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1、 本科毕业设计(论文)开题报告题目： 无源唤醒有源待机低功耗RFID系统分析与设计课 题 类 型： 设计 实验研究 论文 学 生 姓 名： 学 号： 专 业 班 级： 教 学 单 位： 指 导 教 师： 开 题 时 间： 年 月 日开题报告内容与要求一、毕业设计（论文）内容及研究意义（价值）射频识别技术是近年来发展极为迅速的一种利用射频通信实现的非接触式自动识别技术。目前，它在理论研究和实际应用方面都有着重要地位，已经被世界公认为21世纪十大重要技术之一。它采用无线电和雷达技术，利用空间电磁感应或者电磁传播来实现无接触信息传递并达到识别对象的目的。RFID技术目前广泛应用于物流、公共交通、门禁
2、控制等，具有很好的发展空间。本课题在对现有RFID系统研究的基础上，将传统有源标签唤醒信号检测机制进行无源化，利用读写器发射的能量对标签进行唤醒，实现标签待机低功耗，克服了传统有源标签待机功耗较大以及传统无源标签通信距离短的问题。 本课题讨论的RFID系统主要由读写器和标签组成，唤醒信号和收发信号可工作在同频和异频模式。其中标签工作模式为：标签首先处于待机模式，标签收到信号首先由无源唤醒模块进行验证，当验证通过无源唤醒打开电源开关唤醒有源模块进行通信，通信结束后关掉电源开关，标签进入待机模式。待机模式电池不对标签有源器件供电，在待机功耗与器件漏电流量级相同并忽略漏电流的情况下，功耗可视为零。二
3、、毕业设计（论文）研究现状和发展趋势（文献综述）射频识别(I强D)技术是近年来发展非常迅速的一门新技术，利用射频信号自动识别目标对象并获取相关信息，依靠电磁藕合原理交换能量与数据信息。英文全称Radio Frequency Identification，RFID技术的起源于雷达技术的发展和应用，早在在上世纪30年代，美国陆军和海军都面临着在陆地、海上和空中对目标的识别的问题。1937年，美国海军研究试验室(USNaval Research Laboratory(NRL)开发了敌我识别系统(Identification FriendorFoe(IFF)system)，来将盟军的飞机与敌方的飞机区
4、别开来，并且成为早期RFID技术萌芽。RFID技术涉及信息、制造、材料等诸多高技术领域，涵盖无线通信、芯片设计与制造、天线设计与制造、标签封装、系统集成、信息安全等技术。一些国家和国际跨国公司都在加速推动RFID技术的研发和应用进程。RFID技术发展的潜力与应用空间，被认为是21世纪的最有发展前途的信息技术之一。RFID读写器产品类型较多，部分先进产品可以实现多协议兼容。中国已经推出了系列RFID读写器产品，小功率读写模块已达到国外同类水平，大功率读写模块和读写器片上系统(SoC)尚处于研发阶段。在RFID技术发展的应用系统集成和数据管理平台等方面，某些国际组织提出基于RFID的应用体系架构，
5、各大软件厂商也在其产品中提供了支持RFID的服务及解决方案，相关的测试和应用推广工作正在进行中。中国在RFID应用架构、公共服务体系、中间件、系统集成以及信息融合和测试工作等方面取得了初步成果，建立国家RFID测试中心已经被列入科技发展规划。中国已经将RFID技术应用于铁路车号识别、身份证和票证管理、动物标识、特种设备与危险品管理、公共交通以及生产过程管理等多个领域。RFID技术发展趋势：在未来的几年中，RFID技术将继续保持高速发展的势头。电子标签、读写器、系统集成软件、公共服务体系、标准化等方面都将取得新的进展。随着关键技术的不断进步，RFID产品的种类将越来越丰富，应用和衍生的增值服务也
6、将越来越广泛。RFID芯片设计与制造技术的发展趋势是芯片功耗更低，作用距离更远，读写速度与可靠性更高，成本不断降低。芯片技术将与应用系统整体解决方案紧密结合。RFID标签封装技术将和印刷、造纸、包装等技术结合，导电油墨印制的低成本标签天线、低成本封装技术将促进RFID标签的大规模生产，并成为未来一段时间内决定产业发展速度的关键因素之一。RFID读写器设计与制造的发展趋势是读写器将向多功能、多接口、多制式，并向模块化、小型化、便携式、嵌入式方向发展。同时，多读写器协调与组网技术将成为未来发展方向之一。RFID技术与条码、生物识别等自动识别技术，以及与互联网、通信、传感网络等信息技术融合，构筑一个
7、无所不在的网络环境。海量RFID信息处理、传输和安全对RFID的系统集成和应用技术提出了新的挑战。RFID系统集成软件将向嵌入式、智能化、可重组方向发展，通过构建RFID公共服务体系，将使RFID信息资源的组织、管理和利用更为深入和广泛。RFID技术的发展趋势：1、成本与价格：今后RFID技术的发展将主要集中在如何降低RFID标签的价格。标签价格越低，其应用越广泛。2、标准：RFID技术标准的完善和推广，以EPCglobal推出的EPC第二代标准将成为主流标准。目前，EPC第二代标准已经获得RFID业界的认可，而且有望成为国际标准。3、RFID中间件和应用软件的发展：中间件用来收集和过滤来自于
8、多个RFID读写器的数据，并把有用的数据传输给应用软件系统。应用软件系统负责射频识别数据的处理和应用。软件的发展趋势是如何快速处理超大量的RFID数据，以及如何将RFID处理功能与现有的ERP等系统综合在一起。4、“物联网”(Intemet ofthings)的建设：“物联网”的概念是由EPCglobal提出来的。它将把世界上万事万物用互联网连接起来。今后，世界上的任何物品将有一个独一无二的RFID识别码。根据这个RFID识别码，我们将可以在互联网上找到它所标示的产品的有关信息。5、RFID与其它技术结合使用：人们从单纯供应链的意义上来考虑RFID技术的应用，如沃尔玛式的应用，到如今，RFID
9、技术应用的方式正趋多样化，融入了传感器、GPS、(3IS、移动通信等技术。RFID标签不仅能应用于液体、金属等环境，甚至可以整合温度传感器、GPS等模块。三、毕业设计（论文）研究方案及工作计划（含工作重点与难点及拟采用的途径）目前，RFID的研究和应用都得到了前所未有的发展，与此同时业界也遇到了有源标签成本高、电池寿命短而无源标签作用距离近等技术瓶颈。本设计所要解决的问题就是在对现有的RFID系统研究的基础上，将传统有源标签唤醒信号检测机制进行无源化，利用读写器发射的能量对标签进行唤醒，实现标签待机低功耗，客服了传统有源标签待机功耗较大以及传统无源标签通信距离短的问题。本设计就针对有源标签功耗
