A DESIGN OF ACTIVE RFID TAGS BASED ON NRF24L01

合集下载

基于复自然谐振的无芯RFID标签的设计

基于复自然谐振的无芯RFID标签的设计

基于复自然谐振的无芯RFID标签的设计胥磊【摘要】A design of chipless RFID tag based on complex natural resonance is proposed. The tag consists of two metallic patches loaded with multiple slot resonators. Two groups of slots double the number of data bits within the UWB band without increasing the mutual coupling A coding capacity of 12 bits is obtained within a size of 35 mm× 33 mm. RCS curve and pole diagram have been given by simulation. Transmission coefficient S21 and pole diagram are measured.The agreement betweenthe simulation and measurement validates this new concept of design. This tag has high data capacity and low cost and can be directly printed on product because it needs only one conductive layer.%基于复自然谐振的无芯RFID标签由两个梯形贴片组成,两组谐振频率邻近的缝隙谐振器分别加载在两个贴片上。

标签在UWB频段数据容量提高了一倍而不增加互耦,在35 mm×33 mm的合理尺寸内可编12位数据。

仿真得到标签的RCS曲线和极点分布图;实测得到传输系数S21和极点分布图。

多散射体无芯片RFID标签的设计

多散射体无芯片RFID标签的设计

第41卷第4期2018年8月电子器件ChineseJournalofElectronDevicesVol 41㊀No 4Aug.2018项目来源:国家自然科学基金面上项目(61671393)ꎻ四川省教育厅重点科技项目(16ZA0127ꎬ18ZA0487)收稿日期:2017-06-14㊀㊀修改日期:2017-07-20DesignofaMulti ̄ScattererChiplessRFIDTag∗ZHAOFengꎬZOUChuanyun∗ꎬXULeiꎬHEYi(SchoolofInformationEngineeringꎬSouthwestUniversityofTechnologyandScienceꎬMianyangSichuan621010ꎬChina)Abstract:AnovelcompactprintablechiplessRFIDtagispresented.Thetagisetchedonthesubstratebyseveralright ̄angel ̄shapedregularlyarrangedresonators.Thetaghasgoodstabilityforincidentwavesinavarietyofpolarizeddirections.Anovelchiplesstagencodingmethodtodoubletheencodingcapacitywithoutincreasingthemutualcouplingbetweenresonatorsisproposed.TheRFIDtagoperatesintheUWBbandꎬandahighencodingdensityof3.3bit/cm2isobtainedontheareaof22mmˑ11mm.RCScurveofthetaghasbeengivenbysimula ̄tionꎬandtransmissioncoefficientS21ismeasuredꎮTheagreementbetweenthesimulationandthetheoreticalanalysisvalidatesthisnewconceptofdesign.Thesetagsaresingle ̄sidedandhavehigherdatadensitycomparedtotheexistingprintablechiplesstagsandcanbedirectlyprintedontheIDcardsandpapers.Keywords:RFIDꎻchiplesstagꎻresonatorꎻRadarCrossSectionEEACC:7250Gꎻ7210㊀㊀㊀㊀doi:10.3969/j.issn.1005-9490.2018.04.047多散射体无芯片RFID标签的设计∗赵㊀峰ꎬ邹传云∗ꎬ胥㊀磊ꎬ何㊀毅(西南科技大学信息工程学院ꎬ四川绵阳621010)摘㊀要:提出了一种新型可打印无芯片RFID标签ꎮ标签由在矩形介质板上蚀刻的多个按规律排列的直角型谐振器构成ꎬ标签