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基于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的超高頻RFID閱讀器

作者: 時間:2017-06-03 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/201706/347546.htm

設(shè)計摘要 :

”的概念最早在1999年提出,具體來說是一個覆蓋世界上萬事萬物的“Internet of Things”:在中,標(biāo)簽攜帶的ID編碼可以與真實世界中的任何物品相捆綁,從而使物體擁有網(wǎng)絡(luò)上的虛擬“身份”;通過標(biāo)簽上的ID編碼,可以在網(wǎng)絡(luò)上實時查詢和動態(tài)跟蹤標(biāo)簽所貼附物品的屬性、特征及其他信息。“”可以實現(xiàn)全球范圍內(nèi)物品跟蹤與信息共享,大幅提高管理與運作效率,降低成本,給全球供應(yīng)鏈的各個環(huán)節(jié)(倉儲物流、生產(chǎn)制造、物品追蹤、商業(yè)零售、公共服務(wù)等等行業(yè))帶來深層次變革。而要實現(xiàn)上述愿景,則必須有大量分布式的基礎(chǔ)設(shè)施——具有聯(lián)網(wǎng)功能的嵌入式終端,才能“隨時隨地”的采集RFID標(biāo)簽信息,實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的無縫全面覆蓋。因此,本項目的目標(biāo)就是基于技術(shù),實現(xiàn)具有聯(lián)網(wǎng)功能的嵌入式RFID終端。

系統(tǒng)原理和技術(shù)特點 :

射頻識別(Radio Frequency Identity, RFID)系統(tǒng)主要由電子標(biāo)簽(tag)、(reader)和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)這三個主要部分組成,如圖1【RFID系統(tǒng)原理】所示:

圖1 RFID系統(tǒng)原理

電子標(biāo)簽部分又可以細(xì)分為標(biāo)簽天線和標(biāo)簽芯片兩部分。每個電子標(biāo)簽都含有唯一的識別碼,用來表示電子標(biāo)簽所附著的物體。當(dāng)電子標(biāo)簽接收到閱讀器的發(fā)射信號的時候,電子標(biāo)簽被“喚醒”,然后根據(jù)閱讀器發(fā)射的指令完成相應(yīng)的動作,并將響應(yīng)信息發(fā)射回給閱讀器。電子標(biāo)簽上的存儲單元,可以反復(fù)讀寫10,000次以上。

閱讀器也可以細(xì)分為閱讀器天線和閱讀器兩部分。閱讀器通過閱讀器天線發(fā)射信號“喚醒”和傳送指令給電子標(biāo)簽,并接收標(biāo)簽返回的信號。在初步濾波、處理信號之后,完成對電子標(biāo)簽信息的獲取和解析,將有用的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)交互。

數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)主要完成數(shù)據(jù)信息的存儲及管理。數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)可以由簡單的本地軟件擔(dān)當(dāng),也可以是集成了RFID管理模塊的分布式ERP管理軟件。

RFID系統(tǒng)的通信過程是閱讀器給RFID標(biāo)簽信息和獲得標(biāo)簽上信息的過程。由于RFID標(biāo)簽本身無電源,所以必須依靠從閱讀器發(fā)送的射頻信號中獲得的能量,即所謂的波束供電技術(shù)。而標(biāo)簽獲得能量僅夠供給標(biāo)簽本身使用,沒有多余的能量可供射頻信號源工作,必須利用無源反射調(diào)制技術(shù)來實現(xiàn)RFID閱讀器與標(biāo)簽之間的通信。無源反射調(diào)制技術(shù)就是在RFID系統(tǒng)的整個通信過程中,只存在一個發(fā)射機(jī),即閱讀器。而RFID標(biāo)簽在應(yīng)答過程中對閱讀器發(fā)射的連續(xù)波射頻信號進(jìn)行調(diào)制,再將已調(diào)制的射頻信號反射回去,被閱讀器接收解碼,完成信息傳遞功能。波束供電技術(shù)和無源反射調(diào)制技術(shù)是反射調(diào)制式RFID系統(tǒng)的兩大關(guān)鍵技術(shù)。

由圖2【RFID系統(tǒng)技術(shù)特點】所示,UHF頻段反射調(diào)制式RFID系統(tǒng)主要包括RFID閱讀器和RFID標(biāo)簽兩個部分,兩者之間通過閱讀器天線和標(biāo)簽天線建立無線信道通信。

圖2 RFID系統(tǒng)技術(shù)特點

RFID系統(tǒng)通信的按照時序先后大致可分為兩個階段:

第一階段:閱讀器將基帶發(fā)射信號調(diào)制到載波上,發(fā)送給標(biāo)簽;標(biāo)簽從載波中獲取能量,并解調(diào)閱讀器發(fā)射的基帶信號,得到閱讀器發(fā)出的指令。

