無線射頻識(shí)別rfid技術(shù)

1、無線射頻識(shí)別rfid技術(shù)一、一、RFID技術(shù)介紹技術(shù)介紹 無線射頻識(shí)別技術(shù)（Radio Frequency Identification，簡(jiǎn)稱RFID）是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它通過射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)別工作無須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境，可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體，并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽，操作快捷方便。因此，“RFID技術(shù)”已經(jīng)成為21世紀(jì)全球自動(dòng)識(shí)別技術(shù)發(fā)展的主要方向。 RFID系統(tǒng)組成v應(yīng)用RFID技術(shù)組成的自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)稱為RFID系統(tǒng)。RFID系統(tǒng)主要由三部分組成：v（1）、電子標(biāo)簽(Tag)：由IC芯片及一些耦合元件組成，標(biāo)簽含有內(nèi)置天線，用于和射頻天線間進(jìn)行通

2、信。v（2）、閱讀器（Reader，也叫讀寫器）：讀取電子標(biāo)簽信息的設(shè)備。許多閱讀器還帶有附加的接口RS232或RS485等與外部計(jì)算機(jī)(上位機(jī)主系統(tǒng))連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。v（3）、計(jì)算機(jī)：進(jìn)行數(shù)據(jù)管理。RFID系統(tǒng)工作原理框圖如下：系統(tǒng)工作原理框圖如下：RFID系統(tǒng)的工作原理 閱讀器通過發(fā)射天線發(fā)送一定頻率的射頻信號(hào)，當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn)入發(fā)射天線工作區(qū)域時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流，電子標(biāo)簽獲得能量被激活；電子標(biāo)簽將自身唯一識(shí)別碼等信息通過卡內(nèi)置發(fā)送天線發(fā)送出去；系統(tǒng)接收天線接收到從電子標(biāo)簽發(fā)送來的載波信號(hào)，經(jīng)天線調(diào)節(jié)器傳送到閱讀器，閱讀器對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和解碼，然后送到后臺(tái)主系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)處理；主系統(tǒng)根據(jù)邏

3、輯運(yùn)算判斷該卡的合法性，針對(duì)不同的設(shè)定做出相應(yīng)的處理和控制，發(fā)出指令信號(hào)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。 電子標(biāo)簽的分類 電子標(biāo)簽（Tag）是射頻識(shí)別系統(tǒng)真正的數(shù)據(jù)載體，Tag具有智能讀寫和加密通訊的功能，它的基本構(gòu)成是由IC芯片和一些外圍元件組成。 依據(jù)電子標(biāo)簽供電方式的不同，電子標(biāo)簽可以分為有源卡(Active tag)和無源卡(Passive tag)，有源卡內(nèi)裝有電池，無源卡內(nèi)沒有裝電池。按照能量供給方式，RFID系統(tǒng)分為有源系統(tǒng)與無源系統(tǒng)；按照工作頻率，RFID系統(tǒng)有低頻、中頻、高頻、超高頻、微波射頻等幾種。RFID技術(shù)的優(yōu)勢(shì)v快速掃描（讀寫器可同時(shí)讀取多個(gè)標(biāo)簽）v體積小、形狀多樣化v抗污染能力和

4、耐久性（防水、防磁、耐高溫等）v可重復(fù)使用v穿透性和無屏障閱讀（讀取距離大）v數(shù)據(jù)的記憶容量大、存儲(chǔ)信息可更改v安全性（標(biāo)簽上的數(shù)據(jù)可以加密）基于RFID技術(shù)的食品安全可溯源系統(tǒng)vRFID技術(shù)在動(dòng)物食品安全可溯源系統(tǒng)的應(yīng)用，不僅包括對(duì)動(dòng)物從出生到進(jìn)入屠宰場(chǎng)整個(gè)飼養(yǎng)過程（飼養(yǎng)管理、獸醫(yī)預(yù)防、疾病治療、飼料使用）的記錄與監(jiān)控，還包括畜產(chǎn)品進(jìn)入消費(fèi)市場(chǎng)（超市等）后，消費(fèi)者可通過每一只動(dòng)物的唯一識(shí)別碼，查詢?cè)摦a(chǎn)品的整個(gè)飼養(yǎng)過程。該系統(tǒng)從生產(chǎn)到銷售的各個(gè)環(huán)節(jié)追蹤檢查動(dòng)物產(chǎn)品，有利于監(jiān)測(cè)任何對(duì)人類健康和環(huán)境的影響。一旦發(fā)生不良影響可以將產(chǎn)品迅速撤出市場(chǎng)，而且可在危險(xiǎn)發(fā)生前采取應(yīng)對(duì)措施，達(dá)到預(yù)防預(yù)警效果。二

