无线射频识别rfid技术.pptx

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1、会计学1无线射频识别无线射频识别rfid技术技术RFID系统组成系统组成n n应用应用RFIDRFID技术组成的自动识别系统称为技术组成的自动识别系统称为RFIDRFID系统。系统。RFIDRFID系统主要由三部分组成：系统主要由三部分组成：n n（1 1）、电子标签）、电子标签(Tag)(Tag)：由：由ICIC芯片及一些耦合元件芯片及一些耦合元件组成，标签含有内置天线，用于和射频天线间进行组成，标签含有内置天线，用于和射频天线间进行通信。通信。n n（2 2）、阅读器（）、阅读器（ReaderReader，也叫读写器）：读取电，也叫读写器）：读取电子标签信息的设备。许多阅读器还带有附加的接

2、口子标签信息的设备。许多阅读器还带有附加的接口RS232RS232或或RS485RS485等与外部计算机等与外部计算机(上位机主系统上位机主系统)连接，连接，进行数据交换。进行数据交换。n n（3 3）、计算机：进行数据管理。）、计算机：进行数据管理。第1页/共24页RFID系统工作原理框图如下：系统工作原理框图如下：第2页/共24页RFID系统的工作原理系统的工作原理 阅读器通过发射天线发送一定频率的射频信号，阅读器通过发射天线发送一定频率的射频信号，当电子标签进入发射天线工作区域时产生感应电当电子标签进入发射天线工作区域时产生感应电流，电子标签获得能量被激活；电子标签将自身流，电子标签获得

3、能量被激活；电子标签将自身唯一识别码等信息通过卡内置发送天线发送出去；唯一识别码等信息通过卡内置发送天线发送出去；系统接收天线接收到从电子标签发送来的载波信系统接收天线接收到从电子标签发送来的载波信号，经天线调节器传送到阅读器，阅读器对接收号，经天线调节器传送到阅读器，阅读器对接收的信号进行解调和解码，然后送到后台主系统进的信号进行解调和解码，然后送到后台主系统进行相关处理；主系统根据逻辑运算判断该卡的合行相关处理；主系统根据逻辑运算判断该卡的合法性，针对不同的设定做出相应的处理和控制，法性，针对不同的设定做出相应的处理和控制，发出指令信号控制执行机构动作。发出指令信号控制执行机构动作。第3页

4、/共24页电子标签的分类电子标签的分类 电电子子标标签签（TagTag）是是射射频频识识别别系系统统真真正正的的数数据据载载体体，TagTag具具有有智智能能读读写写和和加加密密通通讯讯的的功功能能，它它的的基本构成是由基本构成是由ICIC芯片和一些外围元件组成。芯片和一些外围元件组成。依依据据电电子子标标签签供供电电方方式式的的不不同同，电电子子标标签签可可以以分分为为有有源源卡卡(Active(Active tag)tag)和和无无源源卡卡(Passive(Passive tag)tag)，有有源源卡卡内内装装有有电电池池，无无源源卡卡内内没没有有装装电电池池。按按照照能能量量供供给给方方

5、式式，RFIDRFID系系统统分分为为有有源源系系统统与与无无源源系系统统；按按照照工工作作频频率率，RFIDRFID系系统统有有低低频频、中中频频、高高频频、超高频、微波射频等几种。超高频、微波射频等几种。第4页/共24页RFID技术的优势技术的优势n n快速扫描（读写器可同时读取多个标签）n n体积小、形状多样化n n抗污染能力和耐久性（防水、防磁、耐高温等）n n可重复使用n n穿透性和无屏障阅读（读取距离大）n n数据的记忆容量大、存储信息可更改n n安全性（标签上的数据可以加密）第5页/共24页基于基于基于基于RFIDRFID技术的食品安全可溯源系统技术的食品安全可溯源系统技术的食品

6、安全可溯源系统技术的食品安全可溯源系统n nRFIDRFID技术在动物食品安全可溯源系统的应用，不仅包括对动物从技术在动物食品安全可溯源系统的应用，不仅包括对动物从出生到进入屠宰场整个饲养过程（饲养管理、兽医预防、疾病治出生到进入屠宰场整个饲养过程（饲养管理、兽医预防、疾病治疗、饲料使用）的记录与监控，还包括畜产品进入消费市场（超疗、饲料使用）的记录与监控，还包括畜产品进入消费市场（超市等）后，消费者可通过每一只动物的唯一识别码，查询该产品市等）后，消费者可通过每一只动物的唯一识别码，查询该产品的整个饲养过程。该系统从生产到销售的各个环节追踪检查动物的整个饲养过程。该系统从生产到销售的各个环节

7、追踪检查动物产品，有利于监测任何对人类健康和环境的影响。一旦发生不良产品，有利于监测任何对人类健康和环境的影响。一旦发生不良影响可以将产品迅速撤出市场，而且可在危险发生前采取应对措影响可以将产品迅速撤出市场，而且可在危险发生前采取应对措施，达到预防预警效果。施，达到预防预警效果。第6页/共24页二、可溯源系统标识件的二、可溯源系统标识件的设计设计n n1、芯片的功能和原理框图n n2、芯片的外围电路原理图n n3、PCB电路图的可靠性设计第7页/共24页可溯源系统标识件的设计可溯源系统标识件的设计标识件的设计是可溯源系统的硬件基础和关键问标识件的设计是可溯源系统的硬件基础和关键问题之一。可溯源

