超高頻rfid讀寫器的設計畢業論文-資料下載頁

　　

【正文】 率，最好是幀內的時隙數等于將要識別的電子標簽數目，在上一幀識別完畢后，改變下一幀內的時隙數，使其等于未識別的電子標簽數，將會得到較好的信道利用率，這種改變下一幀內時隙數的方法稱為動態幀時隙ALOHA算法(DFSA)。圖3．5表示了DFSA算法的工作示意圖。在實際情況中，電子標簽數目是未知的，如何根據上一幀內的電子標簽的識別情況來估算未識別的電子標簽數目，是DFSA算法的重點和難點。EPC組織的Classl Gen2標準中就是采用的DFSA算法，大體的識別過程是電子標簽內部有一個隨機數生成器，可以生成一個規定位數的隨機數，在接收到讀寫器相應命令時將這個隨機數遞減，當有一個標簽的隨機數為0時讀寫器將再發送命令要求其回復其EPC碼段，其他標簽繼續遞減，不斷重復這個過程，直到讀取所有標簽。 圖45 動態幀時隙算法示意圖第五章 系統防碰撞算法仿真實現超高頻RFID讀寫器的工作頻率為910MHz—960MHz，由于考慮到EMC(電磁兼容)的問題，無法自己印制電路板，也就無法實現整個RFID系統的仿真。本論文重點研究了在Matlab 2012環境下的超高頻RFID讀寫器的動態幀時隙算法的仿真。目前, 在基于Aloha 的算法中, 動態幀時隙算法動態幀時隙算法(Dvnam ic Framd Slotted Aloha,DFSA )由于操作簡單和性能良好而成為目前最常用的算法之一。通常,當標簽數量增多時, 增大幀長可在一定程度上改善系統性能。但實際應用中幀長并不能無限增加, 因此,DFSA 算法也存在所需時隙數增長過快的問題。在已有的DFSA 算法中, 分組問題大都是基于概率的分組思想, 在對標簽進行分組的方法上不夠明確。動態幀時隙算法的基本思想是：根據上一幀標簽的碰撞和空閑的情況，用概率的分組思想來調整下一幀中的時隙數來加快對標簽的識別。在有大量標簽出現在閱讀器范圍的時候, 首先估算總的標簽數, 再結合標簽的EPC對標簽進行分組, 將分組碼作為激活碼每次激活一組標簽而屏蔽其它標簽, 從而在每個識別周期內有效地限制了響應的標簽數, 再用FSA算法對激活的標簽進行識別標簽。 標簽估算方法如下首先假設幀長和讀寫器范圍內的標簽數為N 和n , 假設分別存在E、S 、C 個時隙(E十S十C = N) ,其中,E 表示這E 個時隙都空閑沒有標簽發送數據, S 表示在這S 個時隙中分別只有一個標簽成功發送數據, C 表示在這C 個時隙中, 每個時隙中都發生了碰撞, 沒有成功發送數據可得如下公式:分別定義只為在一幀中時隙空閑的概率 為成功發送標簽的概率 為發生碰撞的概率。由上述公式可得：由于幀長一般為2 、 4 、 8 、 1256 , 我們在設定初始幀長時, 可以根據實際情況, 設定一個較合理的初始值, 使其盡量接近標簽數n。在幀長N 被設定之后,可以通過閱讀器向范圍之內的標簽發送相關指令, 根據反饋的相關數據初步得到E 與S 的值, 再由公式(3) 求出C , 從而得出月, 再由公式(6) 估算出標簽數n 。 當幀長N 與標簽數n 基本相等時,系統的吞吐率最大, 識別效率最高。因此, 在確定分組數時, 我們將估算出的標簽數n 與設定的初始幀長N 做比較,如果n N 貝lJ相應的增大幀長N ,當n NMAX時, 則開始對標簽進行分組。在對標簽分組時, 與標簽的EPC 結合起來確定標簽的分組數。 動態幀時隙防碰撞算法仿真過程第一步, 標簽數估計:根據幀中成功發送的時隙數S 和空閑時隙數E , 由公式(3) 計算出碰撞時隙數C ,從而得出時隙的碰撞概率只, 由公式(6) 構造函TagN( 輸入參數為當前幀長N 和碰撞概率凡, 輸出為估計所得的標簽數n) 。第二步, 構造函數slotALOHA , (輸入為標簽數n 、最大幀長 、標簽與讀卡器交換數據時間TO , 輸出為吞吐量G )。第三步, 構造幀長函數Frame Length , (參數值為標簽數n 和當前幀長N) 。將n 與當前幀長N 做比較,如果N 小于n 則調整幀長, 并返回第一步繼續進行估。直到幀長N 與標簽數匹配, 則調用函數SlotALOHA 。如果當前幀長已調整至系統最大幀長, 則執行分組函數Group 對標簽進行分組。第四步, 構造分組函數Group( 參數值為標簽數n 和最大幀長 )。第五步, 每組分別調用執行SlotALOHA 函數。 動態幀時隙防碰撞算法仿真流程圖圖51 動態幀時隙算法的流程圖 吞吐量和吞吐率吞吐率原指一個業務系統在單位時間內提供的產量（或服務量）。