结构对于多种极化方向的入射波都有着良好的稳定性ꎮ同时提出了一种新的无芯片标签编码方法ꎬ在不增加谐振器间相互耦合的前提下ꎬ使标签的编码密度增加了一倍ꎮ标签工作在3.1GHz~10.6GHz的超宽带频率范围内ꎬ在22mmˑ11mm的合理尺寸内编码密度高达3.3bit/cm2ꎮ仿真给出了标签的雷达散射截面积曲线ꎬ实测得到传输系数S21ꎬ仿真结果与实测一致ꎬ验证了本设计的合理性ꎮ相比于传统的无芯标签ꎬ该标签具有尺寸小和编码密度高等优点ꎬ标签采用单层导体结构能被直接印制在ID卡甚至纸张上ꎮ关键词:射频识别ꎻ无芯标签ꎻ谐振器ꎻ雷达散射截面积中图分类号:O441㊀㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀㊀文章编号:1005-9490(2018)04-1066-05㊀㊀射频识别(RFID)系统是使用阅读器从远程放置的标签提取信息的无线数据捕获技术ꎮ该系统由两个主要元件组成:数字编码的RFID标签和用于从标签中提取编码数据的RFID读取器ꎮ对于不同的场合ꎬ需要使用特定的射频识别系统ꎮ与传统的条形码相比RFID标签的优点在于其较长的读取距离㊁穿透性和抗污染能力强ꎬ因此它具有取代条形码的潜在能力ꎮ但是目前的RFID标签相比于条形码成本较高ꎬ所以它们仍然难以应用于低成本领域ꎮ广泛使用的无源有芯RFID标签的成本主要取决于其内部使用的硅芯片[1]ꎮ因此ꎬ目前的研究侧重于研发可打印的无芯片RFID标签ꎮ如果标签的成本能够降低到1美分ꎬ那么在低成本领域将会有数以十亿计的标签需求量[2]ꎮ目前ꎬ文献中提出了一些无芯片RFID标签ꎮ按照无芯片标签的检测方法ꎬ它们被分为时域法ꎬ频域法和相位域法ꎮ采用时域法的标签ꎬ根据一系列经过时间延迟的脉冲信号实现对标签ID的检测[3-5]ꎮ基于相位域法的标签在文献[6]中被提出ꎬ是由枝节加载的多个贴片天线构成ꎮ文献[7-8]中提出了使用折叠偶极子谐振器构造的无芯标签ꎬ但是标签对极化方向敏感ꎮ文献[9]中提出了一种在3.1GHz到10.6GHz的超宽带(UWB)范围内最高可获得35bit的数据容量的频域法标签ꎬ但其尺寸较大ꎬ难以被投入使用ꎮ相比于时域法和相位域法ꎬ基于频域法构造的无芯标签拥有更高的数据密度ꎬ通过标签在确定的频点产生共振峰来实现无芯标签的设计和编码ꎮ因此ꎬ它们需要较宽的频率范围ꎮ对于大多数文献中提出的无芯标签ꎬ第1个要考第4期赵㊀峰ꎬ邹传云等:多散射体无芯片RFID标签的设计㊀㊀虑的问题来自于标签的尺寸和编码容量之间的关系ꎬ现有的基于频域法构造的无芯标签ꎬ所采用的是在频域的OOK(OnOffKeying)编码方式[10-12]ꎮ所设计的无芯标签都需要特定的一个谐振单元来完成特定的一个比特的编码ꎬ这使得标签的尺寸与数据的比特数呈现出线性关系ꎬ想要获取多比特的编码数据ꎬ标签尺寸也会随之增大ꎬ这也使其失去了商业上的可行性ꎮ第2个需要考虑的问题ꎬ来自于谐振器之间的相互耦合ꎮ为了克服上述提到的无芯标签设计中所面临的问题ꎬ设计了一种新型可打印无芯RFID标签ꎬ并提出了一种新的无芯标签编码方法ꎮ能够使无芯标签在减少谐振器数目的同时ꎬ仍然可以获得较高的编码容量ꎬ同时减小了谐振器间的相互耦合并提高了印刷公差ꎮ1㊀无芯标签的结构和工作原理图1所示为无芯标签的结构ꎬ由多个在矩形基板上蚀刻的直角型谐振器构成ꎮ基板材料为聚四氟乙烯铜箔板F4BMꎬ基板的相对介电常数εr为2.23ꎬ损耗角正切tanδ为0.0007ꎮ图1中L为直角型谐振器的臂长ꎬW是直角型谐振器的臂宽ꎬS为相邻谐振器之间的间距ꎬS0为两个阵列之间的间距ꎮ图1㊀无芯片标签结构任意的金属结构在受到雷达波照射时ꎬ都能以特殊的方式对入射雷达波产生散射ꎮ无芯标签本质上也是一种金属散射体结构ꎬ当受到雷达波激励时ꎬ能散射出与自身结构相关的后向散射信号ꎮ其中特定的金属结构会在特定频率点产生有明显波峰或波谷的雷达散射截面(RCS)曲线ꎬ每个金属谐振器都对应着一个谐振频率点ꎮ当金属谐振器存在时ꎬ回波信号的RCS频谱图上会出现对应的谐振频点ꎬ此时将其编码为 1 ꎻ当金属谐振器不存在时ꎬ其对应的谐振频点也不会产生ꎬ此时编码为 0 ꎮ这样通过改变谐振器的数目ꎬ便可以获得标签的不同编码状态ꎮ这也是现有的文献中ꎬ使用较为广泛的标签编码方法ꎮ无芯RFID标签的工作原理如图2所示ꎬ当无芯标签受到来自阅读器发射的查询信号激励时ꎬ便会后向散射出与自身结构相关的回波信号ꎬ此时数据便会编码在后向散射信号中ꎬ阅读器通过接收天线收到编码后的后向散射信号后ꎬ便会通过一定的算法得到该标签的编码信息ꎬ这样便完成了无芯标签的检测和识别ꎮ图3㊀基板材料为F4BM和纸时的RCS频谱图图2㊀无芯片RFID标签工作原理示意图2㊀无芯标签的特性分析2.1㊀基板材质分析标签结构通过三维全波电磁仿真软件(FEKO)进行仿真分析ꎬ当基板材质为F4BMꎬ得到如图3(a)所示的无芯标签的RCS曲线ꎬ标签的结构参数如下:基板的厚度为0.5mmꎬ尺寸为22mmˑ11mmꎬS为0.8mmꎬS0为1.6mmꎬ臂宽W为0.2mmꎮ由图3(a)可以得到按谐振器的臂长L由大到小对应的谐振频率分别为6.68GHz㊁7.79GHz㊁9.01GHz和10.19GHzꎬ幅值接近于-30dBsmꎬ谐振特性明显并能清楚分别出各个谐振频点ꎮ保持上述标签结构的物理参数不变ꎬ改变基板的材料ꎮ采用相对介电常数为2.25ꎬ损耗角正切为0.045的纸来代替基