基于太阳能光伏的有源RFID系统的设计与实现

【摘要】：无线射频识别技术RFID是自动识别技术的一种,它起源于上世纪80年代,在过去的几十年里,正一步一步地得到发展并走向成熟。随着物联网项目的推进及各项先进技术的进步,无线射频技术有了更加广阔的应用空间。相对于无源RFID系统,有源RFID系统的通信距离远,读取速度快,在实际应用中的许多场合具有很大的研究意义,比如集装箱监测,车辆识别,野外动物追踪等。 在有源RFID系统中,一般情况下采用电池给有源电子标签供电,但是用电池供电有其局限性,电池的使用寿命有限,需要人为定期的更换电池,其次也不环保。太阳能具有取之不尽,用之不竭,清洁无污染等突出优点,本文提出基于太阳能这种可再生能源,利用太阳能光伏效应给有源RFID电子标签供电,文中设计了采用光伏供电的低功耗的有源RFID收发系统,通过软硬件结合的方式,呈模块化的进行了读卡器和电子标签的设计与制作。 本文首先介绍了RFID技术、太阳能光伏技术的发展与研究背景,说明RFID的工作原理和分类,分析了有源RFID系统中的关键技术；然后详细介绍了整体设计方案,进行读写器和有源电子标签的软、硬件设计,其中主控器采用STC12LE5604AD单片机,选用nRF24L01作为射频芯片,完成了硬件电路板的设计与制作；接着重点设计了有源电子标签中的电源,包括超级电容、太阳能电池板型号的选择,对超级电容的充放电时间进行理论分析并进行实验验证,设计太阳能的能量收集模块和能量存储模块,以保证可输出足够稳定电压给电子标签；之后用设计好的电源给电子标签供电,测试系统的通信距离、稳定性以及供电的时间,验证了系统的可行性：最后对全文工作进行总结和展望,提出了设计中存在的可进一步完善和亟待改进的部分。 经过测试和调试,本文设计的电源产能稳定,RFID收发系统工作性能良好,用该电源可给有源电子标签稳定供电,使RFID系统正常运行,在空旷的场合其收发距离可达80m,具备一定的监测定位能力。 【关键词】：太阳能光伏 无线射频技术RFID 有源电子标签 低功耗 超级电容
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TP391.44
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-7
• 目录7-10
• 第1章 绪论10-14
• 1.1 课题研究背景10-11
• 1.2 国内外技术11-13
• 1.2.1 RFID技术的发展11-12
• 1.2.2 太阳能光伏发电的发展12-13
• 1.3 本文的意义及主要工作13-14
• 第2章 RFID技术介绍14-23
• 2.1 RFID技术的原理14-15
• 2.1.1 自动识别技术14
• 2.1.2 无线射频技术14-15
• 2.2 RFID系统15-18
• 2.2.1 RFID系统的组成15
• 2.2.2 RFID系统的分类15-17
• 2.2.3 RFID系统的通信过程17-18
• 2.3 RFID技术的优势与实际应用18-22
• 2.3.1 RFID技术的优势18-19
• 2.3.2 RFID技术的实际应用19-22
• 2.4 本章小结22-23
• 第3章 有源RFID阅读器的设计与实现23-39
• 3.1 阅读器的结构23-24
• 3.2 有源RFID阅读器的芯片选择24-27
• 3.2.1 控制模块(MCU)24-25
• 3.2.2 射频芯片25-27
• 3.3 阅读器的硬件电路设计27-32
• 3.3.1 射频模块nRF24L01的外围电路27-28
• 3.3.2 MCU模块的外围接口电路28-29
• 3.3.3 TTL转RS232模块29-30
• 3.3.4 阅读器的电源模块30-32
• 3.3.5 PCB设计32
• 3.4 阅读器的软件设计32-38
• 3.4.1 工作流程32-35
• 3.4.2 主要代码35-38
• 3.5 本章小结38-39
• 第4章 有源RFID电子标签的设计与实现39-46
• 4.1 有源电子标签的结构39-40
• 4.2 芯片选择40-41
• 4.3 硬件部分41-42
• 4.3.1 主控模块41-42
• 4.3.2 射频模块42
• 4.3.3 PCB原理图设计42
• 4.4 电子标签软件设计42-45
• 4.5 本章小结45-46
• 第5章 太阳能光伏给有源电子标签供电46-59
• 5.1 太阳能光伏发电作为有源电子标签电源的可行性46-48
• 5.1.1 太阳能光伏效应46-48
• 5.1.2 有源电子标签的电源设计要求48
• 5.2 电子标签的电源设计48-55
• 5.2.1 太阳能光伏的能量采集装置48-49
• 5.2.2 太阳能光伏的能量存储装置49-51
• 5.2.3 电子标签电源的整体结构与具体电路设计51-55
• 5.3 理论分析及数据测试55-57
• 5.3.1 太阳能电池输出电压测试55
• 5.3.2 超级电容充放电时间计算55-57
• 5.3.3 太阳能电池板对超级电容充电性能测试57
• 5.3.4 超级电容对电子标签放电实验57
• 5.4 本章小结57-59
• 第6章 系统整体工作性能59-65
• 6.1 上位机软件59-63
• 6.1.1 VB简介59-60
• 6.1.2 上位机软件介绍60
• 6.1.3 上位机使用方法60-63
• 6.2 整体系统调试结果63-64
• 6.3 本章小结64-65
• 第7章 总结和展望65-67
• 7.1 全文工作总结65-66
• 7.2 展望66-67
• 参考文献67-70
• 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文70-71
• 致谢71-72
• 附录(A) 阅读器PCB原理图72-73
• 附录(B) 有源电子标签的PCB原理图73-74
• 附录(C) 超级电容给电子标签供电实物图74

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