可溯源系統(tǒng)標識件的設(shè)計ppt課件

1、Key Laboratory of Animal Nutrition And Feed Science of Yunnan Province可溯源系統(tǒng)標識件的設(shè)計可溯源系統(tǒng)標識件的設(shè)計報告人：趙金燕報告人：趙金燕云南省動物營養(yǎng)與飼料重點實驗室云南省動物營養(yǎng)與飼料重點實驗室一、一、RFID技術(shù)介紹技術(shù)介紹 無線射頻識別技術(shù)Radio Frequency Identification，簡稱RFID是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境，可識別高速運動物體，并可同時識別多個標簽，操作快捷方便。因而，“RFID技術(shù)已經(jīng)成為

2、21世紀全球自動識別技術(shù)發(fā)展的主要方向。 RFID系統(tǒng)組成v應(yīng)用RFID技術(shù)組成的自動識別系統(tǒng)稱為RFID系統(tǒng)。RFID系統(tǒng)主要由三部分組成：v（1）、電子標簽(Tag)：由IC芯片及一些耦合元件組成，標簽含有內(nèi)置天線，用于和射頻天線間進行通信。v（2）、閱讀器Reader，也叫讀寫器）：讀取電子標簽信息的設(shè)備。許多閱讀器還帶有附加的接口RS232或RS485等與外部計算機(上位機主系統(tǒng))連接，進行數(shù)據(jù)交換。v（3）、計算機：進行數(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，當電子標簽進入發(fā)射天線工作區(qū)域時產(chǎn)生感

3、應(yīng)電流，電子標簽獲得能量被激活；電子標簽將自身唯一識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簽發(fā)送來的載波信號，經(jīng)天線調(diào)節(jié)器傳送到閱讀器，閱讀器對接收的信號進行解調(diào)和解碼，然后送到后臺主系統(tǒng)進行相關(guān)處理；主系統(tǒng)根據(jù)邏輯運算判斷該卡的合法性，針對不同的設(shè)定做出相應(yīng)的處理和控制，發(fā)出指令信號控制執(zhí)行機構(gòu)動作。 電子標簽的分類 電子標簽Tag是射頻識別系統(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)電子標簽供電方式的不同，電子標簽可以分為有源卡(Active tag)和無源卡(Passive tag)，有源卡內(nèi)裝有電池

4、，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v快速掃描讀寫器可同時讀取多個標簽）v體積小、形狀多樣化v抗污染能力和耐久性防水、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、存儲信息可更改v安全性標簽上的數(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)在動物食品安全可溯源系統(tǒng)的應(yīng)用，不僅包括對動物從出生到進入屠宰場整個飼養(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)品進入消費市場超市等后，消費者可通過每一只

5、動物的唯一識別碼，查詢該產(chǎn)品的整個飼養(yǎng)過程。該系統(tǒng)從生產(chǎn)到銷售的各個環(huán)節(jié)追蹤檢查動物產(chǎn)品，有利于監(jiān)測任何對人類健康和環(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，而且可在危險發(fā)生前采取應(yīng)對措施，達到預(yù)防預(yù)警效果。二、可溯源系統(tǒng)標識件的設(shè)計二、可溯源系統(tǒng)標識件的設(shè)計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)計可溯源系統(tǒng)標識件的設(shè)計標識件的設(shè)計是可溯源系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)和關(guān)鍵問題之一?？伤菰聪到y(tǒng)的標識件包括電子標簽、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

6、2.45 GHZ以上）。通過不同頻段RFID系統(tǒng)的優(yōu)缺點的分析，再根據(jù)本課題要求，能在50米內(nèi)自動監(jiān)測動物個體，并且自動更新數(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)點優(yōu)點缺點缺點低頻技術(shù)簡單、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的工作距離距離不夠遠（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（大于1m）、天線尺寸小、可繞開障礙物，無須視線接觸，可定向識別各國都有不同的頻段管制，對人體有傷害，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簽的優(yōu)點外，還具有更高的

7、帶寬和通信速率，更長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：系統(tǒng)的優(yōu)缺點：v根據(jù)本課題要求，我們選用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)計標準頻段為2.4GHz，采用嵌入式MCU，其閃存存儲量可為8/16/32KB，隨機存儲器存儲量可為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)傳輸率達到500Kbps。1、芯片的功能芯片

8、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），以及自動增益控制AGC），調(diào)制解調(diào)和同步信號校準FEC）、信息包處理，然后通過嵌入式的微控制單元MCU），進行處理之后送入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RF信號，再通過一個LC濾波器的作用，和天線達到最佳的阻抗匹配。偏置電阻R271用于設(shè)置一個精確的偏置電流；退藕電容C301用于提供PC

9、B板精確的功率供給； C171、C181和C201、C211分別為晶體X2和X1的負載電容。v因為該芯片具有接收和發(fā)送兩種功能，所以它既可以做電子標簽使用，也可以做讀寫器主芯片使用，讀寫器的應(yīng)用電路圖略。3、PCB電路圖的可靠性設(shè)計v實踐證明，即使電路原理圖設(shè)計正確，印制電路板設(shè)計不當，也會對電子設(shè)備的可靠性產(chǎn)生不利影響。例如，如果印制板兩條細平行線靠得很近，則會形成信號波形的延遲，在傳輸線的終端形成反射噪聲。v因而，在設(shè)計印制電路板的時候，應(yīng)注意以下方面:v（1）、地線設(shè)計v（2）、去耦電容配置 v（3）、電磁兼容性設(shè)計 地 線 設(shè) 計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

10、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)計中應(yīng)注意以下幾點：正確選擇單點接地與多點接地；將數(shù)字電路與模擬電路分開；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，負載的變化會引起電源噪聲。例如在數(shù)字電路中，當電路從一個狀態(tài)轉(zhuǎn)換為另一種狀態(tài)時，就會在電源線上產(chǎn)生一個很大的尖峰電流，形成瞬變的噪聲電壓。配置去耦電容可以抑制因負載變化而產(chǎn)生的噪聲，是印制PCB板可靠性設(shè)計的一種常規(guī)做法。電磁兼容性設(shè)計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)、有效地進行工

11、作的能力。電磁兼容性設(shè)計的目的是使電子設(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，同時又能減少電子設(shè)備本身對其它電子設(shè)備的電磁干擾。v為了避免高頻信號通過印制導(dǎo)線時產(chǎn)生的電磁輻射，在印制電路板布線時，應(yīng)注意以下幾點：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時鐘信號引線最容易產(chǎn)生電磁輻射干擾，走線時盡量與地線回路相靠近。v數(shù)據(jù)總線的布線應(yīng)每兩根信號線之間夾一根信號地線。最好是緊緊挨著最不重要的地址引線放置地回路，因為后者常載有高頻電流。v在雙面、多面印制板中，上下兩層信號線的走線方向要盡量相互

12、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入電子線路中。直接對電路的靜電放電經(jīng)常會引起電路的損壞，對鄰近物體的放電通過電容或電感耦合，會影響到電路工作的穩(wěn)定性。v靜電防護的措施有很多，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板入口處增加保護環(huán)環(huán)與接地端相連）。三、結(jié)三、結(jié) 論論v上述設(shè)計方法使用目前流行的電路設(shè)計軟件，通過自行設(shè)計RFID系統(tǒng)的電子標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，并進行相關(guān)參數(shù)的測試和設(shè)計的修改校驗，最終制作出符合