智能搜索與防失竊系統

　　摘要：在當今的現代化社會，科技發展迅速，物品向小型化、微型化發展已經成為一種必然^[1]。本設計通過在指定的物品上掛載標簽，采用UHF射頻卡讀寫器作為控制核心對目標標簽加以識別與讀取，配合鏈接MSP430處理器^[2]及自制的圓極化天線，實現了物品的定位功能，并通過配合使用GSM模塊，以短消息的方式告知主人物品的位置及安全信息。標簽的信息可通過PC機鍵盤輸入進行更改。UHF射頻卡讀寫器中的防碰撞算法保證了標簽讀取的抗干擾性和穩定性^[3]，自制天線的高增益和優良性能為有效搜索范圍提供了保障。

　　1 原理分析與硬件電路圖

　　1.1 整體原理結構圖

　　按圖1所示，整個系統由UHF射頻讀寫器與天線、GSM模塊、MSP430處理器、屏顯設備及輸入設備相連接而成。有效地實現了物品——系統——用戶的緊密聯接，從而達成了設計功能要求。

　　1.2 天線部分

　　1.2.1 天線的設計原理

　　根據腔模理論，微帶貼片天線用帶線或同軸探針激勵時，電磁場在貼片和接地板間建立。矩形貼片可當成一個等效的開路邊界的諧振腔，它四周為理想磁壁，周壁磁場等于零; 上下壁為理想電壁^[4]。

　　貼片形狀結構的不同會導致天線性能的迥異，在方形貼片對角線上像波導拐彎那樣切掉一個45°的角。該分離單元就可以使饋電場形成兩個空間正交簡并模的諧振頻率發生分離。為實現圓極化, 這兩個模必須達到幅值相等、相位相差90°。相等幅值可以通過適當選擇饋電位置實現，需選取饋電點選取位于切角貼片中心線上。90°相移的產生有兩個因素，一個是饋電點位置，另一個是分離單元的尺寸。由腔模理論知微帶貼片天線激勵模可等效為一并聯的RLC 諧振電路^[5]。為了使電子標簽在各個位置都能被識別，設計采用圓極化天線。微帶天線的圓極化帶寬近似與其Q值成反比，因此為了得到寬頻帶的圓極化微帶天線，我們選擇空氣作為介質，既節約了成本也降低了天線的損耗，并且也能保證天線擁有良好的圓極化特性。用4個輔助支撐柱配合金屬探針固定貼片，保證了貼片平整穩固的同時，讓金屬探針起到更好的饋電作用。通過仿真、測試，可以最終選定天線的特性及優化其性能。

　　1.2.2 天線的結構及尺寸

　　本設計天線為圓極化貼片天線，具體設計要求和參數性能如表1所示。

　　1.3 UHF射頻讀寫器模塊

　　1.3.1 UHF射頻讀寫器基本原理

　　UHF系統結構如圖3所示，讀寫器作為整個系統的重要組成部分，其基帶處理性能的優劣將直接影響讀寫器性能的優劣。

　　讀寫器通過射頻信號與標簽進行通信，完成信息交換。在 UHF RFID 系統中，一般讀寫器先發送一條命令給電子標簽，標簽收到命令后進行應答響應。標簽根據命令返回有用數據信息給讀寫器。讀寫器對標簽返回信號處理后再傳回上位機。