板ꎬ得到标签的RCS频谱曲线如图3(b)所示ꎬ清楚看出各个谐振频点分别为6.67GHz㊁7.72GHz㊁8.98GHz和10.18GHzꎮ对比图3(a)发现ꎬ当基板材质更改为纸时ꎬ谐振频点略有降低且RCS频谱图的幅值也有所减小ꎬ幅值接近于-35dBsmꎮ但是仍然可以清楚的分辨出各个谐振频点ꎬ说明纸制材料也有着7601电㊀子㊀器㊀件第41卷充当基板材质的能力ꎬ这也为该无芯标签的可打印性(打印在纸张或其他文件)提供了实验依据ꎮ2.2㊀入射波极化角度分析为了能够适应更复杂的检测环境ꎬ这里来验证标签对多种极化方向的入射波的稳定性ꎮ改变入射波的极化方向ꎬ令极化角度η分别为0ʎ㊁30ʎ㊁60ʎ和90ʎꎬ得到图4所示的RCS频谱图ꎮ由图4可知当入射波极化方向发生改变时ꎬ谐振频点均不会发生偏移ꎬ从而可以得出这种标签结构具有对极化角度不敏感的特性ꎬ即该结构对多种极化方向的入射波都保持了良好的稳定性ꎮ还可以看出当η逐渐增大时ꎬ|RCS|随之减小ꎮ当极化角度为90ʎ时ꎬ|RCS|最小ꎬ这意味着单位面积内回波信号的强度最大ꎮ回波信号的强度大小对于标签的检测识别并没有干扰ꎬ但是会对其读取范围有所影响ꎮ图4㊀不同极化角度下的RCS曲线2.3㊀谐振器间距分析当金属谐振器受到雷达波照射时ꎬ相邻的谐振器间存在着相互耦合ꎬ这便会对谐振频点造成一定的影响ꎮ保持上述的标签物理参数不变ꎬ改变相邻谐振器的间距得到了标签的RCS曲线ꎬ如图5所示ꎮ图5㊀间距S不同取值时的RCS曲线㊀㊀观察可知ꎬ图5(a)和5(b)中不能分辨出每个谐振器对应的谐振频点ꎮ图5(c)和图5(d)中可以清楚的分辨出每个谐振点ꎬ并且随着间距S的增大ꎬ谐振特性变得更加明显ꎬ说明适当的增加相邻谐振器的间距ꎬ有利于降低谐振器间的相互耦合ꎬ因此相邻谐振器之间必须保持一定的间距ꎮ3㊀频移编码技术3.1㊀编码思想由上述分析可知ꎬ由于无芯片标签的相邻谐振器之间必须保持一定的间距ꎬ因此谐振器数目的增加ꎬ将会导致标签的尺寸也会随之增大ꎮ现有的基于频域法构造的无芯标签ꎬ大都采用OOK的编码方式ꎬ利用共振峰的有无进行编码ꎬ获取多比特的编码容量ꎬ需要增加相应的谐振器的数目ꎬ这无疑不利于标签尺寸的小型化ꎮ为了解决上述的问题ꎬ这里将频移技术的思想引入到无芯标签的设计中ꎬ提出了一种新的标签编码方法ꎬ这里称之为频移编码技术ꎮ采用此方法ꎬ使无芯标签在不增加谐振器间相互耦合的前提下ꎬ使标签的编码密度增加了一倍ꎮ下面利用图6中的标签结构来介绍频移编码技术的编码过程ꎮ直角型谐振器的臂长L是与谐振频率成反比的ꎬ因此通过减少或增加金属谐振器的长度Lꎬ会使谐振频率变得更高或更低ꎬ而在RCS频谱图中则表现为谐振频点右移(较高频率)或左移(较低频率)ꎬ利用谐振频点的偏移便可以获得多种不同的编码状态ꎮ为了便于表示谐振频点的偏移ꎬ我们定义了aꎬbꎬcꎬd4个频移参量ꎬ表示为图6中阴8601第4期赵㊀峰ꎬ邹传云等:多散射体无芯片RFID标签的设计㊀㊀影部分的长度ꎮ频移参数的变化将会导致谐振频点产生与之相关的改变ꎬ对于本文中的标签结构ꎬ单个谐振器可以产生4个不同的二进制状态ꎬ分别为 01 ꎬ 10 ꎬ 11 和 00 其中ꎬ 00 表示谐振器不存在ꎬ即没有共振峰产生ꎮ图6㊀无芯标签编码方法频谱图的编码状态如图7所示ꎬ不同编码状态下的相关物理参数在表1中给出ꎮ图7㊀无芯标签不同编码状态的RCS曲线表1㊀频移编码参量及编码状态频移参数改变量/mm谐振频点/GHz编码状态㊀0.66.3701a0.06.6810-0.67.08110.47.4401b0.07.7910-0.48.14110.38.6001c0.09.0110-0.39.36110.29.8001d0.010.1910-0.210.5411㊀㊀观察图7可以清楚看出共振峰偏移的位置ꎬ以及根据共振峰偏移产生的不同编码状态ꎬ这样便获得了不同的标签IDꎬ实线表示的标签ID是 10101010 ꎬ虚线表示的标签ID是 01010101 ꎬ点划线表示的标签ID是 11111111 ꎮ相比于现有的文献中ꎬ基于频域法的无芯标签通过增加谐振器的数量ꎬ来增加编码容量的方法ꎬ不仅提高了编码密度ꎬ而且减少了标签制作的工作量ꎮ3.2㊀编码容量分析根据上述的编码方法ꎬ每个谐振器都有4个不同的编码状态即 01 ㊁ 10 ㊁ 11 ㊁ 00 ꎮ因此ꎬ这里的每个谐振器实际上将编码两个比特ꎬ文中的4个谐振器则编码8个比特ꎮ但是ꎬ如果使用OOK的编码方式ꎬ每个谐振器只有两个状态即 0 和 1 ꎮ对于文中的标签结构ꎬ我们最多只能获得4个比特的编码容量ꎮ因此这种编码方法所获得的编码容量是文献[10-12]中提出的两个状态的编码技术的两倍ꎮ此外ꎬ如果阅读器拥有更高的分辨率(可以检测更小的频移)ꎬ那么按照频移编码技术的思想ꎬ编码容量可以得到进一步提高ꎮ总的编码容量计算如下:单个标签中的谐振器个数:Nꎻ每个谐振器可以表示的编码状态数:2Mꎻ编码数据位:Nˑlb2M=NˑMꎻ根据给出的编码容量计算方法ꎬ将来可以对更多的无芯标签结构进行设计ꎮ5㊀无芯片标签的制作与测试为了验证标签仿真的合理性ꎬ加工了3个具有不同ID的标签ꎬ基板材质采用聚四氟乙烯铜箔板(F4BM)ꎬ如图8所示ꎮ图8㊀标签实物图9㊀标签测试系统图标签的测试系统如图9所示ꎬ采用一个50Ω微带线ꎬ将微带线的两个端子与矢量网络分析仪AV3629D相连ꎬ将标签置于微带线上ꎬ测试标签的传输系数S21ꎬ图10为测试结果ꎮ由于加工和测量误