【正文】 行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為～ 。 AS3991與 MCU 的通信接口既支持并行連接，也支持串行連接，其初始化在 MCU 控制下通過并行接口完成，之后根據(jù)初始化設(shè)定的工作模式選擇通信方式。 其處理信號(hào)的主內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 17 要流 程是： 主控制器將發(fā)送往標(biāo)簽的數(shù)據(jù)傳輸至 AS3991，經(jīng) 過 編碼、載波調(diào)制后，由RFOPX與 RFONX兩端差動(dòng)輸出至射頻功率放大器 PA，經(jīng) PA放大后的信號(hào)通過隔離器由天線發(fā)送出去。在發(fā)射電路端，集成了功率放大器 (PA)、鎖相環(huán) (PLL)、壓控振蕩器 (VCO)、頻率合成器、調(diào)制器等模塊；在接收電路端，集成了低噪聲放大器 (LNA)、混頻器 (Mixer)、中頻放大器、解調(diào)器等模塊。如果需要，可以在 CPU運(yùn)行時(shí)切換系統(tǒng)時(shí)鐘振蕩源。器件內(nèi)還集成了外部振蕩器驅(qū)動(dòng)電路，允許使用晶體、陶瓷諧振器、電容、 RC或外部 CMOS時(shí)鐘源產(chǎn)生系統(tǒng)時(shí)鐘。外部振蕩器也可以與 4倍時(shí)鐘乘法器配合使用。時(shí)鐘恢復(fù)電路允許內(nèi)部?jī)?nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 16 振蕩器與 4倍時(shí)鐘乘法器配合，提供全速方式 USB時(shí)鐘源。 高速內(nèi)部 振蕩器在出廠時(shí)已經(jīng)被校準(zhǔn)為 12MHz 177。除了 POR、復(fù)位輸入引腳及 FLASH操作錯(cuò)誤這三個(gè)復(fù)位源之外，其他復(fù)位源都可以被軟件禁止。 在設(shè)計(jì)一個(gè)多任務(wù)實(shí)時(shí)系統(tǒng)時(shí)，這些增加的中斷源是非常有用的。 擴(kuò)展的中斷系統(tǒng)向 CIP51提供 16個(gè)中斷源（標(biāo)準(zhǔn) 8051只有 7個(gè)中斷源），允許大量的模擬和數(shù)字外設(shè)中斷微控制器。射頻模塊設(shè)計(jì)中選用 AS3991，外圍電路設(shè)計(jì)環(huán)路濾 波器，放大隔離電路中功率放大器選用 SPA2118，收發(fā)隔離使用環(huán)形器 HYH504A來實(shí)現(xiàn)。 本章小結(jié) ： 本章主要從系統(tǒng)整個(gè)方案的設(shè)計(jì)出發(fā)，主要從系統(tǒng)的總體方案和主要芯片的選型方案、主要通信標(biāo)準(zhǔn)以及標(biāo)簽的狀態(tài)機(jī)進(jìn)行了描述。在標(biāo)簽死亡以后標(biāo)簽將不會(huì)響應(yīng)任何命令。因此，使用 RFID 時(shí)，對(duì)安全和隱私的關(guān)注開始上升。 ： RFID 標(biāo)簽包含識(shí)別一個(gè)特定物體的信息。如果標(biāo)簽的密碼特性被實(shí)現(xiàn)和激活，那么所有的訪問命令必須從安全狀態(tài)執(zhí)行。這意味著密碼保護(hù)沒有實(shí)現(xiàn)，或者是沒有被激活。 ：標(biāo)簽可以使用一個(gè)可選的密碼設(shè)定，它需要閱讀器提供正確的密碼，以便于執(zhí)行任何的訪問命令。因此，如果沒有閱讀器命令時(shí)， 只要標(biāo)簽有供電，它將保持開放狀態(tài)。 ：開放狀態(tài)是訪問命令專門使用的兩個(gè)狀態(tài)之一。確認(rèn)狀態(tài)與回復(fù)狀態(tài)類似，有一個(gè)定時(shí)器，可以在每次從閱讀器接收到一個(gè)命令后復(fù)位。確認(rèn)內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 14 狀態(tài)是訪問命令（讀和寫命令）的網(wǎng)關(guān)狀態(tài)。在這個(gè)時(shí)間之后，標(biāo)簽將會(huì)自動(dòng)的回到仲裁狀態(tài)。接收到帶有正確的 RN16 的 ACK 是標(biāo)簽從回復(fù)狀態(tài)轉(zhuǎn)入到確認(rèn)狀態(tài)。