【正文】 .......................................................................... 29 解碼電路的設(shè)計 ................................................................................... 31 ii 目錄 第五章 射頻識別系統(tǒng)的調(diào)試和測試 ........................................................................... 35 線圈耦合調(diào)試 .................................................................................................. 35 系統(tǒng)識別距離的測量 ...................................................................................... 35 系統(tǒng)識別正確率的測量 .................................................................................. 35 第六章 總結(jié) ................................................................................................................... 37 致謝 ................................................................................................................................. 39 參考文獻(xiàn) ......................................................................................................................... 41 第一章 緒論 1 第一章 緒論 本章首先對一些常見的自動識別技術(shù)做簡單的介紹，然后詳細(xì)介紹射頻識別技術(shù)。結(jié)果表明，本文設(shè)計的基于電感耦合的 RFID 系統(tǒng)可以正確工作。設(shè)計了射頻識別系統(tǒng)的總體方案和各個部分的硬件電路?？梢詿o需人工干預(yù)完成識別工作。摘要 摘要 射頻識別（ RFID）技術(shù)是近幾年隨著無線電技術(shù)和大規(guī)模集成電路的普及應(yīng)用而出現(xiàn)的一項先進(jìn)的自動識別和數(shù)據(jù)采集技術(shù)。 它的最大優(yōu)勢就是非接觸性。 本文研究了電感耦合 RFID 系統(tǒng)工作原理，討論了射頻識別系統(tǒng)的組成及各個部分包括天線、閱讀器和電子標(biāo)簽的作用。進(jìn)行了射頻識別系統(tǒng)的電路調(diào)試，進(jìn)行了系統(tǒng)識別距離的測量和系統(tǒng)識別正確率的測量。該論文對今后進(jìn)行射頻識別系統(tǒng)開發(fā)的工作 有一定的參考意義。 常見的自動識別技術(shù) 自動識別技術(shù)是將數(shù)據(jù)自動采集和識讀，并且自動輸入計算機的重要方法和手段。自動識別技術(shù)的發(fā)展為計算機提供了快速、準(zhǔn)確采集和輸入數(shù)據(jù)的手段。 條行碼技術(shù) 條形碼是由一組規(guī)則排列的條、空以及相應(yīng)的數(shù)字組成，這種用條、空組成的數(shù)據(jù)編碼可以供條形碼讀寫器識讀，而且容易譯成二進(jìn)制數(shù)和十進(jìn)制數(shù) 。 條碼有一維碼和二維碼兩種。二維碼的出現(xiàn)解決了這些問題。 條碼技術(shù)的特點：條形碼符號制作容易，掃描操作簡單易行；信息采集的速度快，利用條碼掃描錄入信息的速度是鍵盤錄入的二十倍；可靠性高，誤碼率極低；靈活實用，條碼符號作為一種識別手段可以單獨使用，也可以和有關(guān)設(shè)備組成識別系統(tǒng)實現(xiàn)自動化識別，還可以實現(xiàn)系統(tǒng)的自動化管理；成本低，條碼識別系統(tǒng)涉及的識別符 號成本以及識別設(shè)備成本都非常低 [2]。已有 30 多年歷史，近幾年又出現(xiàn)了圖像字符識別（ image character recognition， ICR）和智能字符識別（ intelligent character recognition， ICR），實際2 RFID 自動識別系統(tǒng)設(shè)計 上這三種自動識別技術(shù)的基本原理大致相同。 光學(xué)字符識別技術(shù)有三個重要的應(yīng)用領(lǐng)域：辦公自動化中的文本輸入、郵件自動處理、與自動獲取文本過程相關(guān)的其他領(lǐng)域。基于在識別手跡特征方面的進(jìn)展，目前正探索在手跡分析及鑒定簽名方面的應(yīng)用 [2]。 