基于FPGA的超高频RFID读写器设计与实现的中期报告

基于FPGA的超高频RFID读写器设计与实现的中期报告本报告旨在介绍基于FPGA的超高频RFID读写器的设计与实现的进展情况，包括设计背景与目标、硬件和软件实现、测试结果与分析等内容。设计背景与目标随着物联网的发展和普及，RFID技术得到了广泛应用，特别是在物流、库存管理、资产跟踪和安全防护等领域。而超高频RFID（UHFRFID）技术因其读写距离远、读写速度快、标签数量多等特点，成为了RFID技术发展的重要方向。本次设计以开发一款基于FPGA的UHFRFID读写器为目标，旨在实现以下功能：1.支持EPCglobalClass1Gen2、ISO18000-6C等标准的UHFRFID标签读写操作；2.支持标签的读取、写入、擦除、锁定、解锁等操作；3.具备高灵敏度、低误码率的通信能力；4.能够显示读写器的工作状态和标签的信息。硬件实现本次设计的硬件平台采用基于ALTERACycloneIVE系列FPGA的开发板，具有128MBSDRAM、SD卡接口、UART通信口、JTAG接口等功能。RFID读写器的主要硬件模块包括：1.与天线相连的收发模块，用于实现读写器与标签的无线通讯；2.预放大模块，实现信号的前置放大与滤波；3.解调器模块，用于将接收到的调制信号解调为基带信号；4.时钟生成模块，用于生成读写器所需的时钟信号；5.外设控制模块，用于实现SD卡读写、UART通讯、LED灯控制等功能。软件实现本次设计的软件平台采用Altera的QuartusII和NI的LabVIEW软件工具进行开发。具体程序主要包括信号处理模块、通信协议实现模块、系统控制模块等。首先是信号处理模块，该模块主要实现预放大、声发射、本振、解调等基本信号处理功能。对于预放大，我们使用了多级放大方式，其中第一级放大后进行处理，第二级放大后通过一个带通滤波器进行滤波，采用多级放大可以有效地提高收发距离和信号抗干扰性能。声发射主要实现了将基带调制信号变换为射频信号的功能，可以充分利用资源，提高系统处理效率。同时本振也可以通过软件控制来实现。最后解调模块则通过对信号进行混频，得出原始的基带信号。通信协议实现模块则是读写器和标签之间进行通信的重要模块，其中需要实现的协议有EPCglobalClass1Gen2、ISO18000-6C等。该模块的实现方式为建立一个状态机进行控制，可以实现读取、写入、擦除、锁定、解锁等操作。系统控制模块则主要负责读写器的各种外设控制，包括SD卡读写、UART通讯、LED灯控制等。其中SD卡读写可以用来存储标签信息，UART通讯用于与上位机进行数据交互，LED灯控制则是用于显示读写器的工作状态。测试结果与分析在硬件设计和软件开发完成后，我们进行了一系列的测试和实验。通过实验，在读写器与标签之间的距离为1m时，信号强度为-60dBm以上，信号误码率可控制在1%以下。在使用ISO18000-6C或EPCglobalClass1Gen2协议进行读写标签时，成功率均可达到100%以上，并且可以进行读取、写入、擦除、锁定、解锁等操作。此外，该读写器还能够显示标签的信息（如标签ID、EPC码等）或者读写器状态。总结基于FPGA的超高频RFID读写器的设计与实现，可以充分发挥FPGA的高性能、低功耗、灵活性等特点，将各个功能模块紧密集成在一起，极大地提高了整个系统的性能。经过测试，该读写器实现了UHFRFID标签