8、系统的标识件包括电子标签、读题之一。可溯源系统的标识件包括电子标签、读写器两部分。写器两部分。RFIDRFID系统根据使用工作频率的不同，主要分为系统根据使用工作频率的不同，主要分为四类：低频（四类：低频（30300kHz30300kHz）、高频（）、高频（3330MHz30MHz）、超高频（）、超高频（300MHz3 GHZ300MHz3 GHZ）以及微）以及微波（波（2.45 GHZ2.45 GHZ以上）。以上）。通过不同频段通过不同频段RFIDRFID系统的优缺点的分析，再根系统的优缺点的分析，再根据本课题要求，能在据本课题要求，能在5050米内自动监测动物个体，米内自动监测动物个体，并

9、且自动更新数据，通信速率要求快，我们选用并且自动更新数据，通信速率要求快，我们选用2.45 GHZ2.45 GHZ的微波频段。的微波频段。第8页/共24页工作频段工作频段优点优点缺点缺点低频技术简单、无频率限制受环境影响较小通信速率低、工作距离短（小于10cm）、天线尺寸大高频与低频相比有较高的通信速率和较长的工作距离距离不够远（最大75 cm）天线尺寸大，受金属材料影响较大超高频工作距离长（大于1m）、天线尺寸小、可绕开障碍物，无须视线接触，可定向识别各国都有不同的频段管制，对人体有伤害，发射功率受限制，受某些材料影响较大微波除具有超高频标签的优点外，还具有更高的带宽和通信速率，更长的工作距

10、离和更小的天线尺寸共享此频段产品多，易受干扰，技术复杂，对人体有伤害，发射功率受限制，受某些材料影响较大不同频段不同频段RFID系统的优缺点：系统的优缺点：第9页/共24页n n根据本课题要求，我们选用的芯片必须具备下列功根据本课题要求，我们选用的芯片必须具备下列功能：能：n n工作在工业、科学和医疗（工作在工业、科学和医疗（ISMISM）频段，设计标准）频段，设计标准频段为频段为2.4GHz2.4GHz，采用嵌入式，采用嵌入式MCUMCU，其闪存存储量可，其闪存存储量可为为8/16/32KB8/16/32KB，随机存储器存储量可为，随机存储器存储量可为1/2/4KB1/2/4KB。具。具有集

11、成索相环（有集成索相环（PLLPLL）、功率放大器（）、功率放大器（PAPA）、低噪）、低噪声放大器（声放大器（LNALNA）、调制解调器（）、调制解调器（MODEMMODEM）等功能。）等功能。采用采用QLPQLP封装，体积较小。并支持流行的跳频技术，封装，体积较小。并支持流行的跳频技术，以及各种调制方式，能够使数据传输率达到以及各种调制方式，能够使数据传输率达到500Kbps500Kbps。1 1、芯片的功能、芯片的功能第10页/共24页芯片无线射频部分原理框图芯片无线射频部分原理框图第11页/共24页芯片的无线射频收发原理芯片的无线射频收发原理n n把接收到的RF信号通过低噪声放大器和积

12、分转换，输入到混频器中，再经过频率合成器（包括集成的LC振荡器和90度的相位转换），以及自动增益控制（AGC），调制解调和同步信号校准（FEC）、信息包处理，然后通过嵌入式的微控制单元（MCU），进行处理之后送入RX/TX中。第12页/共24页2 2、结合芯片特性和课题需要，芯片的外围电路图为、结合芯片特性和课题需要，芯片的外围电路图为、结合芯片特性和课题需要，芯片的外围电路图为、结合芯片特性和课题需要，芯片的外围电路图为 第13页/共24页芯片外围电路图的简单说芯片外围电路图的简单说明明n nC232C232、C242C242、L231L231和和L241L241共同组成不平衡变压器，用于芯

13、片不同共同组成不平衡变压器，用于芯片不同RFRF端口转换成单个端口转换成单个RFRF信号，再通过一个信号，再通过一个LCLC滤波器的作用，和天线滤波器的作用，和天线达到最佳的阻抗匹配。偏置电阻达到最佳的阻抗匹配。偏置电阻R271R271用于设置一个精确的偏置电用于设置一个精确的偏置电流；退藕电容流；退藕电容C301C301用于提供用于提供PCBPCB板精确的功率供给；板精确的功率供给；C171C171、C181C181和和C201C201、C211C211分别为晶体分别为晶体X2X2和和X1X1的负载电容。的负载电容。n n因为该芯片具有接收和发送两种功能，所以它既可以做电子标签因为该芯片具有