在計算機或數據通信系統，指的是單位時間內通過某通信信道（a munication channel）或某個節點成功交付數據的平均速率，通常以每秒比特數（bps，bits per second ）為單位。吞吐率是一種關于計算機或數據通信系統(如網橋、路由器、網關或廣域網連接等)數據傳輸率的測度。吞吐率通常是對一個系統和它的部件處理傳輸數據請求能力的總體評價。例如，一個服務器的吞吐率依賴于它的處理器類型、網絡接口卡的類型、數據傳輸總線的大小、磁盤速度、內存緩沖器的體積，以及軟件對這些部件進行管理的有效程度。在通信系統中，這個測度通?；诿棵肽芴幚淼臄祿粩祷蚍纸M的數目，它依賴于網絡的帶寬和交換部件(如路由器或集線器)的速度。網絡上兩個端點設備間的吞吐率依賴于計算機、網絡接口卡和連接它們的網絡。吞吐率作為一個重要的衡量指標，最主要應用在并行處理上，屬于系統結構中最重要的一個變量，它的定義是：單位時間的吞吐量。所以它的詳細定義參見吞吐量。吞吐率在性能測試中指單位時間內在網絡上傳輸的數據量。是衡量網絡性能的主要指標。 動態幀時隙算法的仿真結果在Matlab2012環境下，根據以上動態幀時隙的算法進行仿真得到如圖 52結果：系統初始化設定為：圖52 動態幀時隙算法仿真結果標簽數：50初始幀：1測試次數：2得到結果為：識別標簽：50總操作數：215吞吐率：結論本課題在國內外學者研究成果的基礎上，對UHF頻段的讀寫器進行了深入系統的研究，對其理論、研究現狀、關鍵技術等都作了較全面的了解，主要針對讀寫器基帶模塊、射頻模塊和軟件系統所使用的標準進行了說明，完成了防碰撞算法的仿真和測試，結果表明防碰撞算法標達到了設計要求。本章對全文的主要工作進行總結并對后期的研究進行展望。本課題主要圍繞著RFID讀寫器基帶與射頻模塊的設計與實現展開研究。課題從開題到撰寫本文共經歷了前期方案論證、現有技術分析、方案可行性論證、主要芯片選型、硬件電路設計、軟件系統設計、功能指標測試、論文寫作等幾個階段。本文完成的工作主要包括：(1) 針對讀寫器系統設計的性能指標，對讀寫器進行了總體方案的設計。首先根據現今讀寫器主要設計方案對接收機結構進行對比，選擇了零中頻結構；其次，對讀寫器主控制器進行選型；研究了主流射頻收發模塊的性能特點，基于讀寫器對射頻收發模塊的要求，經比較、分析選擇了AS3992芯片；最后對讀寫器天線結構進行分析，確定了單天線結構。(2) 對超高頻讀寫器的硬件進行了詳細的設計。讀寫器基帶模塊的硬件電路主要包括主控制器、時鐘電路、復位電路、外部存儲器電路和電源管理電路等。讀寫器射頻模塊包括射頻收發芯片、功率放大器電路等。(3) 重點研究了讀寫器系統的軟件方面。對系統軟件進行了模塊化劃分，設計了主程序，并根據射頻收發芯片AS3992對ISO/IEC180006B協議和ISO/IEC180006C協議的不同支持程度，分別進行了協議處理的程序。(4) 對讀寫器系統的動態幀時隙防碰撞算法進行了Matlab仿真。后期展望超高頻RFID是當今RFID技術的研究熱點，雖然本課題對超高頻RFID讀寫器的設計取得了一定的成果，達到課題設計的各項指標。但是由于時間和精力有限，目前的研究還不夠完善，可以改進和發展的地方還有很多。在本文的基礎上展望后續工作，渴望在后期工作中能在以下幾個方面取得進展：（1）沒有對整個RFID系統進行全面的仿真實現。（2）RFID 技術的廣泛應用離不開與網絡的融合，因此要進一步擴展無線通信功能。附錄參考文獻[1]（挪）Yan Zhang、（加）Laurence 編著；（中）Jiming Chen、謝志軍 ：構架、協議、。[2] （RFID）.[3] 貝毅君、干紅華、程學林、.[4] 章偉、 RFID標簽天線設計、.[5] .（南開大學）.[6].（電子科技大學）[7].（中山大學）.[8].（南京航空航天大學）[9]王海峰、王敬超、張春、《微計算機信息》（嵌入式與SOC）.2008年第24卷第32期：233235頁作者姓名．文章名．學術刊物名．年，卷（期）：引用部分起止頁碼謝辭本論文的選題，設計都是在高和亮老師的指導下完成的，在近三個月的畢業設計中生活中，高老師一直都給了我無微不至的關懷與支持,當我遇到困難的時候,她總會在百忙之中抽出時間,幫我解決,讓我越過各個障礙，當我獲得進步的時候,她會給予我鼓勵,讓我繼續向前，當我認識錯誤的時候,她會耐心幫我糾正。高老師嚴謹的治學態度、淵博的學識、謙和的為人，都給我留下了深刻的印象。高老師對我的鼓勵和幫助，將使我終生受益。最后，我要感謝母校，感謝母校的老師傳授給我知識。在內蒙古工業大學度過的四年大學生活將使我終生難忘!4