差ꎬ可以发现在高频段测量结果与仿真结果有一定误差ꎬ这主要是由于板材的高频性能欠佳造成的ꎬ并且标签尺寸小ꎬ加工精度也有一定影响ꎮ最后ꎬ标签的ID仍然能正确的识别ꎬ这和仿真结果基本一致ꎬ验证了本文设计方案的可行性ꎮ9601电㊀子㊀器㊀件第41卷图10㊀3种不同ID标签的测试结果4㊀结论本文设计了一种新型可打印无芯片RFID标签ꎮ标签由在矩形介质板上蚀刻的多个按规律排列的直角型谐振器构成ꎮ相比于现有的无芯标签ꎬ该标签尺寸小㊁编码密度高㊁谐振特性明显ꎮ通过本文提出的无芯标签的频移编码方法ꎬ在保证不增加谐振器间相互耦合的情况下ꎬ使标签的编码容量提高了一倍ꎬ仿真分析与实验结果一致ꎬ验证了该方法的可靠性ꎮ所设计的无芯片RFID标签是单层导体结构ꎬ可直接粘贴或打印在ID卡或纸张上面ꎬ具有廉价㊁持久㊁抗污的广泛适用性ꎮ参考文献:[1]㊀KaiserUꎬSteinhagenW.ALow ̄PowerTransponderICforHigh ̄PerformanceIdentificationSystems[J].IEEEJournalofSolid ̄StateCircuitsꎬ1994ꎬ30(3):306-310.[2]HarropPꎬDasR.PrintedandChiplessRFIDForecastsꎬTechnolo ̄giesandPlayers[M].inIDTechExLtdꎬCambridge.U.K.2011:2011-2021.[3]GirbauDꎬLazaroAꎬRamosA.Time ̄CodedChiplessRFIDTags:DesignꎬCharacterizationandApplication[C]//IEEEInternationalConferenceonRfid ̄TechnologiesandApplications.IEEEꎬ2012:12-17.[4]RodriguesRAAꎬGurjaoECꎬDeAssisFMꎬetal.GroupDelayAnalysisofFoldedMulti ̄LayerC ̄SectionsUsedinEncodingofChiplessRFIDTag[C]//MicrowaveandOptoelectronicsConfer ̄ence.IEEEꎬ2015:1-5.[5]MandelCꎬSchublerMꎬNickelMꎬetal.HigherOrderPulseMod ̄ulatorsforTimeDomainChiplessRFIDTagswithIncreasedInfor ̄mationDensity[C]//EuropeanMicrowaveConference.2015:100-103.[6]BalbinIꎬKarmakarNC.Phase ̄EncodedChiplessRFIDTran ̄sponderforLarge ̄ScaleLow ̄CostApplications[J].IEEEMicro ̄waveandWirelessComponentsLettersꎬ2009ꎬ19(8):509-511.[7]VenaAꎬPerretEꎬTedjiniS.DesignofCompactandAuto ̄Compen ̄satedSingle ̄LayerChiplessRFIDTag[J].IEEETransactionsonMicrowaveTheoryandTechniquesꎬ2012ꎬ60(9):2913-2924.[8]VenaAꎬPerretEꎬTedjiniS.ChiplessRFIDTagUsingHybridCodingTechnique[J].IEEETransactionsonMicrowaveTheoryandTechniquesꎬ2011ꎬ59(12):3356-3364.[9]PreradovicSꎬKarmakarNC.DesignofFullyPrintablePlanarChiplessRFIDTransponderwith35 ̄bitDataCapacity[C]//Mi ̄crowaveConferenceꎬ2009.EuMC2009.European.IEEEꎬ2009:13-16.㊀[10]胥磊.基于复自然谐振的无芯RFID标签的设计[J].电子器件ꎬ2015(6):1321-1326.[11]GirbauDꎬLorenzoJꎬLazaroAꎬetal.Frequency ̄CodedChiplessRFIDTagBasedonDual ̄BandResonators[J].IEEEAntennasandWirelessPropagationLettersꎬ2012ꎬ11:126-128.[12]BhuiyanMSꎬKarmakarN.ChiplessRFIDTagBasedonSplit ̄WheelResonators[C]//EuropeanConferenceonAntennasandPropagation.2013:3054-3057.赵㊀峰(1991-)ꎬ男ꎬ河南开封ꎬ西南科技大学信息工程学院ꎬ硕士研究生ꎮ主要研究方向为无线射频识别技术ꎮ419434507@qq.comꎻ邹传云(1960-)ꎬ男ꎬ重庆潼南ꎬ西南科技大学信息工程学院ꎬ教授ꎬ博士生导师ꎬ主要研究方向为超宽带技术㊁无线射频识别技术ꎬzou_cy@qq.comꎮ0701。

