基于太陽能光伏的有源RFID系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

【摘要】：無線射頻識別技術(shù)RFID是自動識別技術(shù)的一種,它起源于上世紀80年代,在過去的幾十年里,正一步一步地得到發(fā)展并走向成熟。隨著物聯(lián)網(wǎng)項目的推進及各項先進技術(shù)的進步,無線射頻技術(shù)有了更加廣闊的應用空間。相對于無源RFID系統(tǒng),有源RFID系統(tǒng)的通信距離遠,讀取速度快,在實際應用中的許多場合具有很大的研究意義,比如集裝箱監(jiān)測,車輛識別,野外動物追蹤等。 在有源RFID系統(tǒng)中,一般情況下采用電池給有源電子標簽供電,但是用電池供電有其局限性,電池的使用壽命有限,需要人為定期的更換電池,其次也不環(huán)保。太陽能具有取之不盡,用之不竭,清潔無污染等突出優(yōu)點,本文提出基于太陽能這種可再生能源,利用太陽能光伏效應給有源RFID電子標簽供電,文中設計了采用光伏供電的低功耗的有源RFID收發(fā)系統(tǒng),通過軟硬件結(jié)合的方式,呈模塊化的進行了讀卡器和電子標簽的設計與制作。 本文首先介紹了RFID技術(shù)、太陽能光伏技術(shù)的發(fā)展與研究背景,說明RFID的工作原理和分類,分析了有源RFID系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)；然后詳細介紹了整體設計方案,進行讀寫器和有源電子標簽的軟、硬件設計,其中主控器采用STC12LE5604AD單片機,選用nRF24L01作為射頻芯片,完成了硬件電路板的設計與制作；接著重點設計了有源電子標簽中的電源,包括超級電容、太陽能電池板型號的選擇,對超級電容的充放電時間進行理論分析并進行實驗驗證,設計太陽能的能量收集模塊和能量存儲模塊,以保證可輸出足夠穩(wěn)定電壓給電子標簽；之后用設計好的電源給電子標簽供電,測試系統(tǒng)的通信距離、穩(wěn)定性以及供電的時間,驗證了系統(tǒng)的可行性：最后對全文工作進行總結(jié)和展望,提出了設計中存在的可進一步完善和亟待改進的部分。 經(jīng)過測試和調(diào)試,本文設計的電源產(chǎn)能穩(wěn)定,RFID收發(fā)系統(tǒng)工作性能良好,用該電源可給有源電子標簽穩(wěn)定供電,使RFID系統(tǒng)正常運行,在空曠的場合其收發(fā)距離可達80m,具備一定的監(jiān)測定位能力。 【關(guān)鍵詞】：太陽能光伏 無線射頻技術(shù)RFID 有源電子標簽 低功耗 超級電容
【學位授予單位】：武漢理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：TP391.44
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-7
• 目錄7-10
• 第1章 緒論10-14
• 1.1 課題研究背景10-11
• 1.2 國內(nèi)外技術(shù)11-13
• 1.2.1 RFID技術(shù)的發(fā)展11-12
• 1.2.2 太陽能光伏發(fā)電的發(fā)展12-13
• 1.3 本文的意義及主要工作13-14
• 第2章 RFID技術(shù)介紹14-23
• 2.1 RFID技術(shù)的原理14-15
• 2.1.1 自動識別技術(shù)14
• 2.1.2 無線射頻技術(shù)14-15
• 2.2 RFID系統(tǒng)15-18
• 2.2.1 RFID系統(tǒng)的組成15
• 2.2.2 RFID系統(tǒng)的分類15-17
• 2.2.3 RFID系統(tǒng)的通信過程17-18
• 2.3 RFID技術(shù)的優(yōu)勢與實際應用18-22
• 2.3.1 RFID技術(shù)的優(yōu)勢18-19
• 2.3.2 RFID技術(shù)的實際應用19-22
• 2.4 本章小結(jié)22-23
• 第3章 有源RFID閱讀器的設計與實現(xiàn)23-39
• 3.1 閱讀器的結(jié)構(gòu)23-24
• 3.2 有源RFID閱讀器的芯片選擇24-27
• 3.2.1 控制模塊(MCU)24-25
• 3.2.2 射頻芯片25-27
• 3.3 閱讀器的硬件電路設計27-32
• 3.3.1 射頻模塊nRF24L01的外圍電路27-28
• 3.3.2 MCU模塊的外圍接口電路28-29
• 3.3.3 TTL轉(zhuǎn)RS232模塊29-30
• 3.3.4 閱讀器的電源模塊30-32
• 3.3.5 PCB設計32
• 3.4 閱讀器的軟件設計32-38
• 3.4.1 工作流程32-35
• 3.4.2 主要代碼35-38
• 3.5 本章小結(jié)38-39
• 第4章 有源RFID電子標簽的設計與實現(xiàn)39-46
• 4.1 有源電子標簽的結(jié)構(gòu)39-40
• 4.2 芯片選擇40-41
• 4.3 硬件部分41-42
• 4.3.1 主控模塊41-42
• 4.3.2 射頻模塊42
• 4.3.3 PCB原理圖設計42
• 4.4 電子標簽軟件設計42-45
• 4.5 本章小結(jié)45-46
• 第5章 太陽能光伏給有源電子標簽供電46-59
• 5.1 太陽能光伏發(fā)電作為有源電子標簽電源的可行性46-48
• 5.1.1 太陽能光伏效應46-48
• 5.1.2 有源電子標簽的電源設計要求48
• 5.2 電子標簽的電源設計48-55
• 5.2.1 太陽能光伏的能量采集裝置48-49
• 5.2.2 太陽能光伏的能量存儲裝置49-51
• 5.2.3 電子標簽電源的整體結(jié)構(gòu)與具體電路設計51-55
• 5.3 理論分析及數(shù)據(jù)測試55-57
• 5.3.1 太陽能電池輸出電壓測試55
• 5.3.2 超級電容充放電時間計算55-57
• 5.3.3 太陽能電池板對超級電容充電性能測試57
• 5.3.4 超級電容對電子標簽放電實驗57
• 5.4 本章小結(jié)57-59
• 第6章 系統(tǒng)整體工作性能59-65
• 6.1 上位機軟件59-63
• 6.1.1 VB簡介59-60
• 6.1.2 上位機軟件介紹60
• 6.1.3 上位機使用方法60-63
• 6.2 整體系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果63-64
• 6.3 本章小結(jié)64-65
• 第7章 總結(jié)和展望65-67
• 7.1 全文工作總結(jié)65-66
• 7.2 展望66-67
• 參考文獻67-70
• 作者在攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術(shù)論文70-71
• 致謝71-72
• 附錄(A) 閱讀器PCB原理圖72-73
• 附錄(B) 有源電子標簽的PCB原理圖73-74
• 附錄(C) 超級電容給電子標簽供電實物圖74

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