14、接收和发送两种功能，所以它既可以做电子标签使用，也可以做读写器主芯片使用，读写器的应用电路图略。使用，也可以做读写器主芯片使用，读写器的应用电路图略。第14页/共24页3、PCB电路图的可靠性设计电路图的可靠性设计n n实践证明，即使电路原理图设计正确，印制电路板实践证明，即使电路原理图设计正确，印制电路板设计不当，也会对电子设备的可靠性产生不利影响。设计不当，也会对电子设备的可靠性产生不利影响。例如，如果印制板两条细平行线靠得很近，则会形例如，如果印制板两条细平行线靠得很近，则会形成信号波形的延迟，在传输线的终端形成反射噪声。成信号波形的延迟，在传输线的终端形成反射噪声。n n因此，在设计印

15、制电路板的时候，应注意以下方面因此，在设计印制电路板的时候，应注意以下方面:（1 1）、地线设计）、地线设计（2 2）、去耦电容配置）、去耦电容配置 （3 3）、电磁兼容性设计）、电磁兼容性设计 第15页/共24页地地 线线 设设 计计n n在电子设备中，接地是控制干扰的重要方法。如能将接地和屏蔽在电子设备中，接地是控制干扰的重要方法。如能将接地和屏蔽正确结合起来使用，可解决大部分的干扰问题。正确结合起来使用，可解决大部分的干扰问题。n n电子设备中地线结构大致有系统地、机壳地（屏蔽地）、数字地电子设备中地线结构大致有系统地、机壳地（屏蔽地）、数字地（逻辑地）和模拟地等几种。（逻辑地）和模拟地

16、等几种。n n地线设计中应注意以下几点：正确选择单点接地与多点接地；将地线设计中应注意以下几点：正确选择单点接地与多点接地；将数字电路与模拟电路分开；尽量加粗接地线（接地线的宽度应大数字电路与模拟电路分开；尽量加粗接地线（接地线的宽度应大于于3mm3mm）；将接地线构成闭合环路。）；将接地线构成闭合环路。第16页/共24页去耦电容配置去耦电容配置n n在直流电源回路中，负载的变化会引起电源噪声。例如在数字电路中，当电路从一个状态转换为另一种状态时，就会在电源线上产生一个很大的尖峰电流，形成瞬变的噪声电压。配置去耦电容可以抑制因负载变化而产生的噪声，是印制PCB板可靠性设计的一种常规做法。第17

17、页/共24页电磁兼容性设计电磁兼容性设计n n电磁兼容性是指电子设备在各种电磁环境中仍能够协调、有效地进行工作的能力。电磁兼容性设计的目的是使电子设备既能抑制各种外来的干扰，使电子设备在特定的电磁环境中能够正常工作，同时又能减少电子设备本身对其它电子设备的电磁干扰。n n为了避免高频信号通过印制导线时产生的电磁辐射，在印制电路板布线时，应注意以下几点：第18页/共24页n n尽量减少印制导线的不连续性，例如导线宽度不要突变，导线的拐角应大于90度（一般选择135度或圆角），禁止环状走线等。n n时钟信号引线最容易产生电磁辐射干扰，走线时尽量与地线回路相靠近。n n数据总线的布线应每两根信号线之

18、间夹一根信号地线。最好是紧紧挨着最不重要的地址引线放置地回路，因为后者常载有高频电流。n n在双面、多面印制板中，上下两层信号线的走线方向要尽量相互垂直或斜交叉，尽量避免平行走线，减少寄生耦合的产生。第19页/共24页n n静电放电可通过直接传导、电容耦合和电感耦合三种方式进入电子线路中。直接对电路的静电放电经常会引起电路的损坏，对邻近物体的放电通过电容或电感耦合，会影响到电路工作的稳定性。n n静电防护的措施有很多，例如建立完善的屏蔽结构，带有接地的金属屏蔽壳体可将放电电流释放到地。或者在PCB板入口处增加保护环（环与接地端相连）。第20页/共24页三、结三、结 论论n n上述设计方法使用目

19、前流行的电路设计软件，通过自行设计上述设计方法使用目前流行的电路设计软件，通过自行设计RFIDRFID系统的电子标签（读写器）电路原理图和系统的电子标签（读写器）电路原理图和PCBPCB电路图。并使用电路图。并使用SMTSMT的加工设备，制作出相应的的加工设备，制作出相应的PCBPCB板，在板，在PCBPCB板上安装相应外设元件，板上安装相应外设元件，并进行相关参数的测试和设计的修改校验，最终制作出符合课题并进行相关参数的测试和设计的修改校验，最终制作出符合课题要求的样机。已传统的电路设计方法相比，该方法设计的电路可要求的样机。已传统的电路设计方法相比，该方法设计的电路可移植性高，采用大量的移植性高，采用大量的SMDSMD元件，可使电子标签（读写器）的体元件，可使电子标签（读写器）的体积减小，硬件的稳定性也得到提高。积减小，硬件的稳定性也得到提高。第21页/共24页结结 论论n n通过自行设计制作样机的整个过程，掌握了电子标签（读写器）制作的相关硬件技术，从而从根本上解决电子标签（读写器）成本过高的问题，推动动物食品安全可溯源系统的全面实施。第22页/共24页感谢各位专家！感谢各位专家！请各位专家批评指正！请各位专家批评指正！第23页/共24页