閱讀器接收不到 RN16 的可能原因有： 兩個(gè)以上的標(biāo)簽在發(fā)送 RN16 時(shí)發(fā)生碰撞； 射頻信號(hào)干擾了 RN16； 閱讀器錯(cuò)過了 RN16 信號(hào)。反向散射 RN16 是標(biāo)簽發(fā)送 EPC 好嗎給閱讀器的兩個(gè)階段中的第一個(gè)階段。 ：回復(fù)狀態(tài)是當(dāng)標(biāo)簽發(fā)送它的 EPC 好嗎給閱讀器的兩個(gè)狀態(tài)之一。在此狀態(tài)下的標(biāo)簽等待他們的時(shí)隙計(jì)時(shí)器達(dá)到 0 為止。當(dāng)隨機(jī)數(shù)不為 0是，標(biāo)簽會(huì)發(fā)送仲裁狀態(tài)。查詢命令包含了標(biāo)簽選擇一個(gè)隨機(jī)數(shù)載入到時(shí)隙計(jì)數(shù)器的參數(shù)。閱讀器使用查詢回合來獲得大量標(biāo)簽的 EPC 號(hào)碼。當(dāng)閱讀器發(fā)布一個(gè)查詢命令，將打開查詢回合，直到下一個(gè)查詢命令中止。如果標(biāo)簽先前沒有死亡，那它會(huì)在上電后進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài)。另一個(gè)標(biāo)上電時(shí)可以進(jìn)入的狀態(tài)是死亡狀態(tài)。Gen2支持兩種類型的調(diào)控：振幅 調(diào)控（ ASK）和移像鍵控（ PSK）調(diào)制。這兩個(gè)通信鏈路的具體特性都是由閱讀器控制。在 Gen2 協(xié)內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 13 議中，存在兩個(gè)通信鏈路：閱讀器向標(biāo)簽的鏈路和標(biāo)簽向閱讀器的鏈路。 物理層通信特性 Gen2的物理通信接口與七層開放系統(tǒng)互聯(lián)模型的物理層概念相似。這些命令用來讀取在閱讀器范圍內(nèi)所有標(biāo)簽的 EPC序號(hào)。 Gen2 使用特性的概述 Gen2協(xié)議使用最普遍的特性是清單命令。其中一個(gè)最流行的協(xié)議就是EPC Gen2 協(xié)議。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 12 AS3991 射頻芯片的特性 :（ 1） 支持多通信協(xié)議； （ 2） 高集成度，外圍電路簡(jiǎn)單；(3） 低工作電流； (4)輸出功 率可達(dá) 20dBm； (5)可選擇時(shí)鐘輸出提供給 MCU； (6)支持和 MCU 之間的 8 位并行或者 4 線串行通信； (7)采用 ASK 或者 PR． ASK（ 反向相位幅度 鍵控 ） 信號(hào)調(diào)制； (8)可選擇接收增益控制； (9)支持三種工作模式間切換，大大降低功耗?？傮w來說 AS3991 具有以下優(yōu)點(diǎn)：集成度更高，源代碼公開，加載協(xié)議方便，開發(fā)難度低，外圍電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，總體成本低，設(shè)計(jì)時(shí)要注意的事項(xiàng)少。片上 PA 具有高達(dá) 20dBm 的輸出功率，片上 VCO 和 PLL 可產(chǎn)生 840MHz960MHz的振蕩頻率。收發(fā)模塊支持自動(dòng)生成幀頭和 CRC 校驗(yàn)碼，組裝成幀的數(shù)據(jù)塊通過片上的 24字節(jié) FIFO 寄存器傳輸?shù)缴衔粰C(jī)系統(tǒng)中。同時(shí)還集成了電源電壓管理、協(xié)議控制等工作模塊，從而使芯片外圍電路大大簡(jiǎn)化。 C8051F340 單片機(jī) 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 如圖 22為 C8051F340 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 11 圖 22 C8051F340 主控器的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 射頻收發(fā)芯片選型 方案 AS3991 是一款高集成度的射頻芯片。 