可溯源系统标识件的设计

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,可溯源系统标识件的设计,报告人：,赵金燕,云南省动物营养与饲料重点实验室,一、,RFID,技术介绍,无线射频识别技术（,Radio Frequency Identification,，简称,RFID,）是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境，可识别高速运动物体，并可同时识别多个标签，操作快捷方便。因此，“,RFID,技术”已经成为,21,世纪全球自动识别技术发展的主要方向。,RFID系统组成,应用,RFID,技术组成的自动识别系统称为,RFID,系统。,RFID,系统主要由三部分组成：,（,1,）、电子标签,(Tag),：由,IC,芯片及一些耦合元件组成，标签含有内置天线，用于和射频天线间进行通信。,（,2,）、阅读器（,Reader,，也叫读写器）：读取电子标签信息的设备。许多阅读器还带有附加的接口,RS232,或,RS485,等与外部计算机,(,上位机主系统,),连接，进行数据交换。,（,3,）、计算机：进行数据管理。,RFID,系统工作原理框图如下：,RFID系统的工作原理,阅读器通过发射天线发送一定频率的射频信号，当电子标签进入发射天线工作区域时产生感应电流，电子标签获得能量被激活；电子标签将自身唯一识别码等信息通过卡内置发送天线发送出去；系统接收天线接收到从电子标签发送来的载波信号，经天线调节器传送到阅读器，阅读器对接收的信号进行解调和解码，然后送到后台主系统进行相关处理；主系统根据逻辑运算判断该卡的合法性，针对不同的设定做出相应的处理和控制，发出指令信号控制执行机构动作。,电子标签的分类,电子标签（,Tag,）是射频识别系统真正的数据载体，,Tag,具有智能读写和加密通讯的功能，它的基本构成是由,IC,芯片和一些外围元件组成。,依据电子标签供电方式的不同，电子标签可以分为有源卡,(Active tag),和无源卡,(Passive tag),，有源卡内装有电池，无源卡内没有装电池。按照能量供给方式，,RFID,系统分为有源系统与无源系统；按照工作频率，,RFID,系统有低频、中频、高频、超高频、微波射频等几种。,RFID技术的优势,快速扫描（读写器可同时读取多个标签）,体积小、形状多样化,抗污染能力和耐久性（防水、防磁、耐高温等）,可重复使用,穿透性和无屏障阅读（读取距离大）,数据的记忆容量大、存储信息可更改,安全性（标签上的数据可以加密）,基于,RFID,技术的食品安全可溯源系统,RFID,技术在动物食品安全可溯源系统的应用，不仅包括对动物从出生到进入屠宰场整个饲养过程（饲养管理、兽医预防、疾病治疗、饲料使用）的记录与监控，还包括畜产品进入消费市场（超市等）后，消费者可通过每一只动物的唯一识别码，查询该产品的整个饲养过程。该系统从生产到销售的各个环节追踪检查动物产品，有利于监测任何对人类健康和环境的影响。一旦发生不良影响可以将产品迅速撤出市场，而且可在危险发生前采取应对措施，达到预防预警效果。,二、可溯源系统标识件的设计,1,、芯片的功能和原理框图,2,、芯片的外围电路原理图,3,、,PCB,电路图的可靠性设计,可溯源系统标识件的设计,标识件的设计是可溯源系统的硬件基础和关键问题之一。可溯源系统的标识件包括电子标签、读写器两部分。,RFID,系统根据使用工作频率的不同，主要分为四类：低频（,30300kHz,）、高频（,330MHz,）、超高频（,300MHz3 GHZ,）以及微波（,2.45 GHZ,以上）。,通过不同频段,RFID,系统的优缺点的分析，再根据本课题要求，能在,50,米内自动监测动物个体，并且自动更新数据，通信速率要求快，我们选用,2.45 GHZ,的微波频段。,工作频段,优点,缺点,低频,技术简单、无频率限制,受环境影响较小,通信速率低、工作距离短（小于,10cm,）、天线尺寸大,高频,与低频相比有较高的通信速率和较长的工作距离,距离不够远（最大,75 cm,）,天线尺寸大，受金属材料影响较大,超高频,工作距离长（大于,1m,）、天线尺寸小、可绕开障碍物，无须视线接触，可定向识别,各国都有不同的频段管制，对人体有伤害，发射功率受限制，受某些材料影响较大,微波,除具有超高频标签的优点外，还具有更高的带宽和通信速率，更长的工作距离和更小的天线尺寸,共享此频段产品多，易受干扰，技术复杂，对人体有伤害，发射功率受限制，受某些材料影响较大,不同频段,RFID,系统的优缺点：,根据本课题要求，我们选用的芯片必须具备下列功能：,工作在工业、科学和医疗（,ISM,）频段，设计标准频段为,2.4GHz,，采用嵌入式,MCU,，其闪存存储量可为,8/16/32KB,，随机存储器存储量可为,1/2/4KB,。