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基于FMCW的无芯片标签的阅读器研究与设计

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基于FMCW的无芯片标签的阅读器研究与设计

作者：张强林西南科技大学

学位级别：硕士

射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)技术是使用射频波传输数据的非接触式无线通信技术,相比光学条形码技术具有无视距要求、识别速度快、识别距离远、支持多标签同时识别等优点。RFID系统相比条形码有显着的进步,然而,要实... 详细信息

射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)技术是使用射频波传输数据的非接触式无线通信技术,相比光学条形码技术具有无视距要求、识别速度快、识别距离远、支持多标签同时识别等优点。RFID系统相比条形码有显着的进步,然而,要实现智能识别系统在廉价商品级标签方面的潜力,仍然存在许多挑战尚未解决。与现有的芯片RFID系统相反,无芯片RFID系统消除了对昂贵的微芯片的需求,从而为廉价的光学条形码识别系统提供了更合适的替代选择。随着集成电路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)芯片组的移除,无芯片RFID标签没有信号处理能力。因此,阅读器在建立成功的无线通信链路和信号处理方面起到主要作用,这要求在无芯片RFID系统的阅读器开发中取得突破。目前,国内外学者对于无芯片标签的研究越来越多,但相对应的无芯片RFID阅读器还处于学术探讨阶段,没有标准化。本文针对基于频域特征的无芯片标签进行了设计与分析,并选择特定的无芯片标签作为识别对象,设计了一种能够识别此类无芯片标签的阅读器。首先,基于频域特征的无芯片标签的特点,阐述了无芯片RFID系统的基本工作原理。为了针对阅读器对目标无芯片标签的选择,设计了4种基于频域的不同频段的无芯片标签,提出了基于1/4圆环谐振单元的一种小型化、极化不敏感、无源无芯片射频识别标签,在频率6GHz～11.5GHz范围内,具有4.39bits/cm的高编码密度。基于在24GHz为中心频率频带中,提出了基于可变角度圆弧谐振型器,在频率20GHz～31GHz范围内,具有44.44bits/cm的高编码密度,并有4.04bits/cm/GHz编码容量的无源无芯片射频识别标签。设计出4bit频率在22GHz～26GHz的基于圆形贴片的无芯片标签。设计优化了一种多谐振器编码标签,此标签是通过将多个螺旋谐振器与微带传输线耦合而形成的无芯片标签。以此为基础,选择适合的无芯片标签作为阅读器检测的目标标签。其次,根据无芯片RFID系统原理,研究了基于调频连续波(Frequency Modulated Continuous Wave,FMCW)的无芯片RFID阅读器的整体架构和指标,并据此设计了具体的硬件电路和软件部分。基于FMCW的无芯片标签阅读器主要包含射频前端(发射端与接收端)和数字控制两个部分,射频部分负责FMCW信号的生成与发射、无芯片标签后向散射信号的接收。数字控制部分完成收发信号的控制、以及与上位机的通信。再次,讨论了基于频域的无芯片标签测试方法,此次测试采用矢量网络分析仪与微带传输线测试,测试分析了基于1/4圆环谐振器的无芯片标签的编码性能,测试分析了基于螺旋谐振器无芯片标签,以及圆形贴片的无芯片标签,结果表明所设计的无芯片标签的可行性。对阅读器主要射频模块的功能进行了测试,然后联合基于螺旋谐振器的无芯片标签,完成了基于FMCW的无芯片标签阅读器系统的测试,检测以及对比了4bit无芯片标签数据。测试结果证明了基于FMCW的无芯片标签阅读器设计的可行性。最后,基于多输入多输出(Multiple input multiple output,MIMO)雷达作为无芯片标签在K波段内(22GHz～26GHz)的阅读器平台。介绍了MIMO雷达硬件平台,调制信号为FMCW,对MIMO雷达软件算法进行分析,联合基于圆形贴片无芯片标签,对其检测。结果表明无芯片标签可以在K波段使用,可以作为测速、测距,以及定位的潜在方案。

关键词：无芯片RFID FMCW 无芯片标签阅读器 MIMO雷达

基于OCR的视力障碍人群头戴式阅读器的研究

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计算机科学与应用 2024年第3期14卷 49-57页

作者：潘惠德刘明良任爽胡校韦新宇吴梦玲梁豫鄂汉江师范学院数学与计算机科学学院湖北十堰

本文致力于解决视力障碍人群在阅读文档或书籍时面临的困难。通过整合先进的OCR图像文字识别技术、光学设计中的光源和透镜系统、智能的移动系统以及灵敏的光电传感器,以此研究并设计出一款独特的视力障碍人群阅读器。该阅读器不仅通过... 详细信息

本文致力于解决视力障碍人群在阅读文档或书籍时面临的困难。通过整合先进的OCR图像文字识别技术、光学设计中的光源和透镜系统、智能的移动系统以及灵敏的光电传感器,以此研究并设计出一款独特的视力障碍人群阅读器。该阅读器不仅通过OCR技术将印刷材料转化为可听的语音,还在光学和移动系统方面做出了创新。设计的过程中不仅仅是技术的整合,更是一种关注和解决视力障碍人群实际需求的努力。通过提供更便捷的阅读工具,达到改善视力障碍人群的生活质量的目的,并在社会中产生积极影响。