大大提高了系統(tǒng)的運(yùn)行速度，得以適應(yīng)超高頻 RFID讀寫器要主控器運(yùn)行速度的要求以及對(duì)防碰撞吞吐率的要求。在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的 8051中，除 MUL和 DIV以外所有指令都需要 12或 24個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期，最大系統(tǒng)時(shí)鐘頻率為 1224MHz。具有與 8051兼容的高速 CIP． 51內(nèi)核，單片機(jī)處理速度和性能都有很大的提升，而且開發(fā)簡(jiǎn)單，容易移植，成本也十分低，是目前應(yīng)用晟廣泛的單片機(jī)種類。本課題需要核心控制器需要體積小、功耗低，要有比較強(qiáng)的處理能力，能夠同時(shí)完成讀寫 器系統(tǒng)中對(duì)讀寫器的控制、對(duì)數(shù)據(jù)的處理和與后臺(tái)應(yīng)用軟件的通信，需要有豐富的接口資源，可以方便快速的置于不同環(huán)境的應(yīng)用中。 主 控器的選擇方案 微控制器的功能主要有：與后臺(tái)應(yīng)用管理軟件進(jìn)行通信，執(zhí)行應(yīng)用軟件發(fā)送來的動(dòng)作指令，控制讀寫器與標(biāo)簽的通信過程和身份驗(yàn)證并對(duì)其中的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和解內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 10 密，對(duì)鍵盤或者顯示設(shè)備等其他外部設(shè)備的控制。 ：天線的作用就是產(chǎn)生磁通量，為有源標(biāo)簽提供能量，激活標(biāo)簽，在讀寫設(shè)備和標(biāo)簽之間傳送信息。 ：通過對(duì)射頻讀寫部分的獨(dú)立電源控制，系統(tǒng)可以在 MCU中根據(jù)需要的模式選擇開啟或者關(guān)閉射頻讀寫功能。同時(shí)還考慮了防碰撞電路的設(shè) 計(jì)。 ：發(fā)送通道包括編碼器、調(diào)制器和功率放大電路，用于向電子標(biāo)簽發(fā)送命令和寫入數(shù)據(jù)。各部分的作用簡(jiǎn)述如下。這些年，讀寫器不斷地向小型化、便攜化、低功耗的方向發(fā)展，所以讀寫器的設(shè)計(jì)中應(yīng)該選取功能比較全面、集成度比較高的芯片。從整體感知了解 RFID 系統(tǒng)。 第五章 RFID 系統(tǒng)防碰撞仿真，通過 Matlab 2021 仿真動(dòng)態(tài)幀 時(shí)隙算法。 第二章 RFID 系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)，主要包括系統(tǒng)的總體要求和方案，以及各主要芯內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 7 片的選型?？稍诓惶鎿Q原有體系的情況下完成系統(tǒng)升級(jí)。 EPC系統(tǒng)建立在互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)上，并可與互聯(lián)網(wǎng)所有可能的組成部分協(xié)同工作。采用公用的互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，避免了系統(tǒng)復(fù)雜性，大大降低了系統(tǒng)的成本。 EPCglobal體系的標(biāo)準(zhǔn)化工作分為 4個(gè)方面：電子標(biāo)簽和讀寫器承載物品編碼信息技術(shù)要求； EPC標(biāo)簽的信息規(guī)范 (物品編碼規(guī)則 )； EPCglobal提供的業(yè)務(wù)方面有物品編碼配置管理與目標(biāo)命名業(yè)務(wù)兩部分；軟件方面標(biāo)準(zhǔn)也分應(yīng)用層事件 (與物流倉儲(chǔ)管理相關(guān)的數(shù)據(jù)采集與刷新等 )和 EPC信息業(yè)務(wù)層事件 (與物品信息對(duì)應(yīng)的信息描述 )兩部分。 Gen— 2標(biāo)準(zhǔn)定義了閱讀器和標(biāo)簽之間的通信，不用考慮系統(tǒng)工作于特定的頻率范圍。 