10、高，电池寿命十分有限的问题，采用无源唤醒有源的工作方式解决了传统有源标签周期性唤醒检测模式带来的待机功耗问题此设计对于一切在严酷环境中工作，很难或根本无法更换电池的标签；标签读写不频繁长时间处于待机状态，但对标签作用距离、数据率有相对高的要求环境有很广阔的前景，例如在交通运输业、列车调度、物流配送等领域。针对标签无源唤醒模块和有源模块进行改进。无源唤醒模块主要集中在电磁能量转换效率和内部工作功耗问题，以尽可能提高唤醒距离。有源部分主要集中在电池开关的设计和其他有源模块的设计力求小的工作功耗，进一步提高标签电池寿命。工作重点与难点：1. 有源RFID标签结构；2. 无源RFID标签结构；3. 无
11、源唤醒模块和开关的设计；4. 如何将有源进行无源化；5. 解决功耗大和通信距离短的问题；6. 无源唤醒有源待机低功耗RFID系统的实现； 设计方案：读写器 唤醒信号 收发信号 控制信号 标签无源唤醒模块有源模块唤醒信号收发信号无源唤醒有源待机低功耗RFID系统设计（论文）工作进度计划：1-3周：查阅资料，熟悉课题，写开题报告4-5周：熟悉具体实现技术途径6-9周: 电路总体方案设计10-12周：修改电路，实现基本功能13-14周：各种材料的总结，实验结果的分析15-16周：毕业论文的撰写17周：毕业论文的修改18周：准备答辩 四、主要参考文献（不少于10篇，期刊类文献不少于7篇，应有一定数量的
12、外文文献，至少附一篇引用的外文文献（3个页面以上）及其译文）1 周晓光，王晓华射频识另J(RFID)技术原理与应用实例M北京：人民邮电出版社，20062 曾强，欧阳字，王潼主无线射频识别与电子标签M北京：中国经济出版社，20053 吴克利，王洪洋，韦大成RFID系统以及在节能模式下操作该系统的方法P20084蒋皓石，张成，林嘉宇。无线射频识别技术及其应用和发展趋势J5车文毅，闰娜，阂昊一种支持无线充电的半有源射频识别标签P中国专利，1996352A，20076董丽华RFID技术与应用M北京：电子工业出版社，20087Harley Kent Heinrich,Brewster,Vijay Pil
13、lai，White PlainsRFID tag having combined battery and passive power sourceMUnited States Patent6，944，424 B2，20058Harvey LehpamerRFID design principlesMBoston：Artech House，20089叶里莎，RFID技术的应用J.通信技术，2007，(12)：14-1610王晓华；周晓光；孙百生；超高频射频识别读写器设计J电子测量技术；200711 郎为民射频识别（RFID）技术原理与应用M机械工业出版社，2006 12 游战清等著无线射频识别技
14、术（RFID）理论与应用M电子工业出版社,2004 13 游战清等著无线射频识别技术(RFID)规划与实施M电子工业出版社,2005 14赵军辉编著射频识别技术与应用M机械工业出版社，2008年5月15慈新新，王苏滨，王硕编著无线射频识别（RFID）系统技术与应用M北京：人民邮电出版社2007年7月16Intemational Standard Organization and International Electro Technical CommissionISOIEC FCD 1 8000-7J200317MAX4625.MAXIM CorporationJ, 200118Atmega8
15、 AVR microcontroller.Atmel Corporation, 2007,19MLX90121 13.56MHz RFID Transceiver.Melexis CorporationJ, 2006,20MLX90129 13.56MHz Sensor tag IC.Melexis CorporationJ, 2008,21Development kit for the MLX90121 transceiver User Manual.Melexis CorporationJ, 200722International Standard Organization and Int
16、ernational Electro Technical CommissionISOIEC FCD 15693J199523 陶玉芬.RFID技术应用展望J. 电脑应用技术， 2007，(01)24李南. RFID无线射频识别技术应用探析J. 激光杂志，2009，(06).25周宁武. RFID技术应用中的瓶颈及应对策略J. 商场现代化，2008，(30) .26张有光，唐长虹. ISO/IEC RFID技术标准概述J. 中国标准化，2008，(03)外文文献The ATmega8 is a low-power CMOS 8-bit microcontroller based on the A
17、VR RISCarchitecture. By executing powerful instructions in a single clock cycle, the ATmega8 achieves throughputs approaching 1 MIPS per MHz, allowing the system designer to optimize power consumption versus processing speed. The AVR core combines a rich instruction set with 32 general purpose worki
18、ng registers.All the 32 registers are directly connected to the Arithmetic Logic Unit (ALU), allowing two independent registers to be accessed in one single instruction executed in one clock cycle. The resulting architecture is more code efficient while achieving throughputs up to ten times faster t
19、han conventional CISC microcontrollers. The ATmega8 provides the following features: 8K bytes of In-System Programmable Flash with Read-While-Write capabilities, 512 bytes of EEPROM, 1K byte of SRAM, 23 general purpose I/O lines, 32 general purpose working registers, three flexible Timer/Counters wi
