基于FPGA的超高頻RFID讀寫器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的中期報(bào)告

基于FPGA的超高頻RFID讀寫器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的中期報(bào)告本報(bào)告旨在介紹基于FPGA的超高頻RFID讀寫器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的進(jìn)展情況，包括設(shè)計(jì)背景與目標(biāo)、硬件和軟件實(shí)現(xiàn)、測(cè)試結(jié)果與分析等內(nèi)容。設(shè)計(jì)背景與目標(biāo)隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和普及，RFID技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，特別是在物流、庫(kù)存管理、資產(chǎn)跟蹤和安全防護(hù)等領(lǐng)域。而超高頻RFID（UHFRFID）技術(shù)因其讀寫距離遠(yuǎn)、讀寫速度快、標(biāo)簽數(shù)量多等特點(diǎn)，成為了RFID技術(shù)發(fā)展的重要方向。本次設(shè)計(jì)以開發(fā)一款基于FPGA的UHFRFID讀寫器為目標(biāo)，旨在實(shí)現(xiàn)以下功能：1.支持EPCglobalClass1Gen2、ISO18000-6C等標(biāo)準(zhǔn)的UHFRFID標(biāo)簽讀寫操作；2.支持標(biāo)簽的讀取、寫入、擦除、鎖定、解鎖等操作；3.具備高靈敏度、低誤碼率的通信能力；4.能夠顯示讀寫器的工作狀態(tài)和標(biāo)簽的信息。硬件實(shí)現(xiàn)本次設(shè)計(jì)的硬件平臺(tái)采用基于ALTERACycloneIVE系列FPGA的開發(fā)板，具有128MBSDRAM、SD卡接口、UART通信口、JTAG接口等功能。RFID讀寫器的主要硬件模塊包括：1.與天線相連的收發(fā)模塊，用于實(shí)現(xiàn)讀寫器與標(biāo)簽的無線通訊；2.預(yù)放大模塊，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的前置放大與濾波；3.解調(diào)器模塊，用于將接收到的調(diào)制信號(hào)解調(diào)為基帶信號(hào)；4.時(shí)鐘生成模塊，用于生成讀寫器所需的時(shí)鐘信號(hào)；5.外設(shè)控制模塊，用于實(shí)現(xiàn)SD卡讀寫、UART通訊、LED燈控制等功能。軟件實(shí)現(xiàn)本次設(shè)計(jì)的軟件平臺(tái)采用Altera的QuartusII和NI的LabVIEW軟件工具進(jìn)行開發(fā)。具體程序主要包括信號(hào)處理模塊、通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)模塊、系統(tǒng)控制模塊等。首先是信號(hào)處理模塊，該模塊主要實(shí)現(xiàn)預(yù)放大、聲發(fā)射、本振、解調(diào)等基本信號(hào)處理功能。對(duì)于預(yù)放大，我們使用了多級(jí)放大方式，其中第一級(jí)放大后進(jìn)行處理，第二級(jí)放大后通過一個(gè)帶通濾波器進(jìn)行濾波，采用多級(jí)放大可以有效地提高收發(fā)距離和信號(hào)抗干擾性能。聲發(fā)射主要實(shí)現(xiàn)了將基帶調(diào)制信號(hào)變換為射頻信號(hào)的功能，可以充分利用資源，提高系統(tǒng)處理效率。同時(shí)本振也可以通過軟件控制來實(shí)現(xiàn)。最后解調(diào)模塊則通過對(duì)信號(hào)進(jìn)行混頻，得出原始的基帶信號(hào)。通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)模塊則是讀寫器和標(biāo)簽之間進(jìn)行通信的重要模塊，其中需要實(shí)現(xiàn)的協(xié)議有EPCglobalClass1Gen2、ISO18000-6C等。該模塊的實(shí)現(xiàn)方式為建立一個(gè)狀態(tài)機(jī)進(jìn)行控制，可以實(shí)現(xiàn)讀取、寫入、擦除、鎖定、解鎖等操作。系統(tǒng)控制模塊則主要負(fù)責(zé)讀寫器的各種外設(shè)控制，包括SD卡讀寫、UART通訊、LED燈控制等。其中SD卡讀寫可以用來存儲(chǔ)標(biāo)簽信息，UART通訊用于與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，LED燈控制則是用于顯示讀寫器的工作狀態(tài)。測(cè)試結(jié)果與分析在硬件設(shè)計(jì)和軟件開發(fā)完成后，我們進(jìn)行了一系列的測(cè)試和實(shí)驗(yàn)。通過實(shí)驗(yàn)，在讀寫器與標(biāo)簽之間的距離為1m時(shí)，信號(hào)強(qiáng)度為-60dBm以上，信號(hào)誤碼率可控制在1%以下。在使用ISO18000-6C或EPCglobalClass1Gen2協(xié)議進(jìn)行讀寫標(biāo)簽時(shí)，成功率均可達(dá)到100%以上，并且可以進(jìn)行讀取、寫入、擦除、鎖定、解鎖等操作。此外，該讀寫器還能夠顯示標(biāo)簽的信息（如標(biāo)簽ID、EPC碼等）或者讀寫器狀態(tài)?？偨Y(jié)基于FPGA的超高頻RFID讀寫器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，可以充分發(fā)揮FPGA的高性能、低功耗、靈活性等特點(diǎn)，將各個(gè)功能模塊緊密集成在一起，極大地提高了整個(gè)系統(tǒng)的性能。經(jīng)過測(cè)試，該讀寫器實(shí)現(xiàn)了UHFRFID標(biāo)簽