华中科技大学硕士学位论文基于虚拟仪器的RFID测试系统的设计姓名：周磊申请学位级别：硕士专业：微电子学与固体电子学指导教师：江建军20070606I摘 要 RFID 是一种非接触式自动识别技术，近年来在国内外发展很快，其市场前景被广泛看好。RFID 产品性能易受制造工艺等因素影响，须对其进行测试方可投入市场。但目前只有极少数仪器厂商推出 RFID测试系统， 故本文研究工作具有实际应用意义。 本文研究了一种利用虚拟仪器技术构建 RFID 测试系统的方法。该系统支持ISO18000- 3 Mode2协议，硬件采用美国国家仪器的 PXI- 5671 和 PXI- 5660 作为射频发射和接收模块，采用 PXI- 8196 作为控制模块，这些 PXI 模块配合 PXI 机箱提供的 10 MHz同步时钟，使得本系统建立了可靠的高速同步性能，确保了测试的准确性。软件划分为三个层次，由下往上分别是硬件控制层、协议层以及参数测量层，其中硬件控制层实现对模块化仪器的控制，协议层实现指令信号的生成封装、编码以及应答信号的解码等功能，参数测量层对信号的物理参数进行测量，各层又划分为若干功能模块。在层次化、模块化的设计思想下，整个系统具有良好的通用性和可扩展性。 本系统可对 RFID 读写器和标签进行测试，其中射频发射模块可以主动与被测对象建立通讯，不需要其它读写设备。系统能够支持 RFID 标准中的多种调制方式、调制参数及编码方式，从而实现从物理层到协议层的各种测试项目，达到了设计要求。 结果表明，利用高集成化的硬件和灵活的软件使虚拟仪器构建 RFID 测试系统的方法是可行的。 关键词：射频识别，虚拟仪器，ISO18000- 3 Mode2 IIAbstract RFID is a non- contact automatic identification technology, which is developing rapidly both at home and abroad in recent years. It shows great market potential for widely application in different fields. Since its performance can be influenced by some factors such as fabrication process, RFID product must be tested before putting into the market. However, only few instrument manufacturers could develop specialized RFID testing system for the customers till now. Research and development of the RFID testing system is meaningful. The RFID testing system based on virtual instrumentation was constructed in this paper. The system supports ISO18000- 3 Mode2 protocol. The PXI- 5671 and PXI- 5660 is used as RF transmission and receiver module, the PXI- 8196 is used as a control module. These PXI modules with the 10 MHz clock establish a high- speed synchronous system and ensure the accuracy of it. Software is divided into three layers. From bottom to top they are the hardware controlling layer, the protocol layer and the measurement layer. The hardware controlling layer controls the equipment. The protocol layer achieves some functions such as command packaging, modulation, encoding, decoding. The measurement layer supports the measuring of physical parameters. Each layer is divided into several software modules. Benefit of the hierarchical and modular design, the entire system has good interoperability and expandability. The system can be used for RFID reader and tag testing. RF transmission module can establish communication to the UUT (unit under test) without any reader. Kinds of modulation, encoding, decoding methods defined in the protocol can be supported by the system. Therefore, any tests from the physical layer to the protocol layer can be realized. The research demonstrates that it is available to construct the RFID testing system by using of virtual instrumentation with integrated hardware and flexible software. Keywords: RFID, Virtual Instrumentation, ISO18000- 3 Mode2 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。 对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密，在_年解密后适用本授权书。 不保密。 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 本论文属于 11 绪 论 1.1 课题背景 RFID 是 Radio Frequency Identification的英文缩写 ，中文称作射频识别。它是自动识别技术的一种，通过无线射频方式进行非接触双向数据通信对目标加以识别。与传统的识别方式相比，RFID 技术无需直接接触、无需光学可视、无需人工干预即可完成信息输入和处理，被认为是条形码标签的未来替代品1。 RFID 应用领域非常广泛。在物流领域用于仓库管理、生产线自动化、日用品销售2, 3；在交通运输领域用于集装箱与包裹管理、高速公路收费与停车收费4；在农牧渔业用于羊群、鱼类、水果等的管理以及宠物、野生动物跟踪5；在医疗行业用于药品生产、病人看护、医疗垃圾跟踪6；RFID 还可以应用于图书与文档管理7、门禁管理、定位与物体跟踪8、环境感知和防伪9等多种应用领域。 1.1.1 RFID 发展现状 从 RFID 技术的核心来看，它是无线电技术和雷达技术的综合体。无线电技术和雷达技术的产生和发展，都为 RFID 的诞生和发展提供了肥沃的土壤。如果按照 10年为一个时期，RFID 技术的发展经历了以下几个阶段： 19401950 年， 雷达的改进和应用催生了 RFID 技术， 1948 年 Harry Stockman 发表的Communication by Means of Reflected Power一文奠定了 RFID技术的理论基础，成为 RFID 理论发展的里程碑。 19501960 年，早期 RFID 技术的探索阶段，主要处于实验室实验研究。 19601970 年，RFID 技术的理论得到了发展，开始了一些应用尝试。 19701980 年，RFID 技术与产品研发处于大发展时期，各种 RFID技术测试得到加速，并出现了一些最早的 RFID 应用。 19801990 年，RFID 技术及产品进入商业应用阶段，各种规模应用出现。 219902000 年，开始重视 RFID 技术标准化问题，同时 RFID产品得到广泛应用，逐渐成为人们生活中的一部分。 2000 年至今，标准化问题日益为人们所重视，RFID 产品种类更加丰富，电子标签成本不断降低，行业规模不断扩大。 如今，RFID 已经深入到人们的生活之中。总的来说，其技术优势主要体现在以下几个方面10- 12： (1) 读取方便快捷 数据的读取无需光源，甚至可以透过外包装来进行。有效识别距离更长，采用自带电池的主动标签时，有效识别距离可达到 30 米以上。 (2) 识别速度快 标签一进入磁场，阅读器就可以即时读取其中的信息，而且能够同时处理多个标签，实现批量识别。 (3) 数据容量大 数据容量最大的二维条形码最多也只能存储 2725 个数字；若包含字母，存储量则会更少；RFID 标签则可以根据用户的需要扩充到数十 K。 (4) 使用寿命长，应用范围广 其无线电通信方式，使其可以应用于粉尘、油污等高污染环境和放射性环境，而且其封闭式包装使得其寿命大大超过印刷的条形码。 (5) 标签数据可动态更改 利用编程器可以向电子标签里写入数据，从而赋予 RFID 标签交互式便携数据文件的功能，而且写入时间比打印条形码更短。 (6) 更好的安全性 RFID 电子标签不仅可以嵌入或附着在不同形状、类型的产品上，而且可以为标签数据的读写设置密码保护，从而具有更高的安全性。 (7) 动态实时通信 标签以每秒 50100 次的频率与阅读器进行通信，所以只要 RFID标签所附着的物体出现在解读器的有效识别范围内，就可以对其位置进行动态的追踪和监控。 正因为 RFID 技术具有如此多的优势，人们对其市场前景很乐观。 3IDTechEx 提供的最新报告估计：2006 年 RFID 标签的销售量几乎将达到自其被发明以来 60 年内的总销售量的三倍之多；2007 年将会有 17.1 亿个标签被售出，RFID总市场价值（包括硬件、应用系统和二者的集成）会达到 49.6 亿美元；到 2008 年，全球 RFID 市场额将达到 70 亿美元13。 据 Frost & Sullivan预计，2004 年全球 RFID标签市场规模将达 40 亿美元，2006年则有望突破 70 亿美元14。 Venture Development 公