卡識別技術(shù) 常用的卡識別技術(shù)有兩種，即磁條卡技術(shù)和 IC 卡技術(shù)。 磁條卡技術(shù) 磁條卡是 一層薄薄的由定向排列的鐵性氧化粒子組成的材料，用樹脂粘合在一起并粘在諸如紙或者塑料這樣的非磁性基材上。由于磁卡的信息讀寫相對簡 單容易，使用方便，成本低，從而較早地獲得了發(fā)展，并進(jìn)入了多個應(yīng)用領(lǐng)域，如信用卡、銀行 ATM 卡、機票、公共汽車票、自動售貨卡等 [3]。 IC 卡的成本一般比磁卡高 ， 但保密性更好。通過使用微處理器在卡上進(jìn)行認(rèn)證和對信息 訪問的控制，從而使 IC 卡達(dá)到更高的保密性。 生物識別技術(shù) 所謂生物識別技術(shù)就是，通過計算機與光學(xué)、聲學(xué)、生物傳感器和生物統(tǒng)計學(xué)原理等高科技手段密切結(jié)合，利用人體固有的生理特性，（如 指紋 、臉象、 虹膜第一章 緒論 3 等）和行為特征（如筆跡、聲音、步態(tài)等）來進(jìn)行個人身份的鑒定。 生物識別技術(shù)比傳統(tǒng)的身份鑒定方法更具安全、保密和方便性。 視覺識別技術(shù) 視覺識別系統(tǒng)可以看作是這樣的系統(tǒng)：它能獲取視覺圖像，而且通過一個特征提取 和分析的過程，能自動識別限定的標(biāo)志、字符、編碼結(jié)構(gòu)等呈現(xiàn)在圖像內(nèi)的特征。 射頻識別技術(shù) 射頻識別技術(shù)的基本原理是電磁理論。射頻識別和條碼一樣，是非接觸式識別技術(shù)。 射頻識別的最大優(yōu)點是非接觸性，因此完成識別工作無需人工干預(yù)，能實現(xiàn)自動化且不易損壞，可識別高速運動的物體并可同時識別多個電子標(biāo)簽，操作快捷方便。 射頻識別技術(shù)的概述 射頻識別技術(shù)的基本概念 RFID 技術(shù) 是射頻識別技術(shù)的簡稱，它 是一種非接觸的自動識別技術(shù)，其基本原理是利用射頻信號的空間耦合（電感耦合或電磁耦合）或反射的傳輸特性，實現(xiàn)對被識別物體的自動識別。電子標(biāo)簽和閱讀器都是由耦合芯片和芯片組成。有時為了更好的對識別數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與處理，在較大型的 RFID 系統(tǒng)中，還需要中間件、應(yīng)用系統(tǒng)軟 件等附屬設(shè)備來完成對多閱讀器識別系統(tǒng)的管理 [3]。近年來，隨著大規(guī)模集成電路、網(wǎng)絡(luò)通信、信息安全等技術(shù)的發(fā)展， RFID 技術(shù)進(jìn)入商業(yè)化應(yīng)用階段。在美國產(chǎn)業(yè)方面， TI 公司、 Intel 公司等集成電路廠商目前都在 RFID 領(lǐng)域投入巨資進(jìn)行芯片開發(fā)。在日本，政府也將 RFID 作為一項關(guān)鍵的技術(shù)來發(fā)展。韓國主要通過國家的發(fā)展計劃，再聯(lián)合企 業(yè) 的力量來推動 RFID 的發(fā)展，雖然韓國關(guān)于 RFID 技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用領(lǐng)域優(yōu)勢不夠明顯，但是在韓國政府的高度重視下，韓國關(guān)于 RFID 的技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用試驗正在加速開展， 2021 年 3 月，韓國政府耗資 億美元在仁川新建技術(shù)中心，主要從事 RFID 技術(shù)的研發(fā)和相關(guān)設(shè)備的生產(chǎn)。我國很多企業(yè)對 RFID 的認(rèn)識還不夠，基礎(chǔ)設(shè)施的缺失也為 RFID 在我國的發(fā)展設(shè)置了障礙。迄今為止最大的項目是學(xué)生證的防偽，用量以達(dá)到 2021 萬；其次是火車車皮和集裝箱的識別，用量也達(dá)到百萬左右。目前，我國已經(jīng)公布了多項基于 RFID 技術(shù)的國家發(fā)展計劃。 射頻識別技術(shù)的應(yīng)用 RFID 技術(shù)以其獨特的優(yōu)勢，逐漸地被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化、商業(yè)自動化和交通運輸控制管理等領(lǐng)域。 在交通運輸方面的應(yīng)用包括：電子收費系統(tǒng)、電子車牌系統(tǒng)、城市交通跳讀管理系統(tǒng)、電子注冊管理系統(tǒng)等。 在物流管理方面的應(yīng)用包括：零售環(huán)節(jié)、存儲環(huán)節(jié)、運輸環(huán)節(jié)、配送 /分銷環(huán)節(jié)等。 射頻識別技術(shù)還可以應(yīng)用在軍事物流上。 射頻識別技術(shù)還被用在物品防偽、郵政領(lǐng)域、電子商品監(jiān)視、定位系統(tǒng)身份識別等。 RFID 在近兩年已經(jīng)成為了市場的熱點 。 