基于RFID技术的课堂考勤系统设计

基于RFID技术的课堂考勤系统设计

宁波工程学院电信学院RFID技术论文论文名称基于RFID技术的课堂考勤系统设计专业、班级系统设计083姓名黄霞沈小凤韩娇王一迎学号 13 14 15 16 指导老师安鹏老师基于RFID技术的课堂考勤系统设计沈小凤1, 安鹏2, 黄霞3,韩娇4, 王一迎5(1,2,3,4,5宁波工程学院电信学院,浙江宁波315016)摘要:本文研究和设计了一种基于射频识别(RFID)技术的课堂考勤系统。

此系统是利用RFID技术,实现对到课堂上课人员的简单快速地自动点到和离开课堂的记录,保存相关的数据信息供教职人员检阅,从而免去平时点名占用的课堂时间。

这里简单介绍了课堂考勤系统的基本功能和组成,然后对系统各重要组成部分进行了详细的分析.关键词:射频识别;自动点到;电子标签;课堂考勤中图分类号: 文献标识码: 文章编号:引言如今的大学校园里,学生翘课、迟到、早退的现象已经屡见不鲜.考虑到每天每位老师都要进行对学生的考勤管理,尤其在大学课堂上,上课人数众多,点名考勤要占用很多时间,学生的人数众多单靠少数人员的监督很难做到对学生的实时管理,管理难度比较大。

为了解决学校课堂考勤管理难的问题而设计了一种智能的课堂考勤系统。

本系统采用了RFID技术,旨在于对学生进行考勤,不仅提高了管理效率,更增加了学生的出勤率.1 RFID系统1。

1 RFID技术的特点RFID是Radio Frequency Identification的缩写,即射频识别,俗称电子标签。

它是用无线射频方式进行非接触双向通信,以达到识别目的并交换数据的一项新技术。

它主要与当今数字化商务相适应,可以实现自动识别和远程监控及管理。

其通信距离范围可从几厘米到几十米,而且依据读写方式不同,可以输入几千字节的数字信息,具有极高的保密性[1].FRID技术的环境适应性强,可全天候、无接触地完成自动识别、跟踪和管理功能,且穿透能力和抗干扰能力强。

RFID技术可识别高速运动物体,并可同时识别多个标签,操作快捷方便。

基于ARM嵌入式平台的RFID阅读器设计.

基于ARM嵌入式平台的RFID阅读器设计.

电子科技大学硕士学位论文基于ARM嵌入式平台的RFID阅读器设计姓名:曾庆远申请学位级别:硕士专业:通信与信息系统指导教师:刘镰斧20090501摘要摘要射频识别技术(RFlD,RadioFrequencyIdentification)是目前自动识别技术发展的趋势所在,更被誉为21世纪最重要的十大技术之一。