关键词：文字识别 OCR 视力障碍阅读器语音合成

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一种多天线阅读器定位系统

高技术通讯 2017年第4期27卷 310-315页

作者：崔英花北京信息科技大学信息与通信工程学院北京100101

分析了基于射频识别(RFID)的定位系统的性能,针对现有的RFID定位系统在定位精度、效率、可靠性、成本等方面的不足,提出了一种采用多天线阅读器的定位系统。该系统利用多天线阅读器可扩大单个阅读器定位的覆盖范围,并可根据各接收天线... 详细信息

分析了基于射频识别(RFID)的定位系统的性能,针对现有的RFID定位系统在定位精度、效率、可靠性、成本等方面的不足,提出了一种采用多天线阅读器的定位系统。该系统利用多天线阅读器可扩大单个阅读器定位的覆盖范围,并可根据各接收天线检测的信号强度等信息实现对目标标签的精确定位。通过灵活选择发射天线,可以避免由于阴影效应而带来的信号盲区现象。和传统的单天线阅读器定位方法相比,多天线阵列阅读器定位系统在定位速度、定位精度和抗干扰性上都具有突出的优势。

关键词：射频识别定位分布式天线多天线阅读器

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声表面波射频识别系统的阅读器微带天线设计

压电与声光 2016年第4期38卷 615-619,624页

作者：王昕辰陈智军付俊陈涛韩超南京航空航天大学自动化学院江苏南京211106

基于微带天线的基本理论,设计了一种适合用作声表面波射频识别系统的阅读器天线。首先,计算分析了该微带天线的基本尺寸,并利用ADS软件设计了有阻抗变换器功能的微带线,使天线输入阻抗达到50Ω;然后,利用HFSS软件进行了微带天线的建模... 详细信息

基于微带天线的基本理论,设计了一种适合用作声表面波射频识别系统的阅读器天线。首先,计算分析了该微带天线的基本尺寸,并利用ADS软件设计了有阻抗变换器功能的微带线,使天线输入阻抗达到50Ω;然后,利用HFSS软件进行了微带天线的建模仿真和参数优化,确定了天线的最终尺寸;实际制作天线并对其进行了测试,测试结果和仿真数据吻合较好,在谐振频率处驻波比小于2;最后,结合阅读器对标签进行了无线测试,验证了阅读器天线的可用性。

关键词：微带天线射频识别阻抗变换阅读器 HFSS软件

UHF RFID阅读器中功率可控放大器的设计

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天津工业大学学报 2016年第4期35卷 64-69页

作者：李建雄宋山林赵可邢梅恩张奇龙陈明省天津工业大学电子与信息工程学院天津300387 华北油田通信公司生产技术部河北任丘062550

设计了一种应用于UHF RFID阅读器发射机中的功率放大器.采用2级功放，第1级功放采用数控增益放大器ADL5240，第2级采用放大器ADL5605，工作在902-928 MHz的频率范围内.实测结果显示：在915 MHz的中心频率处，此功率放大器能够产生大于30... 详细信息

设计了一种应用于UHF RFID阅读器发射机中的功率放大器.采用2级功放，第1级功放采用数控增益放大器ADL5240，第2级采用放大器ADL5605，工作在902-928 MHz的频率范围内.实测结果显示：在915 MHz的中心频率处，此功率放大器能够产生大于30 dBm的信号，增益范围为10.6-40.4 dB，效率可达到42%.该设计能够满足发射机对信号的要求.

关键词：射频识别阅读器功率放大器增益

RFID环境下利用通报机制的分布式阅读器防冲突算法

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计算机应用研究 2017年第6期34卷 1745-1749页

作者：顾成喜顾才东龚伟江苏省现代企业信息化应用支撑软件工程技术研发中心江苏苏州215104 清华大学计算机科学与技术系北京100000

针对无线射频识别(RFID)单元的分布情况可能会导致出现多种类型的冲突以及现存算法的系统成本较高等问题,提出多个数据通道完成阅读器和标签之间的通信。在接收问询流程中,阅读器首先等待一个伪随机时间,然后检测两个序列,如果这两个条... 详细信息

针对无线射频识别(RFID)单元的分布情况可能会导致出现多种类型的冲突以及现存算法的系统成本较高等问题,提出多个数据通道完成阅读器和标签之间的通信。在接收问询流程中,阅读器首先等待一个伪随机时间,然后检测两个序列,如果这两个条件都不满足,阅读器将会等待伪随机时间后再次尝试。在接收过程中,如果存在任何可利用的数据通道,阅读器就会选取不同的数据通道。该设置可以确保避免发生隐藏和暴露终端问题。与邻域友好型防冲突算法(NFRA)、多通道MAC协议(MCMAC)算法和冲突避免(Dica)的分布式算法相比,实验结果显示提出的算法降低了标签识别过程中花费的时间,而且集中控制过程额外的空间成本更低,因此在最小化网络开销的情况下增加了成功询问的比例。

