基于ARMLinux超高频RFID读写器的设计与实现(AS3992)

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射频识别技术(Radio Frequency Identification,简称RFID)是一项利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现非接触信息传速,并通过所传递的信息实现目标识别的技术。随着物联网和智慧地球概念的提出,RFID技术,尤其是超高频RFID技术,由于具有通信速率高、识别距离远、一次能识别多张标签的特点和优势,在工业生产、物流、交通运输和防伪等领域得到了迅速的发展和广泛的应用。因此研究超高频读写器有很好的应用前景。

本文采用ARM9微处理器S3C2440为主控制器,射频处理采用奥地利微电子公司的超高频读写器集成专用芯片AS3992为核心,设计开发了超高频RFID读写器系统。

系统硬件设计包括读写器主控模块电路设计和射频前端电路的设计。主控模块电路釆用最高工作主频为400MHz、内核为ARM920T的S3C2440微处理器为核心,设计了电源模块电路、SDRAM、Flash、JTAG以及RS232、USB、DM9000通信模块电路等,构建了一个最小嵌入式硬件系统。在射频前端电路方面,以读写器专用芯片AS3992为核心,阐述稳定高速射频识别的关键技术,包括外置功率放大电路、功率探测电路和读写器天线端阻抗匹配数字调谐电路等设计。

系统软件设计包括ARM嵌入式系统的构建、读写器固件程序设计以及读写器上位机软件系统设计。在ARM嵌入式系统搭建方面,详细分析了嵌入式交叉编译、交叉调试工具的搭建方法和步骤,并分析了 U-boot引导加载程序的启动过程及在S3C2440平台上的移植方法、嵌入式Linux内核的移植和裁剪以及YAFFS根文件系统的制作方法。在读写器固件程序设计方面,本设计将读写器固件软件系统划分为4层:应用接口层、协议层、芯片功能层以及通信接口层,详细分析了各层的功能和软件实现过程。最后在读写器上位机软件系统设计方面,详细分析了嵌入式Boa Web服务器的移植和配置方法、CGIC编程技术以及B/S结构的读写器Web控制系统的功能划分和软件设计。

最后,按照中国超高频RFID技术规范对本文设计的超高频读写器射频指标进行了测量,对读写器射频载波命令信号进行了捕获分析以及对读写器上位机软件系统测试。测量结果达到了预期的设计目标。

该系统已搭建运行于某电厂运煤车辆出入RFID管理控制系统中,运行结果表明,系统最大稳定读取距离达到10米,满足了工程需求。

目录

第1章绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究动态

1.2.1 国外发展现状

1.2.2 国内发展现状

1.3 课题来源及主要工作

1.4 论文结构安排

第2章超高频RFID系统概述

2.1 超高频RFID系统的组成和工作原理

2.2 ISO/IEC 18000-6C 协议分析

2.2.1 ISO/IEC18000-6C 协议介绍

2.2.2 读写器至标签通信协议

2.2.3 标签至读写器通信协议

2.2.4  ISO/IEC 18000-6C 防冲突算法

2.3 超高频读写器系统总体方案设计

2.4 读写器的设计指标与要求

2.5本章小结

第3章超高频读写器硬件系统设计

3.1 硬件方案分析与设计

3.2 主控模块设计

3.2.1 S3C2440微处理器概述

3.2.2 电源模块设计

3.2.3 SDRAM接口电路设计

3.2.4 Flash接口电路设计

3.2.5 JTAG接口电路设计

3.2.6 通信接口电路设计

3.3 射频前端模块设计

3.3.1 读写器专用,集成芯片AS3992概述

3.3.2 射频功率放'大器电路设计

3.3.3 外部功率检测电路设计

3.3.4 读写器天线阻抗匹配电路设计

3.4 本章小结

第4章 超高频读写器软件系统设计

4.1 ARM嵌入式系统软件平台构建

4.1.1 嵌入式交叉编译、调试工具的搭建

4.1.2 U-BOOT 的移植

4.1.3 Linux2.6内核的移植和裁剪

4.1.4 根文件系统的构建

4.2 读写器固件程序设计与实现

4.2.1 应用接口层

4.2.2 ISO/IEC18000-6C 协议层

4.2.3 AS399x芯片功能层

4.2.4 通信接口层

4.3 读写器上位机软件系统设计与实现

4.3.1 嵌入式Boa Web服务器的构建

4.3.2  CGIC程序设计

4.3.3 读写器Web控制系统的设计

4.4 本章总结

第5章超高频读写器系统测试

5.1 读写器RFID射频参数测试

5.2 读写器射频信号解码

5.3 读写器系统软件测试

5.4 本章总结

第6章 结论与展望

参考文献

附录

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