当成本这一始终阻碍RFID得到全面发展的问题在全球各国政府政策的支持下得到解决后,RFID得到了前所未有的广泛发展和应用。

在条形码逐步被RFID标签取代的今天,作为RFID系统核心组成部分的RFID阅读器,有着极其广泛的技术开发空间和市场前景。

如何根据应用的需要,设计出性能良好、使用方便并且具有相当通用性的RFID阅读器产品,是众多企业和单位在应用中会遇到的课题。

本文首先简单介绍了RFID基本原理和RFID阅读器系统结构,然后结合工程项目的要求,介绍了一个基于ARM嵌入式平台的便携式RFID阅读器的设计实现的实例。

在设计和实现过程中,首先进行了系统需求和特点的分析,结合系统便携化和功能复杂性方面的特点以及ARM嵌入式系统的优势制定了系统方案并进行了功能模块划分。

然后在此基础上设计了各模块的硬件电路,编写了相应的驱动和测试程序。

并且利用这些驱动和测试代码在ADS环境下通过JTAG接口对电路进行了调试和功能验证。

接着采用802.1lb/g方案对阅读器进行了无线组网的设计。

此后在硬件系统的基础上,简述了Linux嵌入式操作系统下阅读器软件的开发。

文章最后还介绍了将所设计实现的样机投入实际应用环境下的测试情况,详细描述了测试的内容、方法和结果。

文章试图通过对一个阅读器开发实例的详细介绍,提出一套完整的阅读器设计思路和流程,为学习和开发人员提供帮助。

关键词:射频识别,阅读器,ARM,嵌入式ABSTRACTABSTRACTRFID(RadioFrequencyIdentification)isageneraldevelopingeventendencyoneofAEI(AutomaticEquipmentIdentification),whichhastoptenmostsignificanttechnologyofthe21stbeingsolvedbytheisbeenpraisedtobeofthecentury.Aftertheproblemofhilghcostaroundtheworld,RFIDadvantagedpolicyenactedbygovernmentscoreappliedintomassbroadfields.AsthepartofRFIDsystem,RFIDreaderholdsafar-flungspaceoftechnologydevelopinghowtodesignRFIDcostfloatsandmarketfuture.Consequently,theproblem,andreasonablereader谢廿ladvancedperformance,convenientUSeintoourlineofsight.aAftermakingsimplyintroductionoftheRFIDtheoryandthebasicstructureofaRFIDreader,thisdissertationpresentsanexampleofRFIDreaderdesigningbasedontheARM-embeddedplatformaccordingtotherequirementofapplication.First,theoftheinsystemschemeiscarriedoutbyanalyzingthesystem.TherequirementofportabilityandmassgeneralconsiderationwhenchoosingtheplatformofneedsandcharacteristicfunctionareemphasizedARM-embedded.Thenthedissertationdescribestheprocessofhardwaredesigning,drivercodinganddebugging,wirelessnetworkconnectingandsoft-waredesigningappliedcircumstanceinproperorder.Atlast,somesampleandthereadersaretestedinthecontent,methodsandandresultsofthesetestsarealSOdescribedindetail.Inconclusion,thisdissertationattemptstoofferatrainofthoughtsomeusefulmethodsinthefieldofRFIDreaderdesigning.Keywords:RFID,RFIDreader,ARM,embeddedII图目录图目录图2.1RFID系统模型……………………………………………………………………7图2.2电感耦合…………………………………………………………………………8图2.3电磁反向散射耦合……………………………………………………………….8图2_4RFID系统硬件架构框图………………………………………………………13图2.5RFID阅读器模拟部分发送接收方框图………………………………………14图2-6RFID阅读器数字部分构成……………………………………………………15图2.7阅读器软件构成……………………………………………………………….16图3.1系统功能模块划分…………………………………………………………….24图4_1¥3C2410的晶体振荡器电路…………………………………………………..28图4_2¥3C2410的复位电路……………………………………………………………28图4.3SDRAM的电路连接…………………………………………………………..29图44NANDFLASH的电路连接…………………………………………………………………….30图4_5EM4095基本电路………………………………………………………………31图4.6PCB环形天线示意图………………………………………………………….33图4-7RFID模拟前端模块电路连接…………………………………………………34图4-8Manchester编码方式……………………………………………………………36图4_9实际接收的Manchester编码波形…………………………………………….36图4-10Manchester编码波形采集流程图……………………………………………37图4_11ADS环境采集的Manchester编码波形信息………………………………..38图4-12标签芯片传输的数据格式……………………………………………………38图4.13标签数据解码和校验流程图…………………………………………………39图4.14TFTLCD的电路连接…………………………………………………………40图4_15TFT屏的SPI口数据格式……………………………………………………42图4-16RGB数据与输入数据的关系…………………………………………………43图4-17TFT屏RAM不同的数据写入顺序………………………………………….43图4.18显示同步信号设置……………………………………………………………44图4-19控制相关的寄存器设置流程图………………………………………………45VI图目录图4.20按键矩阵电路…………………………………………………………………46图4.21按键扫描电路…………………………………………………………………46图4.22键盘扫描流程图………………………………………………………………47图4—23键盘电路板PCB……………………………………………………………..48图4.24¥3C2410的USB接口电路…………………………………………………..51图4.25系统电源方案…………………………………………………………………52图4.26BQ2403的电路连接………………………………………………………….53图4-27充电状态指示LED灯驱动电路……………………………………………..54图4.28ARM的JTAG调试架构图…………………………………………………..58图4.29H.JTAG的端口设置…………………………………………………………。

rfid技术课程设计

rfid技术课程设计

RFID标签分类:无源标签和有 源标签
无源标签工作原理:通过电磁感应 原理,接收读写器发射的电磁波, 产生电流,实现信息的读取和写入
有源标签工作原理:通过内置 电池供电,主动发射电磁波, 实现信息的读取和写入
工作频率:低频、高频、超高 频、微波等
应用领域:物流、交通、医疗、 安全等领域
阅读器分类:有源阅读器、无源阅读器、半有源阅读器
添加标题 添加标题 添加标题 添加标题 添加标题 添加标题
EPC Global标准体系是RFID技术的全球标准 包括EPC Class 1 Generation 1和EPC Class 1 Generation 2两种标准 EPC Class 1 Generation 1标准主要用于短距离识别 EPC Class 1 Generation 2标准主要用于长距离识别
实验目的:验证RFID技术的 应用效果
实验方法:使用RFID标签和 读写器进行数据采集和传输
实验结果:成功实现RFID技 术的应用,提高了数据采集和 传输的效率
结论:RFID技术在课程设计 中具有广泛的应用前景,可以 提高教学效果和教学质量。
汇报人:
应用背景:图书馆需要高效、准确的图书管理方式 技术原理:RFID技术通过无线射频信号识别图书信息 应用效果:提高图书借阅效率,减少人工操作
案例分析:某图书馆采用RFID技术后,图书借阅效率提高50%,人工操作减少80%
车辆识别:通过RFID标签识别车辆信息,提高通行效率 电子收费:通过RFID技术实现不停车收费,提高收费效率 车辆定位:通过RFID技术实现车辆实时定位,提高交通管理效率 车辆安全:通过RFID技术实现车辆安全监控,提高交通安全性
实验步骤:安装设 备、设置参数、读 取数据、分析结果 等

基于9形微带谐振器的无芯片RFID标签设计

基于9形微带谐振器的无芯片RFID标签设计

2021年第43卷第5期传感器与微系统(T/nsducer and Microsystem Technologies )71DOI : 5. 11373/J . 1 100-9787 (2021 )05-0071-04基于9形微带谐振器的无芯片RFID 标签设计**收稿日期:225-5-25*基金项目:国家自然科学基金资助项目(52557);上海市科技委员会重点项目(11711111106f张崇琪,陈 强,孙海静,陈孟儒(上海工程技术大学电子电气工程学院,上海221522)摘要:为了降低标签成本,增大标签编码容量,使无芯片射频识别(RFIN )标签能够更好地应用于物联 网,设计了一种基于2形微带谐振器的RFID 无芯片标签。

