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运动多标签RFID系统检测技术研究与应用
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  • 用途:硕士毕业论文 Master Thesis
  • 编辑:若诗
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  • 论文编号:el2021042717202022090
  • 日期:2021-04-30
  • 来源:上海论文网
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本文是通信工程论文,然后从无源RFID系统结构组成出发,介绍了无源RFID系统的工作机理,分析了运动无源RFID系统的特点,并总结出运动无源RFID系统存在的问题。从而引出本文重点研究内容提出通过标签预激活技术和多天线信号覆盖预测技术解决运动多标签系统中存在的标签漏检问题。接着对无源标签预激活技术展开研究。该预激活天线可以为快速运动的标签提供足够大的信号覆盖面积,从而提高标签被激活的概率,但只适用于固定运动速度的标签识别场景,具有一定的局限性。然后对多天线信号覆盖预测技术展开研究。首先对多天线信号覆盖理论进行了分析,接着详细介绍了天线信号覆盖预测软件的设计开发过程,并对四通道RFID系统的天线进行优化布局,将软件预测结果与实际测试结果对比,验证了软件的可行性与有效性。针对传统的四通道切换检测系统存在的漏检问题,提出主辅六通道检测系统,其中四路主通道用来实现标签信息的检测,两路辅助通道对运动多标签进行预激活充电。并搭建了实验平台,对运动多标签进行测试,测试结果表明所提出的标签检测新方案有效提高了标签检测成效。

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第1章绪论

 

本文将针对运动多标签RFID检测经常存在漏检的情形,总结标签预激活技术的三种实现方法、开发多天线信号覆盖预测软件、设计主辅六通道检测系统,为RFID技术在物流管理及其它工程应用领域提供新的解决方案。核心内容如下:在分析无源RFID标签工作机理的基础上,总结三种标签预激活方法:附加信号源预激活法、辅助通道预激活法、波束扫描天线预激活法,对其中的辅助通道预激活法进行理论分析,并用一个仿真实例验证其有效性。然后设计实现具有3个波束切换角度的基于巴特勒无源馈电网络的RFID标签预激活波束扫描天线,提高运动多标签的激活概率。根据天线辐射理论设计开发一套多天线信号覆盖预测软件,自动计算可识别区域内天线信号强度分布情况,合理对多天线系统进行布局优化,并通过仿真及测试,验证软件的有效性及可行性.本章首先阐明了选题的研究背景及意义,然后较详细地总结了国内外各学者在提高RFID检测成效方面的研究动向,也对前人的研究做出一定的归纳。同时针对运动多标签RFID检测系统存在的漏检问题进行了分析,明确了对本文所涉及的标签预激活、信号覆盖预测、高效检测系统设计等方面开展研究的必要性。最后给出了本文的主要研究内容及论文的结构安排。
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第2章运动无源RHD系统工作机理及特点

 

2.1无源RHID系统结构组成
RFID标签分为有源标签(主动式)、无源标签(被动式)、无芯片标签三类,每个RFID标签具有唯一的电子编码,附着在物体上标识目标对象。计算机管理控制系统通过给阅读器发送一系列操作指令来控制阅读器与标签之间的数据通信,并完成对标签信息的存储、处理及管理功能。无源RFID系统和有源RFID系统的主要区别在于标签类型不同。有源RFID系统使用有源RFID标签,由电池、中央微处理器MCU和天线组成,有源标签工作所需的能量由电池提供。无源RFID系统使用无源RFID标签,由标签IC芯片集成电路)、谐振电容和天线组成,无源标签本身不带电池,依靠吸收阅读器发送的电磁波能量工作。无源RFID系统与有源RFID系统相比,其优势在于,无源RFID标签体积小、重量轻、成本低、寿命长,可以制作成纸质、陶瓷、玻璃等不同形状,粘贴式或悬挂式等不同样式,应用于不同的环境。但由于无源RFID标签没有内部电源,因此标签与阅读器之间的通信距离受到限制,通常在十米以内,一般要求搭配使用功率较大的RFID阅读器。

 