5、、可溯源系統(tǒng)標(biāo)識(shí)件的設(shè)計(jì)二、可溯源系統(tǒng)標(biāo)識(shí)件的設(shè)計(jì)v1、芯片的功能和原理框圖v2、芯片的外圍電路原理圖v3、PCB電路圖的可靠性設(shè)計(jì)可溯源系統(tǒng)標(biāo)識(shí)件的設(shè)計(jì)標(biāo)識(shí)件的設(shè)計(jì)是可溯源系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)和關(guān)鍵問題之一。可溯源系統(tǒng)的標(biāo)識(shí)件包括電子標(biāo)簽、讀寫器兩部分。RFID系統(tǒng)根據(jù)使用工作頻率的不同，主要分為四類：低頻（30300kHz）、高頻（330MHz）、超高頻（300MHz3 GHZ）以及微波（2.45 GHZ以上）。通過不同頻段RFID系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)的分析，再根據(jù)本課題要求，能在50米內(nèi)自動(dòng)監(jiān)測(cè)動(dòng)物個(gè)體，并且自動(dòng)更新數(shù)據(jù)，通信速率要求快，我們選用2.45 GHZ的微波頻段。工作頻段工作頻段優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)

6、缺點(diǎn)低頻技術(shù)簡(jiǎn)單、無頻率限制受環(huán)境影響較小通信速率低、工作距離短（小于10cm）、天線尺寸大高頻與低頻相比有較高的通信速率和較長(zhǎng)的工作距離距離不夠遠(yuǎn)（最大75 cm）天線尺寸大，受金屬材料影響較大超高頻工作距離長(zhǎng)（大于1m）、天線尺寸小、可繞開障礙物，無須視線接觸，可定向識(shí)別各國(guó)都有不同的頻段管制，對(duì)人體有傷害，發(fā)射功率受限制，受某些材料影響較大微波除具有超高頻標(biāo)簽的優(yōu)點(diǎn)外，還具有更高的帶寬和通信速率，更長(zhǎng)的工作距離和更小的天線尺寸共享此頻段產(chǎn)品多，易受干擾，技術(shù)復(fù)雜，對(duì)人體有傷害，發(fā)射功率受限制，受某些材料影響較大不同頻段不同頻段RFID系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)：系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)：v根據(jù)本課題要求，我們選用

7、的芯片必須具備下列功能：v工作在工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療（ISM）頻段，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)頻段為2.4GHz，采用嵌入式MCU，其閃存存儲(chǔ)量可為8/16/32KB，隨機(jī)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)量可為1/2/4KB。具有集成索相環(huán)（PLL）、功率放大器（PA）、低噪聲放大器（LNA）、調(diào)制解調(diào)器（MODEM）等功能。采用QLP封裝，體積較小。并支持流行的跳頻技術(shù)，以及各種調(diào)制方式，能夠使數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)到500Kbps。1、芯片的功能芯片無線射頻部分原理框圖芯片的無線射頻收發(fā)原理v把接收到的RF信號(hào)通過低噪聲放大器和積分轉(zhuǎn)換，輸入到混頻器中，再經(jīng)過頻率合成器（包括集成的LC振蕩器和90度的相位轉(zhuǎn)換），以及自動(dòng)增益控制（AGC），調(diào)

8、制解調(diào)和同步信號(hào)校準(zhǔn)（FEC）、信息包處理，然后通過嵌入式的微控制單元（MCU），進(jìn)行處理之后送入RX/TX中。2、結(jié)合芯片特性和課題需要，芯片的外圍電路圖為 芯片外圍電路圖的簡(jiǎn)單說明vC232、C242、L231和L241共同組成不平衡變壓器，用于芯片不同RF端口轉(zhuǎn)換成單個(gè)RF信號(hào)，再通過一個(gè)LC濾波器的作用，和天線達(dá)到最佳的阻抗匹配。偏置電阻R271用于設(shè)置一個(gè)精確的偏置電流；退藕電容C301用于提供PCB板精確的功率供給； C171、C181和C201、C211分別為晶體X2和X1的負(fù)載電容。v因?yàn)樵撔酒哂薪邮蘸桶l(fā)送兩種功能，所以它既可以做電子標(biāo)簽使用，也可以做讀寫器主芯片使用，讀寫器

