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項目背景： 射頻識別技術(shù)在國外發(fā)展得很快，產(chǎn)品種類(lèi)也很多，如德州儀器公司(TI)、MOTOROLA、Phllips、EM、iPico等世界著(zhù)名廠(chǎng)家都大亨產(chǎn)RFID產(chǎn)品。他們的產(chǎn)品各有特色，自成系列。隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展和應用的普及，這些廠(chǎng)家所生產(chǎn)的RFID系統都將向統一的標準過(guò)渡。 射頻識別技術(shù)廣泛應用于工業(yè)自動(dòng)化、商業(yè)自動(dòng)化和交通運輸控制管理等眾多領(lǐng)域：汽車(chē)、火車(chē)等交通監控;高速公路自動(dòng)收費系統;停車(chē)管理系統;物品管理;流水線(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化;安全出入檢查;倉庫管理系統;動(dòng)物管理和車(chē)輛防盜等。 RFID早期應用領(lǐng)域: 由于RFID系統具有非接觸性、可讀寫(xiě)以及可以實(shí)現多標簽同時(shí)識別的特性，因此，RFID系統在工業(yè)、商業(yè)和服務(wù)業(yè)等方面得到了十分廣泛的應用。RFID早期在如下3個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應用，這3個(gè)領(lǐng)域也是RFID的基本應用領(lǐng)域： 運輸與配送：車(chē)輛 制造與加工：生產(chǎn)自動(dòng)化 安全與認證：人員識別 RFID的高成長(cháng)性應用領(lǐng)域： 動(dòng)物識別 廢棄物管理 會(huì )議與計時(shí) 郵包跟蹤 航空行李跟蹤 收費管理 RFID新興的應用領(lǐng)域： 電子物品監視系統/服裝零售店出口管理 貴重儀器設備的防盜管理、非授權使用管理或者資產(chǎn)管理 過(guò)路過(guò)橋費的自動(dòng)收取 動(dòng)物管理/個(gè)性化喂養 運動(dòng)計時(shí) 車(chē)輛防盜系統和汽車(chē)點(diǎn)火系統 應用和發(fā)展趨勢 當前RFID應用和發(fā)展面臨著(zhù)幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是標準、成本、技術(shù)和安全。 1.標準 目前行業(yè)標準以及相關(guān)產(chǎn)品標準還不統一，電子標準簽迄今為止全球也還沒(méi)有正式形成一個(gè)統一的(包括各個(gè)頻段)國際標準。標準(特別是關(guān)于數據格式定義的標準)的不統一是制約RFID發(fā)展的重要因素，而數據格式的標準問(wèn)題又涉及到各個(gè)國家自身的利用和安全。標準的不統一也使當前各個(gè)廠(chǎng)家推出的RFID產(chǎn)品互不兼容，這勢必阻礙了未來(lái)RFID產(chǎn)品的互通和發(fā)展，因此，如何使這些標準相互兼容，讓一個(gè)RFID產(chǎn)品能順利地在民辦范圍中流通是當前重要而緊迫的問(wèn)題。目前，很多國家都正在抓緊時(shí)間制定各自的標準，我國電子標簽技術(shù)還正處在研發(fā)階段。 2.成本 目前美國一個(gè)電子標簽最低的價(jià)格是20美分左右，這樣的價(jià)格是無(wú)法應用于某些價(jià)值較低的單件商品，只有電子標簽的單價(jià)下降到10美分以下，才可能大規模應用于整箱整包的商品。隨著(zhù)技術(shù)的不斷提升和在各大行業(yè)的日益推廣，RFID的各個(gè)組成部分，包括電子標簽、閱讀器和天線(xiàn)等，制造成本都有望大幅度降低。 3. 技術(shù) 雖然在RFID電子標簽的單項技術(shù)上已經(jīng)趨于成熟，但總體上產(chǎn)品技術(shù)還不夠成熟，還存在較高的差錯率(RFID被誤讀的比率有時(shí)高達20%)，在集成應用中也還需要攻克大量的技術(shù)難題。 