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915MHz RFID电子标签设计与仿真

作　者: 于峰
导　师: 周晓光
学　校: 北京邮电大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 射频识别 ISO18000-6 电子标签 EDA仿真
分类号: TP391.44
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)技术是一种利用射频通信实现非接触式自动识别的技术。目前,国内对超高频RFID技术的研究尚处于起步阶段,尤其是基于ISO18000-6标准的915MHz频段的电子标签研究仍属空白。915MHz这一频点在我国恰好处于公共移动通信的频段范围内,目前对该频段的无线研究及应用都已比较成熟,所以,研究ISO18000-6标准的电子标签具有较高的现实意义。本文首先研究了ISO18000-6标准,对其规定的915MHz RFID电子标签的物理接口、协议和命令以及防冲突机制等各方面进行了分析。根据标准的规定,设计了电子标签的系统结构,划分了系统模块,并对天线、射频接口及数字控制等模块进行了电路设计。文中,着重对射频接口模块的电路做了详细设计和EDA仿真,主要包括电源产生电路、复位电路、时钟提取电路、反向散射调制电路和包络检波解调电路等。同时,本文还以Type B类型的电子标签为例,对数字控制部分进行了分析和设计,包括曼彻斯特解码模块、FMO编码模块、CRC数据校验模块、状态机模块、EEPROM模块和防冲突算法实现等。同时,本文还利用Matlab仿真工具对915MHz RFID电子标签进行了系统级仿真。文中,通过SIMULINK通信仿真模型库搭建了仿真模型,在时间域上对发射电路和接收电路进行了系统级仿真,又通过M文件编程实现了电子标签的频域仿真。该仿真不仅从时域和频域两个角度验证了系统设计的完整性和准确性,还直观明了的显示了系统各点的信号情况,供开发设计人员参考。本文所设计的915MHz RFID电子标签,采用了圆形微带天线作为射频前端天线,有较好的电抗特性,适合对功耗和辐射要求比较严格的电子标签使用;对于比较复杂的射频接口电路,则采用相应的芯片模块来实现各部分功能,不仅减少了开发周期和风险,也极大限度地减低了标签芯片的功耗,从理论上来说,能够提高标签的识别距离;在对数字控制电路的设计中,尽量采用简单易编程、且功耗较小的电路实现。同时,本文选用了一款优秀的EDA仿真工具——Multism软件进行电路原理图设计和系统仿真,不仅直观明了地显示出了各部分的信号情况,又有效地减少了整个系统的设计风险。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-18
  1.1 研究背景  9-10
  1.2 应用领域  10-13
  1.3 国内外研究现状及研究热点  13-16
    1.3.1 国外的研究现状  13-14
    1.3.2 国内的研究现状  14-15
    1.3.3 电子标签的研究热点  15-16
  1.4 本文主要的研究工作和内容  16-17
  1.5 论文主要章节及内容安排  17-18
第二章 915MHZ RFID电子标签标准分析  18-35
  2.1 超高频段RFID相关标准的比较  18-19
  2.2 ISO18000-6标准分析  19-33
    2.2.1 物理接口  19-23
    2.2.2 协议和命令  23-27
    2.2.3 防冲突机制  27-32
    2.2.4 Type A和Type B体系结构对比  32-33
  2.3 915MHz RFID电子标签性能指标  33-34
  2.4 本章小结  34-35
第三章 915MHZ RFID电子标签的系统结构设计  35-63
  3.1 RFID系统的组成及工作原理  35-37
    3.1.1 RFID系统的组成  35-37
    3.1.2 RFID系统的工作原理  37
  3.2 电子标签系统结构与模块划分  37-40
  3.3 天线模块  40-46
    3.3.1 超高频段天线研究  41-42
    3.3.2 电子标签天线要求及性能指标  42-44
    3.3.3 915MHz电子标签微带天线设计  44-46
  3.4 射频接口模块  46-52
    3.4.1 电源产生电路  46-47
    3.4.2 ASK解调电路  47-49
    3.4.3 反向散射调制电路  49-50
    3.4.4 时钟提取电路  50
    3.4.5 复位电路  50-52
  3.5 数字控制模块  52-62
    3.5.1 曼彻斯特解码模块  52-53
    3.5.2 FM0编码模块  53-55
    3.5.3 CRC校验模块  55-57
    3.5.4 状态机模块  57-59
    3.5.5 EEPROM模块  59-60
    3.5.6 防冲突算法实现  60-61
    3.5.7 数字控制部分的工作流程  61-62
  3.6 本章小结  62-63
第四章 915MHZ RFID电子标签的系统级仿真  63-77
  4.1 系统仿真工具MATLAB的简介  63
  4.2 仿真模型总体结构分析  63-64
  4.3 时域仿真  64-71
    4.3.1 发射电路的系统仿真  64-69
    4.3.2 接收电路的系统仿真  69-71
  4.4 频域仿真  71-76
    4.4.1 MATLAB编程实现  71-73
    4.4.2 MATLAB求解结果  73-76
  4.5 本章小结  76-77
第五章 915MHZ RFID电子标签射频接口电路的设计与仿真  77-99
  5.1 电路仿真平台Multisim的简介  77
  5.2 射频接口各部分电路的设计与仿真  77-97
    5.2.1 电源产生电路的设计与仿真  77-80
    5.2.2 复位电路的设计及仿真  80-82
    5.2.3 时钟提取电路的设计  82-83
    5.2.4 混频模块的设计  83-88
    5.2.5 带通滤波器的设计  88-89
    5.2.6 反向散射调制电路的设计与仿真  89-92
    5.2.7 包络检波解调电路的设计与仿真  92-96
    5.2.8 功率放大电路的设计  96-97
  5.3 本章小结  97-99
第六章总结与展望  99-101
  6.1 工作总结  99-100
  6.2 创新点  100
  6.3 未来展望  100-101
参考文献  101-104
致谢  104-105
攻读学位期间发表的学术论文  105

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