《電子技術(shù)應(yīng)用》
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RFID板級標簽驗證平臺解決方案
摘要: 首先介紹電子標簽的工作原理及ISO18000-6C標準,并根據(jù)ISO18000-6C標準,設(shè)計了實現(xiàn)超高頻電子標簽驗證平臺的整體電路。重點討論基于EP1C6Q240FPGA的數(shù)字基帶部分設(shè)計與實現(xiàn)。最后給出了該平臺的測試結(jié)果,驗證了平臺設(shè)計的正確性和可靠性。
Abstract:
Key words :

 在此,首先介紹電子標簽的工作原理及ISO18000-6C標準,并根據(jù)ISO18000-6C標準,設(shè)計了實現(xiàn)超高頻電子標簽驗證平臺的整體電路。重點討論基于EP1C6Q240FPGA的數(shù)字基帶部分設(shè)計與實現(xiàn)。最后給出了該平臺的測試結(jié)果,驗證了平臺設(shè)計的正確性和可靠性。

  射頻識別系統(tǒng)通常由讀寫器(Reader)和射頻標簽(RFIDTag)構(gòu)成。附著在待識別物體上的射頻標簽內(nèi)存有約定格式的電子數(shù)據(jù),作為待識別物品的標識性信息。讀寫器可無接觸地讀出標簽中所存的電子數(shù)據(jù)或者將信息寫入標簽,從而實現(xiàn)對各類物體的自動識別和管理。讀寫器與射頻標簽按照約定的通信協(xié)議采用先進的射頻技術(shù)互相通信,其基本通信過程如下。

  (1)讀寫器作用范圍內(nèi)的標簽接收讀寫器發(fā)送的載波能量,上電復(fù)位;(2)標簽接收讀寫器發(fā)送的命令并進行操作;(3)讀寫器發(fā)出選擇和盤存命令對標簽進行識別,選定單個標簽進行通信,其余標簽暫時處于休眠狀態(tài);(4)被識別的標簽執(zhí)行讀寫器發(fā)送的訪問命令,并通過反向散射調(diào)制方式向讀寫器發(fā)送數(shù)據(jù)信息,進入睡眠狀態(tài),此后不再對讀寫器應(yīng)答;(5)讀寫器對余下標簽繼續(xù)搜索,重復(fù)(3),(4)分別喚醒單個標簽進行讀取。直至識別出所有標簽。

  標簽向讀寫器傳送數(shù)據(jù)是通過反向散射調(diào)制技術(shù),對于無源電子標簽,其本身沒有足夠的發(fā)射能量,所以通過改變天線的匹配阻抗控制天線的反射強弱,阻抗不匹配時天線反射率很大,阻抗匹配時天線反射率很小,以此來表示輸出信號的有無。

  RFID板級標簽驗證平臺的總體設(shè)計與實現(xiàn)板級標簽主要由模擬射頻和數(shù)字處理2部分組成。

  模擬射頻部分采用分立元件實現(xiàn),完成射頻信號的接收,來自RFID讀寫器的信號通過天線和阻抗匹配網(wǎng)絡(luò),經(jīng)過915MHz的聲表面濾波器濾波,進行包絡(luò)檢波后,通過一個運放構(gòu)成的一階有源低通濾波器,再由電壓比較器完成高低電平的判決。數(shù)字部分由EP1C6Q240FPGA實現(xiàn),完成ISO18000-6C協(xié)議處理,EP1C6Q240FPGA接收來自前端的TTL電平,完成PIE解碼、CRC校驗、命令解析、狀態(tài)轉(zhuǎn)移、數(shù)據(jù)存儲、FMO編碼等功能。FMO編碼通過反相散射調(diào)制輸出,改變天線的反射阻抗實現(xiàn)。

  數(shù)字基帶部分的設(shè)計在Altera公司的EP1C6Q240FPGA上實現(xiàn)。經(jīng)過對協(xié)議內(nèi)容的深入研究,實現(xiàn)標簽數(shù)字部分采用Top-down的設(shè)計方法,首先對電路功能進行詳細描述,按照功能對整個系統(tǒng)進行模塊劃分;再用Vexilog硬件描述語言進行RTL代碼設(shè)計。數(shù)字基帶結(jié)構(gòu)它包括譯碼模塊、循環(huán)冗余校驗(CyclicRedundancyCheck,CRC)校驗?zāi)K、狀態(tài)機模塊、CRC產(chǎn)生模塊、存儲器、編碼模塊和時鐘分頻模塊。譯碼模塊接收模擬部分解調(diào)出的命令信號,根據(jù)協(xié)議中規(guī)定的命令格式將信號譯碼成標簽數(shù)字部分可識別的二進制數(shù)據(jù),并發(fā)送到CRC校驗?zāi)K和狀態(tài)機模塊。CRC校驗?zāi)K對收到的命令進行完整性校驗,若確認為有效命令,則觸發(fā)狀態(tài)機模塊,控制標簽執(zhí)行相應(yīng)操作,如讀寫存儲器、防沖突控制等。處理完成后,則將要發(fā)送的數(shù)據(jù)送至CRC:產(chǎn)生模塊產(chǎn)生相應(yīng)的CRC校驗碼,然后將要發(fā)送的數(shù)據(jù)和校驗碼一起送至編碼模塊,最后由編碼模塊以特定的脈沖形式發(fā)送給模擬部分進行處理后,再采用射頻技術(shù)發(fā)送給讀寫器。

   測試結(jié)果:QuartusⅡ6.0是AlteraFPGA/CPLD的綜合性集成設(shè)計平臺。該平臺集成了設(shè)計輸入、仿真、邏輯綜合、布局布線與實現(xiàn)、時序分析、芯片下載與配置、功率分析等幾乎所有設(shè)計流程所需的工具。VerilogHDL程序在QuartusⅡ6.O環(huán)境下編譯、仿真和下載,板級標簽經(jīng)過總體設(shè)計、PCB板設(shè)計與實現(xiàn)、代碼設(shè)計、仿真與下載,以及系統(tǒng)調(diào)試后,能夠與支持ISO18000-6C標準的讀寫器(Cetc7RlidReaderV1.O)進行通信,快速準確地收發(fā)信息,并實現(xiàn)防沖突功能。圖3顯示板級標簽?zāi)軌蚪獯a來自閱讀器的命令信息,在狀態(tài)機的控制下,正確地輸出FM0編碼信號。圖4顯示板級標簽?zāi)軌蛑С諭SO18000-6C標準的閱讀器正確讀?。ㄗx取到的EPC碼與標簽一致),讀取效果良好(73次/10s),讀取性能穩(wěn)定。測試表明,板級標簽?zāi)軌驅(qū)崿F(xiàn)ISO18000-6C標準中的讀寫功能,標簽工作性能穩(wěn)定,可靠性都能達到預(yù)期的效果。

  結(jié)語:根據(jù)ISO18000-6C標準,采用EP1C6Q240FPGA以及模擬射頻分立元件,經(jīng)過總體設(shè)計、PCB板設(shè)計與實現(xiàn)、代碼設(shè)計、仿真與下載,以及系統(tǒng)調(diào)試后,完成了基于FPGA的板級標簽的軟、硬件設(shè)計與實現(xiàn)。該系統(tǒng)通過測試,已能夠正常工作,讀寫性能優(yōu)異,并實現(xiàn)了防沖突功能。在此基礎(chǔ)上可以進一步提高其安全性和可靠性,所設(shè)計的標簽數(shù)字電路RTL代碼能夠直接應(yīng)用到標簽芯片開發(fā)中,為下一步設(shè)計出符合該標準的電子標簽芯片提供了有力的保證。

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