具有集成索相环（,PLL,）、功率放大器（,PA,）、低噪声放大器（,LNA,）、调制解调器（,MODEM,）等功能。采用,QLP,封装，体积较小。并支持流行的跳频技术，以及各种调制方式，能够使数据传输率达到,500Kbps,。,1,、芯片的功能,芯片无线射频部分原理框图,芯片的无线射频收发原理,把接收到的RF信号通过低噪声放大器和积分转换，输入到混频器中，再经过频率合成器（包括集成的LC振荡器和90度的相位转换），以及自动增益控制（AGC），调制解调和同步信号校准（FEC）、信息包处理，然后通过嵌入式的微控制单元（MCU），进行处理之后送入RX/TX中。,2,、结合芯片特性和课题需要，芯片的外围电路图为,芯片外围电路图的简单说明,C232,、,C242,、,L231,和,L241,共同组成不平衡变压器，用于芯片不同,RF,端口转换成单个,RF,信号，再通过一个,LC,滤波器的作用，和天线达到最佳的阻抗匹配。偏置电阻,R271,用于设置一个精确的偏置电流；退藕电容,C301,用于提供,PCB,板精确的功率供给；,C171,、,C181,和,C201,、,C211,分别为晶体,X2,和,X1,的负载电容。,因为该芯片具有接收和发送两种功能，所以它既可以做电子标签使用，也可以做读写器主芯片使用，读写器的应用电路图略。,3,、,PCB,电路图的可靠性设计,实践证明，即使电路原理图设计正确，印制电路板设计不当，也会对电子设备的可靠性产生不利影响。例如，如果印制板两条细平行线靠得很近，则会形成信号波形的延迟，在传输线的终端形成反射噪声。,因此，在设计印制电路板的时候，应注意以下方面,:,（,1,）、地线设计,（,2,）、去耦电容配置,（,3,）、电磁兼容性设计,地 线 设 计,在电子设备中，接地是控制干扰的重要方法。如能将接地和屏蔽正确结合起来使用，可解决大部分的干扰问题。,电子设备中地线结构大致有系统地、机壳地（屏蔽地）、数字地（逻辑地）和模拟地等几种。,地线设计中应注意以下几点：正确选择单点接地与多点接地；将数字电路与模拟电路分开；尽量加粗接地线（接地线的宽度应大于,3mm,）；将接地线构成闭合环路。,去耦电容配置,在直流电源回路中，负载的变化会引起电源噪声。例如在数字电路中，当电路从一个状态转换为另一种状态时，就会在电源线上产生一个很大的尖峰电流，形成瞬变的噪声电压。配置去耦电容可以抑制因负载变化而产生的噪声，是印制PCB板可靠性设计的一种常规做法。,电磁兼容性设计,电磁兼容性是指电子设备在各种电磁环境中仍能够协调、有效地进行工作的能力。电磁兼容性设计的目的是使电子设备既能抑制各种外来的干扰，使电子设备在特定的电磁环境中能够正常工作，同时又能减少电子设备本身对其它电子设备的电磁干扰。,为了避免高频信号通过印制导线时产生的电磁辐射，在印制电路板布线时，应注意以下几点：,尽量减少印制导线的不连续性，例如导线宽度不要突变，导线的拐角应大于,90,度（一般选择,135,度或圆角），禁止环状走线等。,时钟信号引线最容易产生电磁辐射干扰，走线时尽量与地线回路相靠近。,数据总线的布线应每两根信号线之间夹一根信号地线。最好是紧紧挨着最不重要的地址引线放置地回路，因为后者常载有高频电流。,在双面、多面印制板中，上下两层信号线的走线方向要尽量相互垂直或斜交叉，尽量避免平行走线，减少寄生耦合的产生。,静电放电可通过直接传导、电容耦合和电感耦合三种方式进入电子线路中。直接对电路的静电放电经常会引起电路的损坏，对邻近物体的放电通过电容或电感耦合，会影响到电路工作的稳定性。,静电防护的措施有很多，例如建立完善的屏蔽结构，带有接地的金属屏蔽壳体可将放电电流释放到地。或者在PCB板入口处增加保护环（环与接地端相连）。,三、结 论,上述设计方法使用目前流行的电路设计软件，通过自行设计,RFID,系统的电子标签（读写器）电路原理图和,PCB,电路图。并使用,SMT,的加工设备，制作出相应的,PCB,板，在,PCB,板上安装相应外设元件，并进行相关参数的测试和设计的修改校验，最终制作出符合课题要求的样机。已传统的电路设计方法相比，该方法设计的电路可移植性高，采用大量的,SMD,元件，可使电子标签（读写器）的体积减小，硬件的稳定性也得到提高。,结 论,通过自行设计制作样机的整个过程，掌握了电子标签（读写器）制作的相关硬件技术，从而从根本上解决电子标签（读写器）成本过高的问题，推动动物食品安全可溯源系统的全面实施。,感谢各位专家！请各位专家批评指正！,