基于物聯網應用的超高頻RFID閱讀器
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設計摘要 ：
“物聯網”的概念最早在1999年提出，具體來說是一個覆蓋世界上萬事萬物的“Internet of Things”：在物聯網中，RFID標簽攜帶的ID編碼可以與真實世界中的任何物品相捆綁，從而使物體擁有網絡上的虛擬“身份”；通過RFID標簽上的ID編碼，可以在網絡上實時查詢和動態跟蹤標簽所貼附物品的屬性、特征及其他信息。“物聯網”可以實現全球范圍內物品跟蹤與信息共享，大幅提高管理與運作效率，降低成本，給全球供應鏈的各個環節（倉儲物流、生產制造、物品追蹤、商業零售、公共服務等等行業）帶來深層次變革。而要實現上述愿景，則必須有大量分布式的基礎設施——具有聯網功能的嵌入式RFID閱讀器終端，才能“隨時隨地”的采集RFID標簽信息，實現物聯網的無縫全面覆蓋。因此，本項目的目標就是基于PIC32技術，實現具有聯網功能的嵌入式RFID閱讀器終端。
系統原理和技術特點 ：
射頻識別（Radio Frequency Identity, RFID）系統主要由電子標簽（tag）、閱讀器（reader）和數據管理系統這三個主要部分組成，如圖1【RFID系統原理】所示：
圖1 RFID系統原理
電子標簽部分又可以細分為標簽天線和標簽芯片兩部分。每個電子標簽都含有唯一的識別碼，用來表示電子標簽所附著的物體。當電子標簽接收到閱讀器的發射信號的時候，電子標簽被“喚醒”，然后根據閱讀器發射的指令完成相應的動作，并將響應信息發射回給閱讀器。電子標簽上的存儲單元，可以反復讀寫10,000次以上。
閱讀器也可以細分為閱讀器天線和閱讀器兩部分。閱讀器通過閱讀器天線發射信號“喚醒”和傳送指令給電子標簽，并接收標簽返回的信號。在初步濾波、處理信號之后，完成對電子標簽信息的獲取和解析，將有用的數據通過網絡和數據管理系統交互。
數據管理系統主要完成數據信息的存儲及管理。數據管理系統可以由簡單的本地軟件擔當，也可以是集成了RFID管理模塊的分布式ERP管理軟件。
RFID系統的通信過程是閱讀器給RFID標簽信息和獲得標簽上信息的過程。由于RFID標簽本身無電源，所以必須依靠從閱讀器發送的射頻信號中獲得的能量，即所謂的波束供電技術。而標簽獲得能量僅夠供給標簽本身使用，沒有多余的能量可供射頻信號源工作，必須利用無源反射調制技術來實現RFID閱讀器與標簽之間的通信。無源反射調制技術就是在RFID系統的整個通信過程中，只存在一個發射機，即閱讀器。而RFID標簽在應答過程中對閱讀器發射的連續波射頻信號進行調制，再將已調制的射頻信號反射回去，被閱讀器接收解碼，完成信息傳遞功能。波束供電技術和無源反射調制技術是反射調制式RFID系統的兩大關鍵技術。
由圖2【RFID系統技術特點】所示，UHF頻段反射調制式RFID系統主要包括RFID閱讀器和RFID標簽兩個部分，兩者之間通過閱讀器天線和標簽天線建立無線信道通信。
圖2 RFID系統技術特點
RFID系統通信的按照時序先后大致可分為兩個階段：
第一階段：閱讀器將基帶發射信號調制到載波上，發送給標簽；標簽從載波中獲取能量，并解調閱讀器發射的基帶信號，得到閱讀器發出的指令。
第二階段：閱讀器連續發射無調制的載波用以提供標簽持續工作的能量，以及標簽反射調制需要的載波；標簽根據接收的閱讀器指令內容，將標簽的返回信息反射調制到來自閱讀器的連續載波上，傳輸給閱讀器。閱讀器接收到標簽返回信號后，解調出所需的基帶信號。
軟件流程介紹（允許的格式 doc，pdf，vsd，rar，zip）：
圖3【系統軟件流程】
圖4【標簽識別協議】
項目背景
21世紀以來，RFID技術在全世界迅猛發展，應用層次愈來愈多元化。尤其是長距離識別的UHF頻段RFID技術，被視為RFID的“殺手級”應用。全球最大的零售商——美國Wal-Mart公司自2004年開始將UHF頻段RFID技術導入其物流供應鏈：要求全球供貨商送貨至世界各地的Wal-Mart物流倉庫時，其產品必須攜帶UHF頻段RFID標簽，以利物流作業。在Wal-Mart及其它跨國零售業巨頭的帶動下，RFID技術正成為繼條碼之后的全球貿易和供應鏈管理基礎。
在此情景下，全球各地(包括我國)的制造商、物流批發商和零售業者都在興建滿足Wal-Mart要求的RFID基礎設施。RFID讀寫器，特別是UHF頻段的RFID讀寫器的需求與日俱增。在全球巨大需求的帶動下，RFID讀寫器有希望成為繼手機和電腦以后的電子信息產業的又一增長點，國內外電子行業巨頭紛紛投巨資涉足開發。本項目運用Microchip公司的PIC32系列MCU器件，實現低成本小型化的UHF頻段RFID讀寫器，大幅度降低現有RFID讀寫器的體積、成本和功耗，提升我國自主知識產權的RFID讀寫器產業的競爭力。
適用范圍：
本作品實現的UHF頻段RFID閱讀器，與RFID標簽相配合成RFID系統，可以廣泛應用在以下行業領域：
制造業：
實現“精細制造”和個性化定制生產，提高勞動生產效率，保障產品的質量，從而增加企業利潤。
企業供應鏈管理：
可有效降低庫存的存貨量，提高資金周轉效率，減少流動資金的需求，為企業帶來潛在的巨大效益。
倉儲物流業和交通運輸：
監控物流全過程，實現運輸路線的自動跟蹤。提高調度的準確性，送貨的可靠性和效率，降低倉儲配送和運輸的成本。
商業流程管理：
有利于零售商提高訂單的供給率，降低商品脫銷和滯銷的風險，提高清貨和盤點的工作效率。
資產跟蹤管理：
可有效跟蹤企業固定資產和貴重物品，降低這方面的人力和物力開支。
項目總體設計
如上圖5【RFID閱讀器結構圖】所示，RFID讀寫器分成基帶前端、射頻前端和外部接口三大塊，其中基帶部分完全由Cerebot 32M*4開發板實現，而外部接口包括網絡通信外圍模塊Pmod NIC和人機界面Pmod CLS 字符LCD接口。
RFID閱讀器各功能實現方法：
(1)事件調度：使用PIC32芯片實現簡單的RFID識別、顯示及通信事件調度功能。
(2)對外通訊：使用Pmod NIC外圍模塊實現以太網通訊功能。
(3)RFID信號處理：使用PIC32芯片實現基本的信號采樣、整形、數字濾波和解碼功能。
(4)人機界面：所有事件調度信息、調試信息及識別到的RFID標簽ID號都經過Pmod CLS外圍模塊顯示給操作者。
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