基于FPGA的超高频RFID网络读写器设计

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物联网作为继计算机、互联网之后的第三次世界信息改革的浪潮,已经受到各国政府和高科技企业及其科技工作者的广泛关注和研究。物联网的三大构架层中的感知层尤为关键,它承载着采集信息的重任,而其关键技术之一是射频识别。超高频RFID网络读写器由于其具有识别距离远,读写速度快,网络化数据传输等优势,具有广泛的应用前景和经济价值。因此,自主研发一套高性能的超高频RFID网络读写器将会有很大的应用价值。首先,详细分析了超高频RFID协议ISO/IEC18000-6C,介绍了命令集,码型和编解码规则,同时详细分析了标签的内部逻辑存储结构。针对协议的调制方式等参数要求,同时考虑到射频解调的难易性,提出了一种超高频网络读写器的射频接收电路实现方案。该方案设计结构合理可行,研发成本较低,性能较好。主控芯片FPGA通过SPI总线格式的数据对载波芯片Si4133G-BT进行配置得到载波信号,实现数字跳频用来消除读取标签时遇到的盲点问题。脉冲间隔编码数据通过射频开关HMC195进行开关调制,然后经过RF2376进行前级驱动放大,再经过RF2173进行功率放大输出。射频接收采用多通道零中频检波接收方案,通过高速比较器MAX942ESA比较得到数字波形。其次,设计了上位机软件,采用VC++6.0软件自定义帧格式,设计了大部分实际应用中需要的命令集,到达了与用户交互的功能。再者,读写器数字逻辑系统采用Verilog语言,运用自顶向下的设计方法,从原理上到具体接口,到内部寄存器定义,以及数据流的状态转换,详细设计了UART模块,上位机命令解码模块,上位机响应回复模块,读写器主控制模块,读写器命令封装模块,标签信息解码模块,以及网络通信模块。最后,对系统进行了各项指标测试,对软件进行了虚拟串口测试,对数字逻辑的RTL实现进行了Modelsim仿真以及内部嵌入式逻辑分析仪数据采样分析。整个系统软硬件功能测试表明该超高频网络读写器达到预计的设计要求。
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