基于LabVIEW的RFID閱讀器設(shè)計

0 引言

射頻識別(Radio Frequency Identification,RFID)是利用射頻信號的空間耦合及反向散射特性對目標對象進行自動識別以及數(shù)據(jù)交換的技術(shù).因此識別過程不需要人工干預(yù)，具有高精度.長壽命.易操作等特點.

超高頻射頻識別(UHF RFID)由于識別距離遠(最大可達10 m)的特點，已經(jīng)被越來越多地應(yīng)用于物流管理.交通運輸管理.工廠生產(chǎn)控制等領(lǐng)域.目前RFID標準繁雜，沒有一個較為通用的應(yīng)用標準，所以對于標簽種類眾多的應(yīng)用場合及RFID技術(shù)研究開發(fā)院所，開發(fā)一個能夠支持多種RFID 標簽標準的閱讀器就顯得很有必要.利用軟件無線電的特性，將不同的RFID標準用軟件代碼來實現(xiàn)，通過加載不同軟件代碼的方法實現(xiàn)對符合不同標準的RFID標簽進行讀寫操作，可以方便地解決需要購買不同的閱讀器才可以對不同類型的RFID標簽進行讀寫的問題.

軟件無線電是20世紀90年代以后逐漸興起的一種全新的設(shè)計思想，其核心是在通用的模塊化.可編程的硬件平臺上通過加載不同的通信軟件，以實現(xiàn)不同通信方式間的轉(zhuǎn)換.這種設(shè)計思想使通信中的無線電臺可以適應(yīng)不同的通信方式，軟件無線電良好的兼容性和可編程性使得通信系統(tǒng)的開發(fā)主要成為數(shù)字信號處理軟件的研究.基于這一思想，可以試圖將RFID的各種標準以軟件代碼的形式實現(xiàn)，從而實現(xiàn)通過加載不同軟件來完成符合各種不同標準的RFID閱讀器的功能.

本文使用NI公司開發(fā)的LabVIEW軟件來編寫軟件無線電的代碼，LabVIEW 是目前國際上應(yīng)用最廣的數(shù)據(jù)采集和控制開發(fā)環(huán)境之一，其在通信仿真領(lǐng)域有著重要的作用.它使用圖形化的編程語言(又稱“G”語言)編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式.LabVIEW 也是通用的編程系統(tǒng)，有一個完成任何編程任務(wù)的龐大函數(shù)庫，包括數(shù)據(jù)采集.GPIB.串口控制.數(shù)據(jù)分析.數(shù)據(jù)顯示及數(shù)據(jù)存儲等.可以增強研究和開發(fā)人員構(gòu)建自己科學(xué)和工程系統(tǒng)的能力，并提供實現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑.

1 基于軟件無線電的RFID閱讀器模型

RFID 標簽要反射回自身所攜帶的信息，需要首先獲得激勵信號，然后經(jīng)過電壓調(diào)節(jié)器將閱讀器傳送過來的射頻信號轉(zhuǎn)換為直流穩(wěn)壓電源.所以需要軟件無線電(仿真閱讀器)首先發(fā)射激勵波，在一些較為安全的RFID 應(yīng)用協(xié)議中，還包括了安全認證以及對標簽進行操作的過程，這就需要在激勵波中增加一些操作指令代碼，來從標簽中獲取相應(yīng)的信息.標簽的反射信號攜帶了自身的信息，在反射信號的接收過程中，信道的衰落.多徑效應(yīng)，加上接收器本身也會引進噪聲.因此，在信息解析之前需要濾掉這些影響.仿真閱讀器采用與激勵波頻率相同的載波進行相干解調(diào).整個RFID仿真閱讀器的框架如圖1所示.

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2 標簽信息的解析

本文對符合AAR S-918標準的RFID標簽進行了讀取.該標準對RFID系統(tǒng)的工作頻率.發(fā)送/接收帶寬.調(diào)制方式.發(fā)射機功率以及編碼方案等做了詳細的規(guī)定.

其編碼方案如圖2所示，從圖2中可以看出，每1位用戶數(shù)據(jù)位用8 個子位來代替，即用戶數(shù)據(jù)“1”用“10101100”來代替，用戶數(shù)據(jù)“0”用“11001010”來代替.數(shù)據(jù)幀標識頭為“1010101010101100”.在對標簽反射信號進行濾波.解調(diào)等信號處理之后，還原出基帶原始信號.接下來對標簽攜帶信息進行還原.AAR S-918標準中采用特有6 b ASCII編碼，編碼的對應(yīng)關(guān)系如表1所示.

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3 閱讀器性能測試

根據(jù)RFID系統(tǒng)的工作原理及AAR S-918標準中對工作的頻率的規(guī)定，首先使用LabVIEW 軟件編寫發(fā)射激勵波的程序，設(shè)置載波頻率為915 MHz,采樣率為800 kHz,發(fā)射增益為30 dB.程序前面板與系統(tǒng)框圖分別如圖3,圖4所示.