最近 EPC Gen— 2系統(tǒng)被批準(zhǔn)為ISO標(biāo)準(zhǔn)， ISO 18000的 6C部分是被動(dòng)（無源標(biāo)簽）超高頻 RFID系統(tǒng)的一個(gè)主導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)。 ISO/IEC 180007 定義了工作在 433MHz頻率的有 源 RFID設(shè)備的空中接口通信協(xié)議，用于單品管理應(yīng)用方面，典型的讀取距離超過 1米。 ISO/IEC 180006 提供了工作頻率 860~960MHz的空中接口參數(shù)。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 6 ISO/IEC 180004 定義了工作頻率 ，主要應(yīng)用于貨品管理領(lǐng)域。此標(biāo)準(zhǔn)中標(biāo)簽分為 A和 B兩個(gè)類型。 ISO/IEC 180001 提供了 RFID全球可用頻率的通用通信的框架，同時(shí)也給出了ISO 18000系列中空中接口定義的一般參數(shù)，建立了一個(gè)通用系統(tǒng)管理、控制和信息交換的框架，可用于不同頻率。主要關(guān)注基本的模塊構(gòu)建、空中接口和涉及到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及實(shí)施問題。 2021年的 6月，國(guó)家共十五個(gè)部委共同發(fā)布了《中國(guó)射頻識(shí)別 (RFID)技術(shù)政策白皮書》，正式確立了我國(guó) RFID技術(shù)的地位。相對(duì)于國(guó)外在 RFID方面技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展來看，我國(guó)起步比較晚，差距還比較大。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)定義不同種類的硬件和軟件如何設(shè)計(jì)，如符號(hào)、射頻識(shí)別技術(shù)、 IC卡標(biāo)準(zhǔn)等；數(shù)據(jù)內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)定義從電子標(biāo)簽輸出的數(shù)據(jù)流的含義，提供數(shù)據(jù)如何在系統(tǒng)中 表達(dá)的指導(dǎo)方法，如編碼格式、語法標(biāo)準(zhǔn)等；一致性標(biāo)準(zhǔn)定義電子標(biāo)簽和讀寫器是否遵循某個(gè)特定標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試方法，如印刷質(zhì)量、測(cè)試規(guī)范等標(biāo)準(zhǔn)；應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)定義實(shí)現(xiàn)某個(gè)特定應(yīng)用的技術(shù)方法，如船運(yùn)標(biāo)簽、產(chǎn)品包裝標(biāo)準(zhǔn)等。應(yīng)用系統(tǒng)一般與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系連接，網(wǎng)絡(luò)體系的各層結(jié)構(gòu)由各種 RFID中間件控制和訪問。固定式的體積較大，但性能一般比較好；手持式的體積比 較小，便于手持讀取，但是性能要差些。標(biāo)簽的反射信號(hào)也通過讀寫器天線進(jìn)行接收，并被讀寫器主機(jī)解析識(shí)別。讀寫器主機(jī)主要那個(gè)實(shí)現(xiàn)讀取信號(hào)的控制及射頻信號(hào)的產(chǎn)生。標(biāo)簽除了能夠被讀?。?Read）外，也可以被寫入（ Write）、鎖定 (Lock)、殺死 (Kill)。標(biāo)簽?zāi)軌虼鎯?chǔ)有關(guān)物體的屬性、狀態(tài)、編號(hào)等信息。當(dāng)標(biāo)簽獲取的能量足夠時(shí)，標(biāo)簽芯片被激活，并根據(jù)讀寫器的詢問指令完成相應(yīng)的動(dòng)作，將芯片上存儲(chǔ)的標(biāo)簽信息通過反向散射調(diào)制的方法發(fā)射給讀寫器。 圖 11 標(biāo)簽一般由標(biāo)簽天線和標(biāo)簽芯片組成。 