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39200字硕士毕业论文软件硕士论文范文:软件无线电视角下射频识别系统硬件平台的研究与设计

论文类型:硕士毕业论文
论文字数:39200字
论点:无线电,软件,硬件
论文概述:

本课题对物联网 RFID 系统的技术进行研究,提出了一种将软件无线电技术应用于 UHF RFID 频段的设计思路,设计了一种开放式软件无线电平台的硬件系统方案。具体研究方法是通过对模拟前端和

论文正文:

第一章导言

1.1射频识别技术概述
20世纪40年代,射频识别技术首次应用于军事领域,英国空陆军首次在飞机上使用这项技术来自动区分敌我。在20世纪80年代,它进入商业阶段,并被应用于一些特殊的工业场合,在这些场合条形码跟踪技术无法使用。自20世纪90年代以来,射频识别技术在世界范围内备受关注。由于其操作快捷方便、运动物体的高速识别、多目标识别等优点,被广泛应用于生产、物流、运输和医疗领域。中国对射频识别技术的研究也在不断深化。中国射频识别(射频识别)技术政策白皮书第三章提到,射频识别技术在中国的发展和优先应用领域之一是现代物流和供应链管理,具体应用方向包括仓储管理、物流配送、零售管理、集装箱运输、邮政服务等。[1]。射频识别系统由阅读器、标签和应用软件系统[2]组成,其基本组成如图1.1所示。当射频识别系统工作时,读写器首先发送具有特定频率的查询信号来驱动应答器电路。当电子标签感应到整个信号时,它将响应信号反向散射到读写器。读写器处理接收到的包含电子标签信息的响应信号,然后将其发送到软件系统进行相应的操作。射频识别技术被广泛应用。目前,典型的应用包括动物芯片、汽车芯片防盗报警器、门禁控制、停车场控制、生产线自动化、物料管理、校园智能卡等。射频识别技术具有以下特点:(1)数据读写功能。只要使用射频识别阅读器,射频卡中的数据信息就可以直接读入数据库,无需接触,一次可以处理多个标签,处理后的数据状态也可以写入电子标签。(2)电子标签的小型化和多样化。射频识别在阅读时不受尺寸和形状的限制,并且不需要为了阅读的准确性而匹配纸张的固定尺寸和印刷质量。此外,射频识别电子标签可以进一步小型化,并容易嵌入不同的物品。因此,可以更灵活地控制物品的生产和控制,尤其是在生产线上的应用中。(3)环境阻力。射频识别最突出的特点是非接触读写(读写距离可以从10厘米到10米),识别高速运动物体,抗恶劣环境,对水、油、药物等物质有很强的抗污染能力。射频识别技术可以在黑暗或肮脏的环境中读取数据。(4)可重复使用。由于射频识别是电子数据,可以反复读写,标签可以回收再利用,提高了利用率,减少了电子污染。(5)渗透。即使射频识别被非金属和非透明材料如纸、木头和塑料覆盖,它也能进行穿透通信。但是它不能通过铁这样的金属物体进行交流。(6)数据存储容量大。数据容量将随着内存规格的发展而扩大。未来,需要携带的数据项数量将越来越多,对标签体积扩展的需求也将增加。射频识别将不受限制。(7)系统安全性。将产品数据从中央计算机传输到标签将为系统提供安全性,并大大提高系统的安全性。射频标签中的数据存储可以通过检查或循环冗余检查来确保。

1.2软件无线电简介
自20世纪70年代以来,随着数字处理技术的发展和微电子技术的进步,传统的无线通信系统已经实现了从模拟到数字的转换。绝大多数元件由性能可靠、功耗低、体积小的数字电路组成。他们将模拟信号数字化,利用数字处理技术完成信息的无线接收和传输,使数字无线通信系统的性能远远超过模拟无线通信系统。然而,数字无线通信系统也有许多不足。例如,其功能的实现在很大程度上依赖于硬件。特定的无线通信系统只能用于特定的无线通信标准,新旧无线通信系统的兼容性差。因此,与各种无线通信标准兼容并尽可能满足未来个人通信需求的无线通信架构越来越受到关注。20世纪90年代初,美国MITRE公司首席科学家米托拉首次提出软件定义无线电[3~5]的概念。其基本思想是通过加载在通用、标准化和模块化硬件上的开放架构,摆脱传统的面向目的、完全依赖硬件的无线电设计思想。具体来说,软件无线电将各种硬件单元和软件模块集成在一个公共物理平台上,通过动态软件编程重构硬件单元,实现多频段和多模式之间的切换,从而完成无线通信系统的各种功能。该架构的主要功能由软件确定和完成,不仅降低了产品的开发成本,缩短了产品的更新周期,而且具有可编程的工作参数,软件提供操作、控制、管理和维护功能[6】。图1.2是传统无线电系统和软件无线电系统之间的比较。

