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射频识别技术(Radio Frequency Identification,RFID)是一种非接触的自动识别技术,它的原理是利用射频信号的空间耦合或反射的传输特性,对物体进行自动识别。RFID技术被认为是21世纪十大重要技术之一,在销售物流、车辆管理、公共安全等多个领域有着广泛的应用前景。
无源RFID的研究和开发已经较为成熟,近年来有源RFID设备的研制逐渐成为研究的热点。相比无源RFID标签,有源电子标签具有传输距离远、数据速率高、多标签识别速度快及处理能力强等诸多优点,因此在远距离RFID系统如冷链物流等应用场合有着天然的优势。
目前有源电子标签面临的难题主要有两个:为了降低功耗,有源标签一般采用单向发送ID的工作方式,功能比较单一;有源RFID的标准制定工作滞后,至今未制定出2.4G频段上有源RFID标签的国际标准。
针对以上两方面问题,论文基于nRF24LE1芯片进行了有源电子标签的硬件设计,并参照ISO18000-7标准设计了一套可实现自定义通信协议,定义了RFID读写器与有源标签通信规则,并在基于nRF24LE1芯片设计的有源电子标签上进行调试实现。论文主要工作如下:
(1)对RFID工作原理及其关键技术:防碰撞算法和认证算法进行了简单的研究介绍。
(2)基于nRF24LE1芯片设计了一款低功耗有源电子标签。
(3)结合nRF24LE1芯片的特性,并参照ISO18000-7标准自定义了一套指令功能比较丰富的有源RFID通信协议,在自定义通信协议中集成了低功耗机制、防碰撞机制和认证机制,论证了自定义通信协议的可实现性。
(4)设计了一套基于跳频轮询的分组ALOHA防碰撞机制,并对其性能进行了分析。
(5)针对有源标签的功耗问题进行了研究,设计了一套低功耗机制并实现。
(6)进行了标签程序调试,总结了工作中的不足,并对下一步工作进行了展望。