20、th compare modes, internal and external interrupts, a serial programmable USART, a byte oriented Two-wire Serial Interface, a 6-channel ADC (eight channels in TQFP and MLF packages) where four (six) channels have 10-bit accuracy and two channels have 8-bit accuracy, a programmable Watchdog Timer wit
21、h Internal Oscillator, an SPI serial port, and five software selectable power saving modes. The Idle mode stops the CPU while allowing the SRAM, Timer/Counters, SPI port, and interrupt system to continue functioning. The Power-down mode saves the register contents but freezes the Oscillator, disabli
22、ng all other chip functions until the next Interrupt or Hardware Reset. In Power-save mode, the asynchronous timer continues to run, allowing the user to maintain a timer base while the rest of the device is sleeping. The ADC Noise Reduction mode stops the CPU and all I/O modules except asynchronous
23、 timer and ADC, to minimize switching noise during ADC conversions. In Standby mode, the crystal/ resonator Oscillator is running while the rest of the device is sleeping. This allows very fast start-up combined with low-power consumption. The device is manufactured using Atmels high density non-vol
24、atile memory technology.The Flash Program memory can be reprogrammed In-System through an SPI serial interface, by a conventional non-volatile memory programmer, or by an On-chip boot program running on the AVR core. The boot program can use any interface to download the application program in the A
25、pplication Flash memory. Software in the Boot Flash Section will continue to run while the Application Flash Section is updated, providing true Read-While-Write operation. By combining an 8-bit RISC CPU with In-System Self-Programmable Flash on a monolithic chip, the Atmel ATmega8 is a powerful micr
26、ocontroller that provides a highly-flexible and cost-effective solution to many embedded control applications. The ATmega8 AVR is supported with a full suite of program and system development tools, including C compilers, macro assemblers, program debugger/simulators, In-Circuit Emulators, and evalu
27、ation kits.Pin Descriptions：VCC： Digital supply voltage.GND： Ground.Port B (PB7.PB0) XTAL1/XTAL2/TOSC1/TOSC2：Port B is an 8-bit bi-directional I/O port with internal pull-up resistors (selected for eachbit). The Port B output buffers have symmetrical drive characteristics with both high sink and sou
28、rce capability. As inputs, Port B pins that are externally pulled low will source current if the pull-up resistors are activated. The Port B pins are tri-stated when a reset condition becomes active, even if the clock is not running.Depending on the clock selection fuse settings, PB6 can be used as