第二章软件无线电平台结构

2.1通用软件无线电平台的结构
理想的软件无线电平台是一个通用的可编程硬件平台,它重建和控制所有的频带、调制方法、数据速率和格式、控制协议等。通过软件进行无线通信。需要尽可能简化射频模拟前端,以便模数转换器尽可能靠近天线,从而完成模拟信号的数字化
随着物联网和射频识别技术越来越受到重视,适用于超高频射频识别系统的低成本、高实时开放硬件平台也变得越来越重要。因此,基于软件无线电的基本原理,提出了一种基于软件无线电的射频识别系统硬件平台的设计方案。通过对各种软件无线电平台硬件结构的分析比较,采用了基于前端和后端思想的流水线硬件结构,仿真分析和研究设计集中在硬件平台的模拟前端和数字前端,设计了模拟前端和数字前端的电路图,完成了硬件平台的物理生产。最后,利用X86多核处理器对系统进行了调试和分析。调试结果表明,本课题设计的基于软件无线电的射频识别系统硬件平台运行良好,具有实时性好、成本低的特点。该硬件平台已申请并获得中华人民共和国专利,专利号:201120326476.6和201120326488.9。
由于时间和个人能量的限制,本课题完成了超高频射频识别系统开放式硬件平台的研究与设计。虽然硬件平台运行良好,可以在两套设备中无线收发915兆赫兹的信号,但还没有完全实现射频识别标签的读写。因此,在接下来的时间里,我将和研究小组的其他学生一起学习射频识别协议标准,对通过USB2.0总线从PC机前端传输到后端的基带信号进行处理和分析,重点完成PC机后端的软件编写,使整个系统能够完成各种射频识别标准的读写,真正实现软件无线电开放的优势。。信号通过射频模块后立即进行模数转换。模数转换器直接采样射频信号。下变频和解调均由位于图形处理器中的软件实现。其结构如图2.1所示,由射频前端、数模转换器和通用单元组成。这样,虽然避免了模拟器件的不确定性,但模数转换器/数模转换器需要在射频下转换模数转换器/数模转换器。由于当前模数转换器带宽和转换速率的限制,实际的软件无线电平台无法实现这种理想的结构。总线结构以总线的形式连接每个功能模块,并通过总线进行数据交换和命令控制,如图2.3所示。这种结构高度模块化、灵活,支持多处理器系统,具有极高的数据传输和输入/输出传输吞吐量能力,具有良好的开放性和通用性,便于功能扩展和系统升级。然而,由于多个功能模块对信号和命令进行时分复用,总线竞争和时分特性将成为系统功能扩展的瓶颈,特别是在实时性要求高的通信系统中。

第三章硬件平台模拟前端设计....17
.1解调模块的设计与实现....17
3.2调制模块的设计与实现....21
3.3本地振荡器信号模块的设计与实现........23
3.4电源和其他模块的设计和实施....28
3.5印刷电路板布局设计.........29
第四章硬件平台数字前端设计....33
4.1现场可编程门阵列模块的设计与实现......33
4.2模数转换器模块的设计和实现....37
4.3通用串行总线模块的设计与实现.........39[/br/ ]4.4时钟产生和分配模块的设计与实现........42
4.5电源模块的设计与实现.......43
4.6印刷电路板布局设计.........47
第五章系统调试与分析.......51
5.1硬件调试.......51
5.2软件环境建设.......52
5.3系统校准.......61

结论

[8]

参考
[1]中华人民共和国科技部等15部委发布的《中国射频识别技术政策白皮书》2006.06: PP17。
[2]你湛清。射频识别和条形码技术[。北京:机械工业出版社。2003.
[3]米托拉。软件无线电http://sblunwen.com/rjssbylw/建筑[。IEEE通信杂志。1995年第33(5)页,第26-38页。
[4] MITOLA软件无线电:调查、批判性评估和未来方向[。国家远程系统会议。IEEE出版社,1992,8:第25-36页。
[5] MITOLA J,赵李蓉,译。软件无线电体系结构:面向对象的无线系统工程方法[。北京:机械工业出版社,2003
[6]苏鑫,徐锡斌。软件无线电原理和技术[。北京:人民邮电出版社。2010.
[7]杨特立独行,卢蔡邑,徐梁健。软件无线电的原理和应用[。北京:电子工业出版社,2001。
[8]杨特立独行,卢蔡邑,徐梁健。软件无线电技术和应用[。北京:北京理工大学出版社。2010.
[9]拉克·r·斯皮克瑞:[军事软件电台。IEEE通信杂志,1995-33:第56-61页。
[10]刘俊平张灿执行官员访谈。[联合计划。《外国军事电信趋势》,2007年,第1期,第2-6页。