2.2无源RFID系统工作机理
首先上位机通过约定好的RFID通信协议配置阅读器发射功率、工作频率、跳频方式等参数。然后向阅读器发送一定数据格式的读卡轮询操作指令,阅读器的数字基带控制单元接收到上位机指令后,将信息传送到阅读器的射频收发单元。在R2000芯片内部经过处理的信号经阅读器射频模块前端功率放大后,一路信号经过定向耦合器进行前向功率检测,避免功率过大。因此接收信号首先经过射频模块的定向耦合器分为两路信号,一路信号进入R2000芯片进行检波解调,另一路经过一定程度的衰减后通过功率检测芯片进行反向功率检测,控制单元将检测结果与预设值进行比较,判断功率值是否过大,进而控制R2000下一步操作,形成一定的保护电路。若功率正常,则信号进入R2000芯片内部进行信号放大处理等工作,再进入数字基带控制单元进行解调解码后将有效信息送至计算机处理系统进行数据的存储与管理。以上即为无源RFID系统的详细工作流程,其中标签结构及其工作流程将在第三章中进行详细分析。
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第3章标签预撖活技术研究........................15
3.1无源标签的激活过程分析.....................15
3.2无源标签预激活技术.....................19
3.3RFID标签预激活波束扫描天线设计.....................24
第4章多天线信号覆盖预测技术研究.....................36
4.1引言.....................36
4.2多天线信号覆盖理论及最佳布局分析.....................38
4.3天线信号覆盖预测软件设计与开发.....................40
4.4四通道RFID系统天线布局优化.....................47
4.5本章小结.....................49
第5章主辅六通道RFID检测系统的设计与实现.....................50
5.1系统整体设计方案.....................50
5.2主辅六通道射频前端的设计........................................53
5.3系统软硬件设计.....................56

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第5章主辅六通道RFID检测系统的设计与实现

 

5.1系统整体设计方案
为了使该应用系统更加符合工程需求,尽可能大的提高检测效率,提出在原w系统的基础上进行改进,并依托前两章提出的辅助通道预激活技术和多天线优化技术提出主辅六通道RFID检测系统的设汁方案。如图5.2所示,利用中.通道R2000阅读器,经过射频前端电路模块扩展为六迎道,其中四路保持原来系统四迎道的基本功能,编程可控,完成与阅读器与标签之间的双向通信,另外两路辅助通道单向工作,只发不收,实现对标签的预激活功能。并设计一款圆极化高增益RFID天线,当执法人员携带各类警用装备准备通过时,上位机控制阅读器开始发送多标签盘存指令,标签移动过程中,首先进入辅助天线的信号覆盖区域,标签芯片吸收电磁波能量获得芯片供电电压从而被激活,辅助通道为单向通道,只发不收,因此只用来为无源标签提供能量,接着标签移动到主天线的信号覆盖区,完成对阅读器操作指令的应答,返回标签数据。

 

5.2主辅六通道射频前端的设计
本章以警用装备RFID检测系统的工程应用实例为背景,依托辅助通道标签预激活技术与多天线信号覆盖技术设计开发了主辅六通道RFID检测系统,并给出了系统的整体设计方案、主辅六通道射频前端的设计方案、系统软硬件设计过程等内容。最后利用该系统对警用装备的出入库检测进行了实际测试,多次实验结果证明主辅六通道RFID检测系统可以有效降低标签漏读率,提高识别效率,进一步验证了无源标签预激活技术和多天线信号覆盖预测技术的有效性。另一路信号通过阅读器天线以电磁波的形式向周围空间发射,当标签进入可识别区域时,部分能量经过自由空间衰减后被标签吸收,通过倍压整流电路,对标签芯片电容充电,建立芯片供电电源,然后再对指令信号进行解调和识别,再通过阅读器天线将信号返回到阅读器。由于标签电磁反向散射耦合的工作方式,即使阅读器处于接收标签返回信号状态时,阅读器仍然在向外发射载波信号,这就会导致一小部分信号泄露到接收电路中,甚至形成信号强度大于标签的返回信号,从而干扰标签与阅读器的正常通信。

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第6章总结与展望

 

在现代物流仓储管理领域中,由于被检测物品材料的多样性、标签分布方式及极化方式的差异性等因素,导致运动多标签识别系统存在漏读现象且识别速率不够高的问题。因此,研究与开发适用于运动多标签识别的应用场景的高效识别方法和系统,对于提高RFID技术在物流管理及其它相关应用中的检测成效具有十分重要的现实意义。最后结合辅助通道预激活技术以及多天线信号覆盖预测技术的研究思想,以警用装备出入库检测为工程背景,开发广一套辅六通道RFID检测系统。四路主通道用来实现标签信息的检测,两路辅助通道对运动多标签进行预激活充电。论文详细给出了系统组成、软硬件设计、系统搭建及测试成效。测试结果表明,提出的基于辅助激活技术和多天线信号覆盖技术的RFID检测系统有效提高了标签接收功率冗余度和检测成效。主辅通道检测系统同时也融入多天线信号覆盖技术的思想,由原来的四通道变为六通道,增加了两副天线,增大了天线信号的覆盖范围。通过两方面的共同作用来提升标签检测成效。
参考文献(略)