  本文研究工作的总结  70-71
  开展进一步工作的设想  71-72
参考文献  72-75
致谢  75-76
附录A 本设计的编码解码程序  76-93
附录B 攻读学位期间所发表学术论文目录  93

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