教学课程资源库 更多>>

关键词： 振动感知   射频识别   双标签部署策略   标签非线性效应  

摘要： 随着物联网技术的飞速发展，振动感知在众多领域中的关键作用日益凸显。传统感知方法受限于部署复杂性和成本等因素，难以在物联网应用中大规模推广。因此，人们开始聚焦于基于射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)技术的振动感知研究。RFID技术凭借其非侵入性、易部署和低成本的特点，为振动感知应用提供了全新解决方案。本文提出了两种基于RFID技术的微弱振动感知方法，并将其成功应用在医学监测与工业生产两大核心领域。主要研究工作如下:　　(1)针对医学监测领域，本文提出了一种基于双标签的抗运动呼吸监测方法。该方法充分发挥RFID标签易部署的优点，通过监测附着在胸部的RFID标签与阅读器之间距离的周期性细微变化来检测呼吸状态。为了减轻身体运动对呼吸监测的影响，本文采用双标签部署策略，通过计算标签间的相位差去除身体运动引入的不规则信号。此外，本文还设计了一套完整的信号处理算法，以实现对呼吸速率和呼吸暂停现象的准确监测。经实验验证，本文的方法在呼吸速率估计方面达到95%的准确率，同时在呼吸暂停检测方面也有超过93％的准确率。　　(2)针对工业生产领域，本文提出了一种基于标签非线性效应的高精度振动感知方法。RFID感知技术检测弱振动的能力受到波长和各种干扰的限制，阻碍了其在工业高精度测量中的应用。为了解决这一难题，本文首先利用标签内部非线性效应产生的谐波信号，有效消除了阅读器信号泄露所带来的干扰，并增强了对微弱振动的感知能力。接下来，本文深入研究了 RFID的调制机制，设计出一种差分相位放大(Differential Phase Amplification,DPA)算法，减轻静态干扰的同时放大了由微弱振动引起的相位变化。基于这两种原理，本文构建了高精度、非接触式振动感知系统——TagVibra,并在通用软件无线电外设平台上实现了该系统。通过全面的实验验证，TagVibra可以检测到低至0.3mm的振动，并且振动频率的平均估计误差低于0.9Hz。

关键词： Authentication  

摘要： Radio-frequency identification technology is one of the critical technologies of the Internet of Things. It is a non-contact automatic identification technology. People tend only to pay attention to the accelerated development of its technology and ignore the security problems of the technology;radio-frequency identification technology development is no exception. Its security problems are becoming increasingly prominent. Because the radiofrequency identification system in the Internet of Things carries a large amount of user privacy information, its security problem will directly restrict the promotion and application of the Internet of Things. Therefore, the research of radio-frequency identification security authentication technology is significant to the healthy development of the Internet of Things. We propose an improved secure RFID authentication protocol using elliptic curve cryptography based on Izza et al.’s protocol. BAN logic is used to prove the improved protocol. Meanwhile, we carry out a comparative analysis of performance and efficiency. The results show that the improved protocol has higher security and lower calculation costs. © (2024) All Rights Reserved.

关键词： Dipole antennas   Antennas   Radiofrequency identification   Polarization   Delay lines   Reflector antennas   Substrates   AMC   circular polarization   cross-dipole   metasurface   reader   RFID  

摘要： In this paper, a 2.45/5.8 GHz circularly polarized RFID antenna backed with a dual-band artificial magnetic conductor (AMC) is presented for tagged-object detection in Internet of things (IoT) networks. RFID systems require a long-range reader to maintain energy-efficient communication with the tagged devices. An efficient reader antenna is presented to increase the interrogation distance of the reader, and decreasing the uncertainty of tagged-object detection. The proposed RFID antenna consists of two dipole pairs, are printed on both sides of the substrate to obtain 2.45 GHz and 5.8 GHz bands, connected by feed delay lines in a cross-dipole arrangement. To increase the range of the reader, the cross-dipole antenna is supported by a 5x5 AMC surface placed 0.042 lambda(0) beneath the antenna, where lambda(0) is the wavelength calculated at the lowest resonant frequency. In measurement, the metasurface backing results in gain enhancements of 4.1 dBi in the 2.45 GHz band and 4.6 dBi in the 5.8 GHz band, which improves the read range of the reader. The measurement also shows an improvement in RFID band coverage in terms of impedance bandwidth, 2.32-2.57 GHz in the 2.45 GHz band and 5.48-6 GHz in the 5.8 GHz band, reducing tag-detection error. The axial ratio bandwidth of the reader antenna configuration is 2.385-2.485 GHz and 5.77-5.88 GHz in the 2.45 GHz and 5.8 GHz bands, respectively.