4 .安全 當前廣泛使用的無(wú)源RFID系統還沒(méi)有非�？煽康陌踩珯C制，無(wú)法對數據進(jìn)行很好的保密，RFID數據還容易受到攻擊，主要是因為RFID芯片本身，以及芯片在讀或者寫(xiě)數據的過(guò)程中都很容易被黑客所利用。此外，還有識別率的問(wèn)題，由于液體和金屬制品等對無(wú)線(xiàn)電信號的干擾很大，RFID標簽的準確識別率目前還只有80%左右，離大規模實(shí)際應用所要求的成熟程度也還有一定差距。 從總體上而方，RFID技術(shù)已經(jīng)逐步發(fā)展成為一個(gè)獨立的跨學(xué)科的專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域，它將大量來(lái)自完成不同專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)綜合到一起：如高頻技術(shù)、電磁兼容性、半導體技術(shù)、數據保護和密碼學(xué)、電信、制造技術(shù)和許多專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域。RFID技術(shù)所能應用和發(fā)揮效應的主要方面包括節省人工成本，提高作業(yè)精確性，加快處理速度，有效跟蹤物流動(dòng)態(tài)等，目前RFID技術(shù)已被廣泛應用于工業(yè)自動(dòng)化、商業(yè)自動(dòng)化、交通運輸控制管理等眾多領(lǐng)域。2004年11月初，美國《VAR Vusiness》雜志完成的一項技術(shù)狀況調查報告，評出了2005年“七大熱門(mén)科技走向”，其中把射頻識別技術(shù)(RFID)作為2005年科技業(yè)的突破性技術(shù)。美國沃爾瑪及美國國防部等正在推進(jìn)全面導入RFID的計劃，許多高科技公司也正在開(kāi)發(fā)RFID專(zhuān)用的軟件和硬件，這些公司包括英特爾，微軟，甲骨文和SUN等。ABI估計，到2008年，RFID電子標簽、閱讀器和相關(guān)軟件與服務(wù)的銷(xiāo)售額可望增至30億美元，RFID技術(shù)市場(chǎng)在未來(lái)五年內將有數萬(wàn)億美元的市場(chǎng)空間。 項目名稱(chēng)、項目的主要內容及目前的進(jìn)展情況： 項目名稱(chēng)：基于FPGA和RFID的自主圖書(shū)借閱系統 項目的主要內容：從RFID適用環(huán)境看，圖書(shū)館的業(yè)務(wù)工作較少涉及金屬、水等影響電信號環(huán)境，是采用無(wú)源RFID技術(shù)的理想場(chǎng)所，也是RFID芯片商推廣的重點(diǎn)。將無(wú)源RFID技術(shù)應用到圖書(shū)館的業(yè)務(wù)管理，可以有效地提高圖書(shū)管理的效率、簡(jiǎn)化了圖書(shū)管理的流程、降低圖書(shū)管理人員的勞動(dòng)強度并在為讀者提供更加便利快捷的圖書(shū)借閱服務(wù)。 目前圖書(shū)館的圖書(shū)信息以光學(xué)條碼形式粘貼在書(shū)本上，作為每本圖書(shū)的識別碼，同時(shí)還需在每本圖書(shū)內加貼磁條，通過(guò)磁性電子安全檢測器檢測，防止圖書(shū)未經(jīng)許可被帶出館外。借閱均采用電子紅外掃描的方式，遇到借書(shū)高峰時(shí)往往會(huì )排起長(cháng)隊，原因就是人工手動(dòng)掃描效率很低，而且一次掃描成功率無(wú)法保證，經(jīng)常要手寫(xiě)輸入。管理員整架時(shí)，全憑的肉眼來(lái)辯別圖書(shū)是否錯架、亂架，整架速度慢效率低。