RFID 技術(shù)系統(tǒng)的組成 一個(gè)典型的 RFID系統(tǒng)一般包括標(biāo)簽（ Tage）、讀寫器（ Reader）、和 應(yīng)用系統(tǒng)（ Application System）三個(gè)部分組成。 3．半有源系統(tǒng)：標(biāo)簽帶有內(nèi)置電池，但只是起到激活系統(tǒng)的作用。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 4 2．無源系統(tǒng)：電子標(biāo)簽沒有內(nèi)置電池，主要通過讀寫器發(fā)射的電磁場(chǎng)能量來喚 醒標(biāo)簽的芯片工作。由于不需要擔(dān)心功耗的問題，有源系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)的功能也 比較多。 (SHF，頻率范圍是 3～ 30GHz)．．工作頻率是 5． 8GHz和 24GHz，但是 目前 24GHz基本沒有采用。 (UHF，頻率范圍： 300MHz～ 3GHz)：工作頻率是 433MHz， 866～ 960MHz在以及2． 45GHz。 (HF，頻率范圍： 3～ 30MHz)：工作頻率為 13． 56MHz。 根據(jù) RFID 讀寫器的工作頻率可以劃分為下述頻段 (LF，頻率范圍： 30～ 300kHz)：工作頻率低于 135kHz，最常用的是 125kHz。因此， RFID技術(shù)在世界各地得到了廣泛應(yīng)用，主要應(yīng)用領(lǐng)域有：工業(yè)物流、智能交通、電子門票、動(dòng)物識(shí)別、容器識(shí)別、身份識(shí)別和一卡 通等領(lǐng)域。該技術(shù)在工作時(shí)不需人工干預(yù)，可應(yīng)用與各種惡劣環(huán)境，而且能夠應(yīng)用于高速運(yùn)動(dòng)物體的識(shí)別，可以同時(shí)識(shí)別多個(gè)物體。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 3 第一章 RFID技術(shù)的簡(jiǎn)介 就像世界上第一臺(tái)計(jì)算機(jī)用于軍事領(lǐng)域一樣，射頻識(shí)別 (RFID Radio Frequency Identification)技術(shù)起源于二次世界大戰(zhàn)中，歐洲上空極其慘烈的空戰(zhàn) 。使用該系統(tǒng)，車主再要在車窗上安裝感應(yīng)卡并預(yù)存費(fèi)用，通過收費(fèi)站時(shí)不用人工繳費(fèi)，也無須停車，高速費(fèi)將自動(dòng)扣除。而高速公路停車收費(fèi)大大的限制了高速公路的 高速特性，甚至在高峰出行時(shí)段還造成了高速公路出口的大面積擁堵，給市民的出行帶來了很大的不便不僅堵車而且堵心，同時(shí)也對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來了負(fù)面影響。 而如今高速公路作為交通運(yùn)輸?shù)闹匾M成部分，對(duì)于國(guó)家經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、人民生活質(zhì)量的提高、維護(hù)國(guó)家安全等都具有重要意義。在 1． 8V的工作電壓下，功耗為 203mW。該芯片采用高線性接收機(jī)前端和直流失調(diào)消除電路，成功的消除了大功率干擾信號(hào)對(duì)讀寫器的影響。整個(gè)芯片的面積為 1． 。在滿足通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的條件下，讀寫器的讀寫速率可達(dá)到 1 Mb／ s。 (3)2021 年，清華大學(xué)在國(guó)家 863 計(jì)劃的支持下，開發(fā)出了一款 UHF RFID 讀寫器芯片。測(cè)試表明該讀寫器在一 5dBm 的大功 率干擾信號(hào)下，仍能擁有一 70dBm 的靈敏度。 (2)2021 年，香港大學(xué)在 0． 1 89m CMOS 工藝下實(shí)現(xiàn)了一款全集成 UHF RFID 讀寫器芯片。 國(guó)內(nèi)的很多研究機(jī)構(gòu)也一直致力于 UHF RFID 讀寫 器的研究，并取得許多研究成果，主要表現(xiàn)在： (1)2021 年，武漢大學(xué)提出