标签采用设计的收发正交超宽带(UWB )天线,由长度不等的9形微带谐振器和50 0微带传输线相耦合构成。

测试结果表明:在/ 99-3. 6 GHz 频带之间可以得到5 bit 的编码容量,采用幅频混合编码后可以得到36bit 的编码容量。

制作3 bit 和5 bit 编码容量的标签进行实验测试,谐振点能够准确识别,谐振特征明显,实现预设的编码功能,编码密度较高。

该标 签可以有效降低物联网应用成本,适合用于商品识别与流通等物联网工程中。

关键词:无芯片标签;9形微带谐振器;射频识别;混合编码;物联网中图分类号:TN926 文献标识码:A 文章编号:"06-9787(2021 )05-0071-04Design of chipless RFID tag baseC on 9-stapedmicrostrin resonator *ZHANG Choxyqi , CHEN Qiany , SUN Haijiny , CHEN Mesgru(School of Electronic and Electric Engineering ,Shanghai Univepity of Engineering Science,Shanghr221626,China)Abstroct : In orker to reducc the cost of the tag and increase the code capocith of the tag, a chipless radio f/que/cy identification ( RFID ) tag based on 9whapeU micmst/p /sonatox is designed , which will made thechipless RFIN tag better applied to the Internet of things (IoW ) : The tag adopts a designed tmnsceiv/g quaPraturoultra wide band( UWB) anW/no. The chipless tag is constituted bp some 9whaped mic/st/p resonators of di/erextle/gths and a 53 Q micmst/p transmission line , and the test result show that 5 bits e/cobing capocith can be obtained / the 3. 33 ~5. 3 GHz f/quexch band and 36 bits e/cobing capocitp can be get throvnh mixed coding ofamplituUe and f/qnexch posihon. The tags with 3 bit and 5 bit e/cobing capocith are proVnced for expe/mextolWst/o,which shows that the resonant points can be accurately identified,the resonant characteristics are obv/vs ,the expected e/cobing function / realized , and the e/cobing Uensity is high. This tag can eXectively rednco thecost of I o W applicaSons and is suitaPle for I o T projects such os commodity idext/icaSon and 0/01X0—Keywords : chipless tag ; 9whaped mic/sWip resonator ; radio f/qnexch ide/tificatWn( RFID ) ; hyped coding ; Internet of things ) IoW )6引言射频识别(mbio f/que/cy idext/icaSon, RFID )起源于第二次世界大战期间第一台用于识别敌友(identifying friends and foes,IFF )飞机的雷达⑴。

【豆丁-精品】-基于分组动态帧时隙的RFID防碰撞算法

—267—基于分组动态帧时隙的RFID 防碰撞算法尹 君,何怡刚,李 兵,邓 晓,谭阳红,肖迎群(湖南大学电气与信息工程学院,长沙 410082)摘 要:为了解决射频识别(RFID)系统中的多标签防碰撞问题,在分析帧时隙ALOHA 算法的基础上,提出一种基于分组动态帧时隙的RFID 防碰撞算法。

当标签数量庞大时,该算法可以通过分组限制响应标签数量达到较高的识别效率。

仿真结果表明,当标签数为1 000时,与传统算法相比,该算法能使时隙利用率提高80%以上。

关键词:帧时隙;防碰撞;分组RFID Anti-collision Algorithm Based on Grouping Dynamic Frame SlottedYIN Jun, HE Yi-gang, LI Bing, DENG Xiao, TAN Yang-hong, XIAO Ying-qun(College of Electrical and Information Engineering, Hunan University, Changsha 410082)【Abstract 】In order to solve the problem of collision between multi-tag in radio frequency identification(RFID) system. This paper proposes RFID anti-collision algorithm based on grouping dynamic frame slotted by analyzing frame slotted ALOHA algorithm. When there are a large number of tags in the field, it can achieve high discernment efficiency by grouping to restrict the number of response tags. Simulation results show that the algorithm improves the slot utilization rate above 80% comparing with the conventional algorithms, when the number of tag is 1 000. 【Key words 】frame slotted; anti-collision; grouping计 算 机 工 程Computer Engineering 第35卷 第20期Vol.35 No.20 2009年10月October 2009·开发研究与设计技术·文章编号:1000—3428(2009)20—0267—03文献标识码:A中图分类号:TP301.61 概述射频识别(Radio Frequency IDentification, RFID)是于20世纪90年代提出的一种利用无线信道实现双向通信的识别技术。

基于RFID技术的调车推进防冒进系统设计与实现

基于RFID技术的调车推进防冒进系统设计与实现何海永【期刊名称】《铁路计算机应用》【年(卷),期】2017(026)002【摘要】基于射频识别(RFID)技术的调车推进防冒进系统为实现调车推进防冒进目标而设计,系统在传统数字平调设备基础上,采用RFID技术和平调设备的450 MHz无线传输技术,通过增加一台列首装置,以及埋设在股道上的RFID标签实现在列车推进过程中,当前方信号机为禁止越过时,系统自动产生报警信号或直接放风停车,达到调车推进防冒进功能.该系统已在神朔铁路黄羊城站试用,效果明显.%The shunting advance anti-overrunning system based on RFID technology was designed to implement the aim of shunting advance anti-overrunning. The system was based on the traditional digital shunting advance equipment, used RFID technology and 450 MHz radio transmission technology. By adding a train head device and embedded RFID tags in the railway track, in the course of train propulsion, when the front signal was red, the system can generate automatically an alarming signal or directly stop the train, implement the function of shunting advance anti-overrunning. The system has been used in Huangyangcheng Railway Station, the application effect was obvious.【总页数】4页(P50-53)【作者】何海永【作者单位】神华集团有限责任公司神朔铁路分公司河西运输段,神木 719316【正文语种】中文【中图分类】U292.2;TP39【相关文献】1.基于RFID技术的站场调车作业监控系统 [J], 刘磊2.调车作业定位防冒进系统 [J], 高福生;孝彦滨3.基于STP控制的调车机车动态监测系统设计与实现 [J], 赵阳;程君;冯军;曹子昱4.基于RFID技术的复用医疗器械消毒质量安全追溯系统设计与实现 [J], 高宝丽;葛冉;张东晨;柳喜凤;马旭东5.基于RFID技术的智能家校通门禁管理系统设计与实现 [J], 吕婷因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。

基于RFID技术的标签识别系统的设计与开发

盗 机 制 上 也 存 在 很 大 的局 限性 。本 文正 是 利 用 R F I D射 频 识 别技 术 实现 远 距 离 无 线 数 据 的 传 输 与接 收 , 从 而 达 到 对 重 要 设 备 的状 态信 息 实 时监 控 的 目的 。 关键词 : R F I D; 电子标签 ; 读 写器; n RF 2 4 L 0 1
基于 R F I D技 术 的标 签 识 别 系 统 的设 计 与 开发
靳晓芳, 张北宁, 宋金宝
( 中 国 传 媒 大学 信 息 工 程 学 院 , 北京 1 0 0 0 2 4 )