29、input to the inverting Oscillator amplifier and input to the internal clock operating circuit.Depending on the clock selection fuse settings, PB7 can be used as output from the inverting Oscillator amplifier.If the Internal Calibrated RC Oscillator is used as chip clock source, PB7.6 is used asTOSC2
30、.1 input for the Asynchronous Timer/Counter2 if the AS2 bit in ASSR is set.Port C (PC5.PC0) ：Port C is an 7-bit bi-directional I/O port with internal pull-up resistors (selected for each bit). The Port C output buffers have symmetrical drive characteristics with both high sink and source capability.
31、 As inputs, Port C pins that are externally pulled low will source current if the pull-up resistors are activated. The Port C pins are tri-stated when a resetcondition becomes active, even if the clock is not running.PC6/RESET： If the RSTDISBL Fuse is programmed, PC6 is used as an I/O pin. Note that
32、 the electrical characteristics of PC6 differ from those of the other pins of Port C.If the RSTDISBL Fuse is unprogrammed, PC6 is used as a Reset input. A low level on this pin for longer than the minimum pulse length will generate a Reset, even if the clock is not running. The minimum pulse length
33、is given in Table 15 on page 36. Shorter pulses are not guaranteed to generate a Reset.Port D (PD7.PD0)： Port D is an 8-bit bi-directional I/O port with internal pull-up resistors (selected for each bit). The Port D output buffers have symmetrical drive characteristics with both high sink and source
34、 capability. As inputs, Port D pins that are externally pulled low will source current if the pull-up resistors are activated. The Port D pins are tri-stated when a resetcondition becomes active, even if the clock is not running.RESET ：Reset input. A low level on this pin for longer than the minimum
35、 pulse length will generate a reset, even if the clock is not running. The minimum pulse length is given in Table 15 on page 36. Shorter pulses are not guaranteed to generate a reset.AVCC： AVCC is the supply voltage pin for the A/D Converter, Port C (3.0), and ADC (7.6). Itshould be externally conne
36、cted to VCC, even if the ADC is not used. If the ADC is used,it should be connected to VCC through a low-pass filter. Note that Port C (5.4) use digitalsupply voltage, VCC.AREF： AREF is the analog reference pin for the A/D Converter.ADC7.6 (TQFP and MLF Package Only)：In the TQFP and MLF package, ADC
37、7.6 serve as analog inputs to the A/D converter.These pins are powered from the analog supply and serve as 10-bit ADC channels.Features： High-performance, Low-power AVR 8-bit Microcontroller Advanced RISC Architecture 130 Powerful Instructions Most Single-clock Cycle Execution 32 x 8 General Purpose
38、 Working Registers Fully Static Operation Up to 16 MIPS Throughput at 16 MHz On-chip 2-cycle Multiplier Nonvolatile Program and Data Memories 8K Bytes of In-System Self-Programmable FlashEndurance: 10,000 Write/Erase Cycles Optional Boot Code Section with Independent Lock BitsIn-System Programming b