9、的應(yīng)用電路圖略。3、PCB電路圖的可靠性設(shè)計(jì)v實(shí)踐證明，即使電路原理圖設(shè)計(jì)正確，印制電路板設(shè)計(jì)不當(dāng)，也會(huì)對(duì)電子設(shè)備的可靠性產(chǎn)生不利影響。例如，如果印制板兩條細(xì)平行線靠得很近，則會(huì)形成信號(hào)波形的延遲，在傳輸線的終端形成反射噪聲。v因此，在設(shè)計(jì)印制電路板的時(shí)候，應(yīng)注意以下方面:（1）、地線設(shè)計(jì)（2）、去耦電容配置 （3）、電磁兼容性設(shè)計(jì) 地 線 設(shè) 計(jì)v在電子設(shè)備中，接地是控制干擾的重要方法。如能將接地和屏蔽正確結(jié)合起來使用，可解決大部分的干擾問題。v電子設(shè)備中地線結(jié)構(gòu)大致有系統(tǒng)地、機(jī)殼地（屏蔽地）、數(shù)字地（邏輯地）和模擬地等幾種。v地線設(shè)計(jì)中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：正確選擇單點(diǎn)接地與多點(diǎn)接地；將數(shù)字電路

10、與模擬電路分開；盡量加粗接地線（接地線的寬度應(yīng)大于3mm）；將接地線構(gòu)成閉合環(huán)路。去耦電容配置v在直流電源回路中，負(fù)載的變化會(huì)引起電源噪聲。例如在數(shù)字電路中，當(dāng)電路從一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換為另一種狀態(tài)時(shí)，就會(huì)在電源線上產(chǎn)生一個(gè)很大的尖峰電流，形成瞬變的噪聲電壓。配置去耦電容可以抑制因負(fù)載變化而產(chǎn)生的噪聲，是印制PCB板可靠性設(shè)計(jì)的一種常規(guī)做法。電磁兼容性設(shè)計(jì)v電磁兼容性是指電子設(shè)備在各種電磁環(huán)境中仍能夠協(xié)調(diào)、有效地進(jìn)行工作的能力。電磁兼容性設(shè)計(jì)的目的是使電子設(shè)備既能抑制各種外來的干擾，使電子設(shè)備在特定的電磁環(huán)境中能夠正常工作，同時(shí)又能減少電子設(shè)備本身對(duì)其它電子設(shè)備的電磁干擾。v為了避免高頻信號(hào)通過印制導(dǎo)

11、線時(shí)產(chǎn)生的電磁輻射，在印制電路板布線時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：v盡量減少印制導(dǎo)線的不連續(xù)性，例如導(dǎo)線寬度不要突變，導(dǎo)線的拐角應(yīng)大于90度（一般選擇135度或圓角），禁止環(huán)狀走線等。v時(shí)鐘信號(hào)引線最容易產(chǎn)生電磁輻射干擾，走線時(shí)盡量與地線回路相靠近。v數(shù)據(jù)總線的布線應(yīng)每?jī)筛盘?hào)線之間夾一根信號(hào)地線。最好是緊緊挨著最不重要的地址引線放置地回路，因?yàn)楹笳叱］d有高頻電流。v在雙面、多面印制板中，上下兩層信號(hào)線的走線方向要盡量相互垂直或斜交叉，盡量避免平行走線，減少寄生耦合的產(chǎn)生。 v靜電放電可通過直接傳導(dǎo)、電容耦合和電感耦合三種方式進(jìn)入電子線路中。直接對(duì)電路的靜電放電經(jīng)常會(huì)引起電路的損壞，對(duì)鄰近物體的放電通過電容或電感耦合，會(huì)影響到電路工作的穩(wěn)定性。v靜電防護(hù)的措施有很多，例如建立完善的屏蔽結(jié)構(gòu)，帶有接地的金屬屏蔽殼體可將放電電流釋放到地?；蛘咴赑CB板入口處增加保護(hù)環(huán)（環(huán)與接地端相連）。三、結(jié)三、結(jié) 論論v上述設(shè)計(jì)方法使用目前流行的電路設(shè)計(jì)軟件，通過自行設(shè)計(jì)RFID系統(tǒng)的電子標(biāo)簽（讀寫器）電路原理圖和PCB電路圖。并使用SMT的加工設(shè)備，制作出相應(yīng)的PCB板，在PCB板上安裝相應(yīng)外設(shè)元件，并進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的測(cè)試和設(shè)計(jì)的修改校驗(yàn)，最終制作出符合課題要求的樣機(jī)。已傳