RFID 的最大優(yōu)勢是非接觸讀取數(shù)據(jù)，與其他的自動識別技術(shù)相比，它還具有攜帶數(shù)據(jù)量大、信息處理速度快、保密性高、識別距離遠(yuǎn)等特點。一種 RFID 系統(tǒng)還可以滿足多用途的要求，可以實現(xiàn)多目標(biāo)識別。 正因為 RFID 系統(tǒng) 的這些優(yōu)點，使它具有美好的應(yīng)用前景。實現(xiàn)了射頻識別系統(tǒng)的設(shè)計。 第二章 介紹射頻識別系統(tǒng)的工作原理以及系統(tǒng)的組成。 第四章 射頻識別系統(tǒng)的具體實現(xiàn)，包括電子標(biāo)簽和閱讀器的詳細(xì)實現(xiàn)過程。 第 二 章 射頻識別技術(shù)工作原理 7 第二章 射頻識別技術(shù)工作原理 本章的主要內(nèi)容是 介紹 電感耦合型射頻識別的工作原理和識別系統(tǒng)的組成。電子標(biāo)簽與閱讀器 （也稱讀寫器） 之間的電磁耦合包含兩種情況，即近距離的電感耦合與遠(yuǎn)距離 的電磁耦合。電感耦合的模型可以看作 是變壓器模型，閱讀器的天線相當(dāng)于變壓器的初級線圈，電子標(biāo)簽相當(dāng)于變壓器的次級線圈，它們的耦合介質(zhì)是空間磁場。如果電子標(biāo)簽進(jìn)入到這個有效識別區(qū)域，就獲得能量而被激活，開始工作，電子標(biāo)簽將自身的編號信息通過自身攜帶的天線發(fā)送出去，閱讀器接收到電子標(biāo)簽的調(diào)制信號，并進(jìn)行解調(diào)，得到想要的信息，然后進(jìn)行相關(guān)的處理。電感耦合依據(jù)的是電磁感應(yīng)定律，通過空間高頻交變磁場來實現(xiàn)耦合。高頻的強電磁場由閱讀器的天線線圈產(chǎn)生，并輻射到線圈周圍的空間中，當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn)入到電磁場中時就發(fā)生電磁感應(yīng)，從而產(chǎn)生感應(yīng)電流，電子標(biāo)簽就獲得了工作的能量。在識別的過程中，電子標(biāo)簽的調(diào)制模塊將自身的編碼信息調(diào)制到載波上，然后使用天線發(fā)送出去，此時閱讀器的天線通過電感耦合的方式將電子標(biāo)簽天線產(chǎn)生的電磁波接收下來，并進(jìn)行進(jìn)一步處理。 8 RFID 自動識別系統(tǒng)設(shè)計 圖 電感耦合型 但是，電感耦合方式常常適 用于低頻和中頻的射頻識別系統(tǒng)，并且識別距離很近一般不大于 1 米。電感耦合的典型工作頻率是125KHZ、 225KHZ 和 。 負(fù)載調(diào)制簡單的說，就是利用負(fù)載的變化來改變電源的電壓。圖中的電路有兩級，兩級電路之間通過天線耦合。但是， 當(dāng) V2 工作的時候，三極管（在這個電路中相當(dāng)于一個開關(guān)）就會周期性的導(dǎo)通，那么后一級電路的負(fù)載就會周期性變化。如圖 所示，電壓隨負(fù)載變化，但是頻率不變。對于負(fù)載調(diào)制的解調(diào)，一般要經(jīng)過檢波、放大、比較的過程，此過程將會在第四章中詳細(xì)說明。如圖 所示。 10 RFID 自動識別系統(tǒng)設(shè)計 圖 射頻識別系統(tǒng)圖 天線 無論閱讀器還是電子標(biāo)簽的正常工作，都離不開天線或耦合線圈。其實，天線是一種能夠?qū)㈦姶挪ㄞD(zhuǎn)換成電流信號，也可以將電流信號轉(zhuǎn)換成電磁波的裝置。電磁波到達(dá)接收點后，也是由天線接收 下來（但是天線所接收到的只是很小一部分），并通過電纜輸送到接收模塊。 電感耦合射頻識別系統(tǒng)中，閱讀器的天線產(chǎn)生電磁波，并向電子標(biāo)簽提供工作能量，同時傳 遞信息。 天線有很多種形式和結(jié)構(gòu)，如平板天線、環(huán)形天線、螺旋天線等。環(huán)形天線主要用于中、低頻射頻識別系統(tǒng)中，用來實現(xiàn)能量和數(shù)據(jù)的電磁耦合。它在射頻識別系統(tǒng)中起到了舉足輕重的作用。電子標(biāo)簽通過這一區(qū)域時被觸發(fā)，發(fā)送存儲在電子標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)，或根據(jù)閱讀器的指令來改寫存儲在電子標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)。閱讀器可以作為單獨的整體存在，也可以嵌入到其他的應(yīng)用系統(tǒng)中。 閱讀器工作的頻率決定整個系統(tǒng)的工作頻率。根據(jù)射頻識別體統(tǒng)的頻率不同，可以將閱讀器分為低頻閱讀器、高頻閱讀器和超高頻閱讀器。但是低頻和高頻閱讀器的設(shè)計比較簡單，體積也較小，價格也相對較低。但是超高頻閱讀器的設(shè)計比較復(fù)雜，體積也相對較大。主要由兩大基本模塊組成：信號控制與處理模塊和高頻接口模塊。如圖 所示。信號控制和處理模塊的主要功能：控制電子標(biāo)簽的通 圖 閱讀器結(jié)構(gòu)圖 信過程；對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和 解密 ；信號的編碼和解碼