針對這一實(shí)際問(wèn)題，使我們聯(lián)想到可以采用電子標簽來(lái)標識每本書(shū)的信息，在RFID技術(shù)管理下的圖書(shū)館，讀者借書(shū)時(shí)，只需攜帶借閱卡和所借圖書(shū)通過(guò)裝有RFID借閱系統的門(mén)禁系統，RFID借閱系統就會(huì )自動(dòng)掃描讀取讀者卡個(gè)人信息和圖書(shū)標簽信息，計算機自動(dòng)完成借書(shū)過(guò)程;還書(shū)時(shí)，讀者將圖書(shū)送到回收設備，安裝了RFID讀寫(xiě)器的設備自動(dòng)對讀者的借閱卡和書(shū)籍標簽進(jìn)行掃描記錄，完成還書(shū)過(guò)程;管理員整架時(shí)，只須持手持式閱讀器，在書(shū)架中問(wèn)走過(guò)，閱讀器可以將錯架、亂架的圖書(shū)從成排的書(shū)架中挑選出來(lái)。 RFID圖書(shū)自動(dòng)化管理系統的應用，可以有效地提高了圖書(shū)管理的工作效率、減少人為失誤、簡(jiǎn)化圖書(shū)管理的操作流程、為讀者提供更加便利快捷的圖書(shū)借還等服務(wù)，將我們的工作人員從煩瑣的日常工作中解脫出來(lái)，使我們的工作人員有更多的時(shí)間為讀者提供更加專(zhuān)業(yè)的服務(wù)。 讀卡器關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題 1.避免讀卡器沖突 利用讀卡器遇到的一個(gè)問(wèn)題就是，從一個(gè)讀卡器發(fā)出的信號可能與另一個(gè)覆蓋范圍重疊的讀卡器發(fā)出的信號互相干擾。這種現象叫做讀卡器沖突，Auto-ID中心利用一種叫做時(shí)分多址(TDMA)機制來(lái)避免沖突。簡(jiǎn)而言之，就是讀卡器被指示在不同時(shí)段讀取信息，而不是在同一時(shí)刻都試圖讀取信息，這保證了它們不會(huì )互相干擾。但是這意味著(zhù)處于兩個(gè)讀卡器重疊區域的任何一個(gè)RFID 標簽都將被讀取兩次信息，為此開(kāi)發(fā)出了一套刪除冗余信息的系統。 2.避免標簽沖突 讀卡器遇到的另一個(gè)問(wèn)題就是在同一范圍內要讀取多個(gè)芯片的信息，當在同一時(shí)刻超過(guò)一個(gè)芯片向讀卡器返回信號，這樣標簽沖突就發(fā)生了，它使讀卡器不能清晰判斷信息。Auto-ID 中心已經(jīng)采用了一個(gè)標準化的方法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。讀卡器只要求第一位數符合它所要求的數字的標簽回應讀卡器。從本質(zhì)上來(lái)講，就是，讀卡器提出要求：“產(chǎn)品電子碼以0 開(kāi)頭的標簽回應讀卡器�！比绻^(guò)一個(gè)標簽回應，則讀卡器繼續要求：“產(chǎn)品電子碼以00 開(kāi)頭的標簽回應讀卡器�！� 這樣操作直到僅有一個(gè)標簽回應為止。這一過(guò)程非常迅速，一個(gè)讀卡器在1 秒之內可以讀取50 個(gè)標簽的信息。 3 .讀取距離 讀卡器讀取信息的距離取決于讀卡器的能量和使用的頻率。通常來(lái)講，高頻率的標簽有更大的讀取距離，但是它需要讀卡器輸出的電磁波能量更大。一個(gè)典型的低頻標簽必須在一英尺內讀取，而一個(gè)UHF 標簽可以在10 到20 英尺的距離內被讀取。在某些應用情況下，讀取距離是一個(gè)需要考慮的關(guān)鍵問(wèn)題，例如有時(shí)需要讀取較長(cháng)的距離。但是較長(cháng)的讀取距離并不一定就是優(yōu)點(diǎn)，如果你在一個(gè)足球場(chǎng)那么大的倉庫里有兩個(gè)讀卡器，你也許知道有哪些存貨，但是讀卡器不能幫你確定某一個(gè)產(chǎn)品的具體位置。對于供應鏈來(lái)講，在倉庫中最好有一個(gè)由許多讀卡器組成的網(wǎng)絡(luò )，這樣它們能夠準確地查明一個(gè)標簽的確切地點(diǎn)。Auto-ID 中心的設計是一種在4 英尺距離內可讀取標簽的靈敏讀卡器。 4.射頻接口 射頻模塊與基帶模塊的接口為調制(裝載)/解調(卸載)，在系統實(shí)現中，通常射頻模塊包括調制/解調部分，并且也包括解調之后對回波小信號的必要加工處理(如放大、整形)等。