基于有源rfid的動物身份識別與跟蹤系統(tǒng)研究

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1、第二章RFID系統(tǒng)基本理論分析與系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)5第二章RFID系統(tǒng)基本理論分析與系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)RFID系統(tǒng)是以射頻識別技術(shù)為支撐，其數(shù)據(jù)傳輸以無線方式來完成，對無線射頻的特點(diǎn)及其物理學(xué)原理的分析可以為RFID系統(tǒng)的設(shè)計(jì)打下理論基礎(chǔ)。本章首先從射頻識別技術(shù)的基本概念出發(fā)，介紹了其特點(diǎn)及基本組成，闡述了l強(qiáng)ID系統(tǒng)的物理學(xué)原理及編碼格式，同時對現(xiàn)行的RFID系統(tǒng)作了分類與比較，并就各種I江ID系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)作了分析。最后就本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)方案進(jìn)行了深入的分析并給出了整個系統(tǒng)的構(gòu)架。2．1射頻識別技術(shù)簡介及基本組成2．1．1射頻識別

2、系統(tǒng)概念及其特點(diǎn)射頻識別技術(shù)(＆LdioFrequencyIdemification，RFID)是一種非接觸式自動識別技術(shù)，它利用無線射頻方式進(jìn)行非接觸雙向通信，以達(dá)到識別目標(biāo)和交換數(shù)據(jù)的目的，實(shí)現(xiàn)人們對各類物體或人員在不同狀態(tài)(移動、靜止或惡劣環(huán)境)下的自動識別和管理。同傳統(tǒng)的接觸式識別技術(shù)和光學(xué)識別技術(shù)相比，射頻識別技術(shù)可實(shí)現(xiàn)無接觸、多標(biāo)簽防沖突操作。例如，它克服了傳統(tǒng)接觸式識別技術(shù)(如插卡式)操作不方便、識別距離近等缺點(diǎn)，并具有光學(xué)識別技術(shù)(如條形碼)所不具備的防水、數(shù)據(jù)加密、存儲數(shù)據(jù)容量大、存儲信息更改簡單等

3、特點(diǎn)。目前它正逐漸地被應(yīng)用于工業(yè)自動化、商品流通、動物管理等領(lǐng)域。另外隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的進(jìn)步以及生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，射頻識別技術(shù)的產(chǎn)品成本將不斷降低，其應(yīng)用將越來越廣泛。2．1．2射頻識別系統(tǒng)的基本組成一個基本的射頻識別系統(tǒng)由讀寫器(Rwer)、電子標(biāo)簽(Tag，也稱為射頻卡)和天線(AmeIula)三部分組成。另外，根據(jù)不同的應(yīng)用目的和場合，還有相應(yīng)的管理系統(tǒng)I?71。其組成框圖2．1所示。≮二二≥圈圖2—1RFlD系統(tǒng)框圖Fig．2-lB10ckdiag瞄mofRFIDsystem2．2RFID技術(shù)物理學(xué)原理讀

4、寫器和電子標(biāo)簽之間的數(shù)據(jù)傳輸是通過空氣介質(zhì)以無線電波的形式進(jìn)行的。一般可以用兩個參數(shù)衡量數(shù)據(jù)在空氣介質(zhì)中的傳播，即數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣群蛿?shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x。由于電子標(biāo)簽的天線和能量的限制，從應(yīng)答器發(fā)出的無線信號比較微弱，因而信號傳輸6基于有源RFID的動物身份識別與跟蹤系統(tǒng)研究的速度與傳輸?shù)木嚯x有限。為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離、高速度傳輸，必須把要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號疊加在一個變化規(guī)則、信號較強(qiáng)的電波上，這個過程就是調(diào)制，規(guī)則變化的電波即載波。在RFID系統(tǒng)中，載波一般由讀寫器發(fā)出并進(jìn)行調(diào)制，而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的調(diào)制也有許多方法，如用數(shù)據(jù)信息改變載

5、波的波幅即調(diào)幅、改變載波的頻率即調(diào)頻、改變載波的相位即調(diào)相。射頻識別系統(tǒng)一般采用調(diào)幅或調(diào)頻方式。2．3RFID系統(tǒng)的編碼格式射頻識別系統(tǒng)從某種角度講也是一個數(shù)字通信系統(tǒng)，它的數(shù)據(jù)傳輸含三個主要的功能模塊，從讀寫器到電子標(biāo)簽的傳輸方向，依次是讀寫器的信號編碼(信號處理)及調(diào)制器(載波電路)、傳輸介質(zhì)(通路)、以及電子標(biāo)簽中的解調(diào)器(載波回路)和信號譯碼(信號處理)。其中，信號編碼系統(tǒng)的作用是使要傳輸?shù)男畔⒑退男盘柋M可能最佳地與傳輸通道的性能相匹配。它一般又稱為基帶中的數(shù)據(jù)編碼，這幾乎是每個數(shù)字通信類系統(tǒng)必備的，一方面

6、是便于數(shù)據(jù)傳輸，另一方面是可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。在IUID系統(tǒng)中常用的編碼格式有：NRZ(反向不歸零制)編碼、曼徹斯特(Mallchester)編碼、單極歸零制(Umpol盯I遼)編碼、差動雙相(DBP)編碼、米勒(Miller)編碼和差動編碼【18】。2．4RFlD系統(tǒng)的分類2．4．1按工作頻率分類射頻電路發(fā)送無線信號時所使用的頻率被稱為RFID系統(tǒng)的工作頻率，一般可劃分為：低頻(30—300l(Hz)、高頻(3．30MHz)和甚高頻(300MHz．1GHz)以及微波(2．45GHz以上)頻段。低頻系統(tǒng)多見于短距離、

7、低成本的應(yīng)用中，如一般的門禁控制、貨物跟蹤；高頻系統(tǒng)多用于需傳送大量數(shù)據(jù)的場合；而對讀寫距離和讀寫速度有較高要求的場合，甚高頻及以上的系統(tǒng)用的較多，如火車監(jiān)控、高速公路收費(fèi)系統(tǒng)等。2．4．2按供電形式分類根據(jù)標(biāo)簽的供電形式可分為無源系統(tǒng)和有源系統(tǒng)。無源射頻標(biāo)簽不含電池，利用耦合的讀寫器發(fā)射的電磁場能量作為自己的能量，它的重量輕、體積小，壽命可以很長，而且價格低廉，可以制成各種各樣的薄卡或掛扣卡；但其發(fā)射距離有限，一般是幾十厘米到幾十米，且需要較大的讀寫器發(fā)射功率【191。有源射頻標(biāo)簽使用標(biāo)簽內(nèi)電池的能量，識別距離較長

8、，可達(dá)幾十米甚至上百米【201，但是它的壽命較無源標(biāo)簽要短。2．4．3按數(shù)據(jù)通訊方式分類根據(jù)通訊方式的不同可分為主動式、被動式和半主動式。一般來講，無源系統(tǒng)為被動式，有源系統(tǒng)為主動式。主動式的射頻系統(tǒng)用自身的射頻能量主動發(fā)送數(shù)據(jù)給讀寫器，調(diào)制方式可為調(diào)幅、調(diào)頻或調(diào)相。被動式的射頻系統(tǒng)，使用調(diào)制散射方式發(fā)射數(shù)據(jù)，它必須利用讀寫器的載波來調(diào)制自己的