基于DSP的UHF频段RFID阅读器基带设计与算法研究

摘要

RFID(Radio Frequency Identification,射频识别)系统作为高效的信息识别和数据采集系统,具有数据量大,保密性高,抗干扰能力强,识别时间短,费用较低等优点,广泛应用于车辆管理、生产线、物流、库存管理等领域,预计未来五年内达到数百亿美元的市场规模,其中以UHF频段RFID技术的市场潜力最为广泛。本文以DSP为基础开发研究UHF频段RFID技术,不仅具有广阔的应用前景,同时也对开发研究拥有自主知识产权的射频识别技术具有促进作用。 以UHF频段RFID阅读器基带研发为背景,本文首先分析和研究了射频识别系统的构成、通信原理以及主流协议标准。其次,本文原创性地设计和实现了基于DSP的UHF频段RFID阅读器的基带部分软硬件构架：硬件设计方面,采用DSP+CPLD芯片构架作为处理器模块；采用IQ正交两路信号接收通路和一路信号检测通路构成信号接收回路；采用DSP芯片的多通道同步串口控制D/A芯片构成信号发送回路；采用异步串口扩展方式构成接口模块。程序设计方面,模拟滤波器编程实现信号接收回路中的滤波功能；CPLD编程实现复位防抖动电路,时钟控制,片选译码等功能；DSP编程完成信号处理,编解码,CRC校验,协议控制,接口控制等功能。最后基于已实现的软硬件构架,对UHF RFID标签防碰撞算法和跳频算法进行研究、改进和实现,提出了新的优化ALOHA类防碰撞算法和RFID自适应跳频算法。 本文是对UHF频段RFID技术全面、系统和深入的研究。文中对UHF频段RFID协议的系统性研究具有重要的指导作用和参考价值。本文设计的UHF频段RFID阅读器基带部分软硬件构架属于原创性工作：其中硬件设计思路巧妙,提高了系统工作效率和硬件资源利用率,具有很高的实用价值和广泛的应用前景；程序设计构架清晰,可移植性强,完成了RFID物理层和控制层任务。算法方面,基于DSP软硬件构架,利用OPNET作为算法仿真平台,提出了优化ALOHA类防碰撞算法和RFID自适应跳频算法,将标签识别速率提高了52％以上。本文设计的RFID阅读器已通过项目结题验收。

目录

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英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题意义与背景

1.2国内外研究发展现状

1.3本文的主要工作和结构安排

第二章UHF RFID理论基础与通信协议研究

2.1系统结构

2.2反向散射原理

2.3 EPC Class1 Generation2协议

2.3.1协议物理层规范

2.3.2协议控制层规范

2.4 ISO18000-6协议

2.4.1 ISO18000-6Type A标准

2.4.2 ISO18000-6Type B标准

2.5本章小结

第三章UHF RFID阅读器基带硬件设计

3.1系统整体构架

3.2处理器模块设计

3.2.1 DSP及其外围电路设计

3.2.2 CPLD及其外围电路设计

3.3信号接收回路设计

3.3.1 IQ两路通道

3.3.1信号检测通道

3.4信号发送回路设计

3.5接口模块设计

3.6本章小结

第四章UHF RFID阅读器基带程序设计

4.1模拟滤波器编程

4.2 CPLD编程

4.2.1时钟和防抖动电路

4.2.2片选和控制管脚设置

4.3 DSP编程

4.3.1 Bootloader自举加载

4.3.2主体程序构架

4.3.3信号检测程序

4.3.4数据接收处理

4.3.5命令发送程序

4.3.6异步串口程序

4.4本章小结

第五章UHF RFID关键算法研究

5.1标签防碰撞算法

5.1.1 ALOHA类防碰撞算法

5.1.2二进制树类防碰撞算法

5.1.3算法建模与优化

5.2 RFID跳频算法

5.2.1 DSP控制跳频芯片

5.2.2自适应跳频构架

5.3本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致 谢