39、y On-chip Boot ProgramTrue Read-While-Write Operation 512 Bytes EEPROMEndurance: 100,000 Write/Erase Cycles 1K Byte Internal SRAM Programming Lock for Software Security Peripheral Features Two 8-bit Timer/Counters with Separate Prescaler, one Compare Mode One 16-bit Timer/Counter with Separate Presc
40、aler, Compare Mode, and CaptureMode Real Time Counter with Separate Oscillator Three PWM Channels 8-channel ADC in TQFP and MLF packageSix Channels 10-bit AccuracyTwo Channels 8-bit Accuracy 6-channel ADC in PDIP packageFour Channels 10-bit AccuracyTwo Channels 8-bit Accuracy Byte-oriented Two-wire
41、Serial Interface Programmable Serial USART Master/Slave SPI Serial Interface Programmable Watchdog Timer with Separate On-chip Oscillator On-chip Analog Comparator Special Microcontroller Features Power-on Reset and Programmable Brown-out Detection Internal Calibrated RC Oscillator External and Inte
42、rnal Interrupt Sources Five Sleep Modes: Idle, ADC Noise Reduction, Power-save, Power-down, andStandby I/O and Packages 23 Programmable I/O Lines 28-lead PDIP, 32-lead TQFP, and 32-pad MLF Operating Voltages 2.7 - 5.5V (ATmega8L) 4.5 - 5.5V (ATmega8) Speed Grades 0 - 8 MHz (ATmega8L) 0 - 16 MHz (ATm
43、ega8) Power Consumption at 4 Mhz, 3V, 25C Active: 3.6 mA Idle Mode: 1.0 mA Power-down Mode: 0.5 A译文ATmega8是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间， ATmega8 的数据吞吐率高达1 MIPS/MHz，从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾。AVR 内核具有丰富的指令集和32 个通用工作寄存器。所有的寄存器都直接与算逻单元(ALU) 相连接，使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器。这种结构大大提高了代
44、码效率，并且具有比普通的CISC 微控制器最高至10 倍的数据吞吐率。ATmega8 有如下特点:8K 字节的系统内可编程Flash( 具有同时读写的能力，即RWW)，512 字节 EEPROM，1K 字节 SRAM，32 个通用I/O 口线，32 个通用工作寄存器，三个具有比较模式的灵活的定时器/ 计数器(T/C), 片内/ 外中断，可编程串行USART，面向字节的两线串行接口， 10 位6 路 (8 路为TQFP 与MLF 封装)ADC，具有片内振荡器的可编程看门狗定时器，一个SPI 串行端口，以及五种可以通过软件进行选择的省电模式。工作于空闲模式时CPU 停止工作，而SRAM、T/C、
45、SPI 端口以及中断系统继续工作；掉电模式时晶体振荡器停止振荡，所有功能除了中断和硬件复位之外都停止工作；在省电模式下，异步定时器继续运行，允许用户保持一个时间基准，而其余功能模块处于休眠状态； ADC 噪声抑制模式时终止CPU 和除了异步定时器与ADC 以外所有I/O 模块的工作，以降低ADC 转换时的开关噪声； Standby 模式下只有晶体或谐振振荡器运行，其余功能模块处于休眠状态，使得器件只消耗极少的电流，同时具有快速启动能力。本芯片是以Atmel 高密度非易失性存储器技术生产的。片内ISP Flash 允许程序存储器通过ISP 串行接口，或者通用编程器进行编程，也可以通过运行于AVR
46、 内核之中的引导程序进行编程。引导程序可以使用任意接口将应用程序下载到应用Flash存储区(ApplicationFlash Memory)。在更新应用Flash存储区时引导Flash区(Boot Flash Memory)的程序继续运行，实现了RWW 操作。 通过将8 位RISC CPU 与系统内可编程的Flash 集成在一个芯片内，ATmega8 成为一个功能强大的单片机，为许多嵌入式控制应用提供了灵活而低成本的解决方案。ATmega8 具有一整套的编程与系统开发工具，包括：C 语言编译器、宏汇编、 程序调试器/ 软件仿真器、仿真器及评估板。引脚说明：VCC： 数字电路的电源。GND： 地
47、。端口B(PB7.PB0)XTAL1/XTAL2/TOSC1/TOSC2：端口B 为8 位双向I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口B 处于高阻状态。通过时钟选择熔丝位的设置， PB6 可作为反向振荡放大器或时钟操作电路的输入端。通过时钟选择熔丝位的设置PB7 可作为反向振荡放大器的输出端。若将片内标定RC 振荡器作为芯片时钟源，且ASSR 寄存器的AS2 位设置，PB7.6 作为异步 T/C2 的TOSC2.1 输入端。端口C(PC5.