关键词：无线射频识别阅读器冲突分布式网络模拟器

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声表面波阅读器的发射链路设计与实现

压电与声光 2013年第2期35卷 165-169,173页

作者：黄鑫陈智军李庆亮陈涛高智翔南京航空航天大学自动化学院江苏南京210016 南京大学近代声学教育部重点实验室江苏南京210093 深圳信息职业技术学院机电学院广东深圳518172

在声表面波射频识别系统的实现过程中,性能稳定的阅读器发射链路不可或缺。在典型发射链路结构的基础上进行改进,设计了声表面波阅读器的发射链路。其改进结构采用零中频调制原理,通过射频开关实现了发射信号的调制和收发隔离,省略了上... 详细信息

在声表面波射频识别系统的实现过程中,性能稳定的阅读器发射链路不可或缺。在典型发射链路结构的基础上进行改进,设计了声表面波阅读器的发射链路。其改进结构采用零中频调制原理,通过射频开关实现了发射信号的调制和收发隔离,省略了上变频电路和环形器,在简化电路的同时减小了干扰。对本振、功放、射频开关等重要的发射链路组成部分进行了研究,完成了发射链路各功能电路的模块化设计与制作,并通过实验对设计要求进行了验证。

关键词：声表面波阅读器发射链路本振功放射频开关

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基于多波束切换的便携式RFID阅读器设计

天津工业大学学报 2013年第1期32卷 52-56页

作者：张文锦李建雄毛陆虹天津工业大学电子与信息工程学院天津300387 天津大学电子信息工程学院天津300072

研究了一种基于多波束切换技术的便携式RFID阅读器，详细阐述了射频模块中各硬件部分的工作原理以及芯片参数的确定，给出了多波束天线系统的设计方案以及整个阅读器系统的设计方案．该阅读器工作频率的范围为860～960MHz，并且符合IS01... 详细信息

研究了一种基于多波束切换技术的便携式RFID阅读器，详细阐述了射频模块中各硬件部分的工作原理以及芯片参数的确定，给出了多波束天线系统的设计方案以及整个阅读器系统的设计方案．该阅读器工作频率的范围为860～960MHz，并且符合IS018000—6C（EPCGen2）标准．将多波束切换型智能天线系统应用于RFID系统中，经理论证明，可提高现有阅读器的最大识别距离、覆盖区域等性能．

关键词： RFID 阅读器多波束切换智能天线

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基于FPGA的RFID阅读器设计

基于FPGA的RFID阅读器设计

作者：孙家森郑州大学

学位级别：硕士

近年来,在“互联网+”理念的推动下,物联网技术迅速发展,射频识别（Radio Frequency Identification,RFID）作为物联网关键技术之一也得到了广泛关注并成为研究热点。目前,射频识别技术已经广泛应用在物流、零售、交通等众多领域,并在... 详细信息

近年来,在“互联网+”理念的推动下,物联网技术迅速发展,射频识别（Radio Frequency Identification,RFID）作为物联网关键技术之一也得到了广泛关注并成为研究热点。目前,射频识别技术已经广泛应用在物流、零售、交通等众多领域,并在智慧城市、移动支付等领域有着广阔的应用前景。阅读器是RFID系统中的关键设备,是连接前端电子标签和后端计算机系统的桥梁。RFID阅读器由基带、射频和控制等模块组成。其中,基带模块是整个阅读器的核心,其性能的高低对阅读器的性能有直接影响。因此,本文以FPGA为核心设计RFID阅读器,利用其工作速度快、集成度高的特点,提高阅读器的整体工作性能。本文主要进行了以下几项工作:首先介绍了RFID系统的通信原理,分析了ISO/IEC 15693协议,在此基础上提出了阅读器的整体设计方案,包括基带处理模块、射频处理模块、控制处理模块等几个基本结构。重点介绍了由FPGA实现的阅读器数字基带系统,包括发射模块、接收模块和通信接口模块。最后,分别从硬件和软件两方面对阅读器进行了详细设计。在硬件设计方面,以Altera公司Cyclone IV系列FPGA芯片为主CPU,设计了阅读器的数字基带电路,包括时钟电路、配置电路和UART电路;在此基础上设计了射频发射电路,通过混频对基带信号进行ASK调制;设计了以Philips公司的SA605混频器为核心的射频接收电路,完成对接收信号的ASK、FSK解调;设计了电源电路完成电压转换并为阅读器各个芯片供电。在软件设计方面,采用自顶向下和模块化的设计方法,利用Verilog HDL语言完成阅读器到电子标签的PPM编码、电子标签到阅读器的Manchester解码、CRC校验、防碰撞算法和通信接口模块的设计,并用QuartusⅡ软件完成程序的编译、综合,用Modelsim软件进行功能仿真。

关键词：射频识别阅读器 FPGA ISO/IEC15693