射頻模塊的收發(fā)分離是采用單天線(xiàn)系統時(shí)射頻模塊必須處理好的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。 技術(shù)成熟性可靠性：射頻讀卡技術(shù)正在不斷發(fā)展，其讀卡作用距離及讀卡準確程度均在不斷提高。本項目運用精確解調技術(shù)，準確讀出卡內信號，技術(shù)成熟可靠。 三、項目實(shí)施方案 1.方案基本功能框圖及描述 用框圖的方式并加以簡(jiǎn)單的描述簡(jiǎn)述實(shí)施本項目的技術(shù)方案。 系統是由FPGA、射頻模塊、LCD和FLASH構成的，系統結構見(jiàn)圖1。 標準串口向射頻模塊發(fā)送對標簽操作的命令，用于接收從射頻模塊返回的標簽中的內容，LCD 顯示標簽信息，系統控制程序是系統的核心程序，它協(xié)調各部分的運行，FLASH存儲器存放數據。FPGA的外部接口有：串口、LCD接口、FLASH接口和鍵盤(pán)接口等，射頻模塊內部含有符合RFID標準的標簽操作程序，能夠執行來(lái)自串口的操作標簽的命令，返回標簽的信息。系統是以FPGA為核心，控制數據處理交換的模塊結構。FPGA實(shí)現的模塊有：各個(gè)外設接口和CPU 模塊，這些模塊由該FPGA內部的可編程邏輯電路實(shí)現的，它完成與射頻模塊的通信，射頻模塊前端與標簽的空中接口通信讀取標簽信息，FPGA從串口模塊取回標簽信息送LCD 顯示，硬件結構如圖2。 讀寫(xiě)器系統可以分成兩個(gè)基本的功能模塊，即控制模塊和高頻接口。高頻接口是由接受器和發(fā)送器組成的。讀寫(xiě)器還需要發(fā)射電磁能量的天線(xiàn)。 高頻接口也稱(chēng)為射頻模塊。高頻接口具備的主要功能包括：產(chǎn)生高頻發(fā)射能量，激活射頻標簽并為其提供能量;對發(fā)射信號進(jìn)行調制，用于將數據傳送給射頻標簽;接收并解調來(lái)自射頻標簽的無(wú)線(xiàn)電信號。 在高頻接口中有兩個(gè)分割開(kāi)的信號通道，分別應用于射頻標簽上下行兩個(gè)方向上的數據流。傳送到射頻標簽的數據通過(guò)發(fā)送分支通道來(lái)發(fā)送，而來(lái)自射頻標簽的數據則通過(guò)接受器分支通道來(lái)接收。 高頻接口和控制器之間的九口將高頻接口的狀態(tài)以二進(jìn)制數的形式表示出來(lái)，1表示有高頻信號，0表示沒(méi)有高頻信號。 控制系統也稱(chēng)為讀寫(xiě)模塊�？刂葡到y具有如下功能：與數據管理系統軟件進(jìn)行通信，并執行從數據管理系統軟件發(fā)來(lái)的動(dòng)作命令;控制與射頻標簽的通信過(guò)程;信號的編碼與解碼;執行防碰撞算法;進(jìn)行讀寫(xiě)器和標簽之間的身份驗證。 2.需要的開(kāi)發(fā)平臺 硬件部分需要一塊V2pro開(kāi)發(fā)板，Xilinx公司ISE6。仿真軟件為Modelsim 。設計實(shí)現采取原理圖和VHDL語(yǔ)言相結合的原則。頂層模塊采用Quartus II 6.0設計原理圖，功能模塊采用VHDL語(yǔ)言實(shí)現。構建一個(gè)比較小型的可編程片上系統。另需要自己制作一些外部電路。 軟件部分需要ISE軟件，以及嵌入式邏輯分析儀功能包。 3.系統最終要達到的性能指標 論述本項目最終完成時(shí)所設想達到的目標。 能準確有效快速地對目標對象進(jìn)行識別驗證，存儲信息并做出反應。 四、項目實(shí)施進(jìn)度規劃 可以用文字、表格或圖表等各種方式表示 五、需要的其它資源 1.設計輸入輸出功能子板 子板功能描述、接口說(shuō)明、時(shí)間、方式 子板功能：作為數據采集系統，然后送入FPGA處理。 接口說(shuō)明：RS232 2.測試設備 列出在方案實(shí)施過(guò)程中所需要的測試設備(萬(wàn)用表、示波器、頻譜儀、邏輯分析儀等) 萬(wàn)用表、示波器、電腦 3.仿真、開(kāi)發(fā)工具 列出在方案實(shí)施過(guò)程中所需要的仿真、開(kāi)發(fā)工具等。 ISE、Quartus2軟件平臺 |