第二階段:閱讀器連續(xù)發(fā)射無調(diào)制的載波用以提供標(biāo)簽持續(xù)工作的能量,以及標(biāo)簽反射調(diào)制需要的載波;標(biāo)簽根據(jù)接收的閱讀器指令內(nèi)容,將標(biāo)簽的返回信息反射調(diào)制到來自閱讀器的連續(xù)載波上,傳輸給閱讀器。閱讀器接收到標(biāo)簽返回信號后,解調(diào)出所需的基帶信號。

軟件流程介紹(允許的格式 doc,pdf,vsd,rar,zip):

圖3【系統(tǒng)軟件流程】

圖4【標(biāo)簽識別協(xié)議】

項目背景

21世紀(jì)以來,RFID技術(shù)在全世界迅猛發(fā)展,應(yīng)用層次愈來愈多元化。尤其是長距離識別的UHF頻段RFID技術(shù),被視為RFID的“殺手級”應(yīng)用。全球最大的零售商——美國Wal-Mart公司自2004年開始將UHF頻段RFID技術(shù)導(dǎo)入其物流供應(yīng)鏈:要求全球供貨商送貨至世界各地的Wal-Mart物流倉庫時,其產(chǎn)品必須攜帶UHF頻段RFID標(biāo)簽,以利物流作業(yè)。在Wal-Mart及其它跨國零售業(yè)巨頭的帶動下,RFID技術(shù)正成為繼條碼之后的全球貿(mào)易和供應(yīng)鏈管理基礎(chǔ)。

在此情景下,全球各地(包括我國)的制造商、物流批發(fā)商和零售業(yè)者都在興建滿足Wal-Mart要求的RFID基礎(chǔ)設(shè)施。RFID讀寫器,特別是UHF頻段的RFID讀寫器的需求與日俱增。在全球巨大需求的帶動下,RFID讀寫器有希望成為繼手機(jī)和電腦以后的電子信息產(chǎn)業(yè)的又一增長點,國內(nèi)外電子行業(yè)巨頭紛紛投巨資涉足開發(fā)。本項目運用Microchip公司的系列MCU器件,實現(xiàn)低成本小型化的UHF頻段RFID讀寫器,大幅度降低現(xiàn)有RFID讀寫器的體積、成本和功耗,提升我國自主知識產(chǎn)權(quán)的RFID讀寫器產(chǎn)業(yè)的競爭力。

適用范圍:

本作品實現(xiàn)的UHF頻段RFID閱讀器,與RFID標(biāo)簽相配合成RFID系統(tǒng),可以廣泛應(yīng)用在以下行業(yè)領(lǐng)域:

  1. 制造業(yè):

實現(xiàn)“精細(xì)制造”和個性化定制生產(chǎn),提高勞動生產(chǎn)效率,保障產(chǎn)品的質(zhì)量,從而增加企業(yè)利潤。

  1. 企業(yè)供應(yīng)鏈管理:

可有效降低庫存的存貨量,提高資金周轉(zhuǎn)效率,減少流動資金的需求,為企業(yè)帶來潛在的巨大效益。

  1. 倉儲物流業(yè)和交通運輸:

監(jiān)控物流全過程,實現(xiàn)運輸路線的自動跟蹤。提高調(diào)度的準(zhǔn)確性,送貨的可靠性和效率,降低倉儲配送和運輸?shù)某杀尽?/p>

  1. 商業(yè)流程管理:

有利于零售商提高訂單的供給率,降低商品脫銷和滯銷的風(fēng)險,提高清貨和盤點的工作效率。

  1. 資產(chǎn)跟蹤管理:

可有效跟蹤企業(yè)固定資產(chǎn)和貴重物品,降低這方面的人力和物力開支。

項目總體設(shè)計

如上圖5【RFID閱讀器結(jié)構(gòu)圖】所示,RFID讀寫器分成基帶前端、射頻前端和外部接口三大塊,其中基帶部分完全由Cerebot 32M*4開發(fā)板實現(xiàn),而外部接口包括網(wǎng)絡(luò)通信外圍模塊Pmod NIC和人機(jī)界面Pmod CLS 字符LCD接口。

RFID閱讀器各功能實現(xiàn)方法:

(1)事件調(diào)度:使用芯片實現(xiàn)簡單的RFID識別、顯示及通信事件調(diào)度功能。

(2)對外通訊:使用Pmod NIC外圍模塊實現(xiàn)以太網(wǎng)通訊功能。

(3)RFID信號處理:使用PIC32芯片實現(xiàn)基本的信號采樣、整形、數(shù)字濾波和解碼功能。

(4)人機(jī)界面:所有事件調(diào)度信息、調(diào)試信息及識別到的RFID標(biāo)簽ID號都經(jīng)過Pmod CLS外圍模塊顯示給操作者。



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