摘要 : 我 国 许 多办 公 场 所 的 设 备 管 理 手 段 都 还 比 较 匮乏 , 人 工 管理 不但 耗 费较 大 , 在 设 备 的 实 时状 态监 控 和 日常 防
S y s t e m Ba s e d o n RFI D
J I N X i a o — f a n g , Z HANG B e i — n i n g, S O NG J i n - b a o
( I n f o r ma t i o n E n g i n e e r i n g S c h o o l , C o mmu n i c a t i o n Un i v e r s i t y o f Ch i n a , B e i j i n g 1 0 0 0 2 4)
a n t i - t h e f t me c h a n i s ms .Th i s a r t i c l e i s u t i l i z e RF I D r a d i o f r e qu e nc y i d e n t i ic f a t i o n t e c hn o l o g y t o a c h i e v e a
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

978-1-4799-2446-2/13/$31.00 ©2013 IEEE 210 A DESIGN OF ACTIVE RFID TAGS BASED ON NRF24L01 SHUNYU-SHI1, TINGTING-LU1, HAO-ZHANG1,2, LINGWEI-XU1 AND T. A. GULLIVER2 1College of Information Science and Engineering, Ocean University of China, Qingdao, China

2Department of Electrical Computer Engineering, University of Victoria, Victoria, Canada

E-MAIL: zhaohao@ouc.edu.cn, {shunyu.2006, lvtingting33, gaomilaojia2009}@163.com, agullive@ece.uvic.ca

Abstract: An active RFID tag design based on nRF24L01 is proposed in this paper. This active RFID tag works in 2.4GHz. The requirements for low power consumption and low system complexity of RFID tags have been well considered. The circuit diagram and the communication protocol are fully described in the paper. Particularly, an anti-collision algorithm has been proposed to improve the effectiveness of thecommunication protocol.

Key words: Active RFID tags; communication protocols; anti-collision

1. Introduction Radio frequency identification (RFID) has been a hot automatic identification technology since 1980s. As the core technology of the “world of things”, it has many advantages, such as small sizes, low price and power consumption, etc. One of these advantages is that RFID is a non-contact identification technology[1]. It can read and write target tags through fog, dust and other obstacles. With the development of RFID, the effective communication distance of it has beenfrom several centimeters to several meters, and even hundreds meters. And the data transmission rate has been to Mbps. Recently, active RFID has drawn wide attentions from both academic and industrial fields. It has a great advantage over passive RFID incommunication distance, read-and-writespeed and data storage, and has huge applications in smart hospitals, parking lots and intelligent transportations, etc. Currently, most studies on active RFID focus on anti-collision algorithm[2]-[5] and its applications, such as tracking and positioning systems [6]-[7]. In this paper, we

optimize the whole active RFID system by improving circuit design, communication protocol and anti-collision algorithm. The integrated RF transceiver chip nRF24L01 is employed due to its low power consumption. The whole circuit diagram and the reference values of components in the circuit are given in Section 2.Considering the characteristics of nRF24L01, a new anti-collision algorithm is proposed based on the current mainstream anti-collision algorithmin section 3.The proper communication protocol is also given in this section. Finally, conclusions are given in section 4.

2. Hardware Design for Active RFID Tags As the information carrier in the active RFID systemˈRFID tags are used to store , send and receive data. A typical active RFID tag consists of antenna, RF front-end circuit [8], logical control unit, storage devices, power control module and some other components. Fig. 1 shows the structure diagram of the active RFID tag.

LogicalControlUnitDataStorageUnitsPowerControlModuleModemBand-passFilterPowerAmplifierFrequencyGenerator

RFfront-endAntenna

Fig.1 Structure diagram of the active RFID tag The nRF24L01 chip of NORDIC Corporation is employed as the RF transceiver front-end of the tag in this design. It is an integrated RF transceiver chip with 211

ultra-low power consumption, and works in 2.4-2.5GHz worldwideISM band. The chip has integrated all of the physical layer and the data link layer operations, such as wireless signal transmitting and receiving, modulating and demodulating, encoding and decoding. The logic control unit can be ARM series microprocessors or 8 bit single chip microprocessors which are compatible with industry standard MCS-51.The nRF24L01 chip is used to send and receive data, whilethe MCU is used to store and process data. If the internal storage memory is not big enough, external storage can also be used. NRF24L01 is anultra-integrated RF front-end chip, and only need very small amount of peripheral devices, such as crystal oscillation circuit, rectifier, filter circuit, reset circuit.The 16MHz crystal oscillator is employed. Considering the requirements of low power consumption and quick startup, the circuit tends to use small capacitors. Here we use 3.3pF capacitors. Fig. 2 shows the whole circuit diagram of MCU and RF front-end.

Fig.2 The circuit Diagram of MCU and RF front-end The P0.0~P0.5 pins of MCU are connected with CE pin, CSN pin, SCK pin, MOSI pin, MISO pin and IRQ pin of nRF4L01 respectively via a pull-up resistor. The microcontroller controls the chip working state by the CE pin, namely, RX or TX mode (CE=1) and standby mode(CE=0). CSN, SCK, MOSI, MISO are four pins of nRF21L01 SPI bus. The four pins simulate SPI bus timing sequence to enable the communication between the NRF24L01 chip and the microcontroller. IRQ is an interrupt pin. If IRQ=0,the microcontroller will determine the interrupt source by scanning the RX_DR bit, TX_DS bit or MAX_RT bit in the status register, and make the corresponding responses. Reader command parsing, data storing and retrieving, data sending and receiving are the main work of RFID

相关文档
最新文档