关键词： Sensors   Radiofrequency identification   Integrated circuits   Antennas   Couplings   Temperature sensors   Codes   Logistics   RFID   electromagnetic coupling   self-tuning technology   cross-sensitivity  

摘要： The dense distribution of wireless sensors based on Ultra-High-Frequency (UHF) Radio-Frequency Identification (RFID) technology, in the food market or drug cold chains, raises issues regarding the effects of mutual electromagnetic coupling on sensing. In the case of stacked items, in fact, inter-antenna coupling can cause disturbance to sensor measurements, thus affecting the specificity and reliability of the collected data. This paper experimentally investigates the effects of coupling for some configurations of antenna size and alignments by exploiting capacitive sensing based on the emerging auto-tuning integrated circuit (IC) architectures. The results revealed that electromagnetic coupling typically induces cross-sensitivity and instability so that the variation of any sensor's output will also be indirectly captured by adjacent devices. However, this disturbing effect vanishes after a threshold decoupling distance of the order of 4 mm for a small-footprint loop (15mm x 15 mm), and 15 mm in the case of a card-like footprint (C-dipole, 54mm x 16 mm). Moreover, experiments revealed that the above distances can be halved by resorting to a 180 degrees rotation of the adjacent items.

关键词： RFID   伺服控制   无人仓   视觉定位  

摘要： 随着科学技术的不断发展,智慧档案管理作为“智慧城市”建设的一部分,通过先进的智能化技术等,实现档案标准化和智能化管理,从而显著提高档案管理效率,增强档案的安全性和可用性。档案无人仓作为新一代智慧档案库房建设的核心设备与基本单元,具有非常实用的研究价值。 论文针对无人仓内伺服控制系统驱动电路与控制算法设计、QR码快速识别与灵活应用设计、RFID大规模密集档案快速盘点设计三个问题深入研究,开展了无人参与、快速定位、准确高效的档案无人仓控制系统的设计与实现,主要研究内容如下: (1)分析智慧档案管理需求,完成无人仓系统总体框架设计,主要由伺服控制系统、视觉识别与定位系统、HMI人机交互和LED指示系统、RFID射频系统、环境监控系统等部分构成。 (2)设计H桥直流电机驱动电路,利用模糊算法优化后的三闭环PID实现直流电机的伺服控制,由搭载Linux系统的工业控制板通过CANopen协议实现无人仓内部伺服电机系统的控制,实现终端执行机构自主、快速、稳定、精确地完成档案存储功能。 (3)设计传统视觉图像处理技术QR码快速识别算法,识别无人仓货架的定位QR码和档案的信息QR码,完成伺服控制系统自主精准定位、无人仓货架位置自主校准、档案二次定位和信息读取等功能。 (4)深入分析RFID射频系统设计,针对大规模密集档案应用调整合理调整阻抗匹配网络,同时创新性地将红外测距传感器与CAN总线通信网络配合,研究实现了快速、精确、稳定的大规模密集档案射频读取系统。 (5)基于Linux系统的HMI人机交互触摸屏应用程序的开发以及档案库房和无人仓内的环境监控系统等其他嵌入式系统的硬件电路设计与软件开发。 论文设计实现的档案无人仓控制系统运行稳定,拓展性好,满足了智慧档案无人库房终端建设需求,为新一代智慧档案系统的推广和应用提供了实用性的借鉴价值。

关键词： 金属裂纹   无芯片RFID传感器   开口环谐振器   极化转换  

摘要： 金属材料受到恶劣环境和极端载荷的影响会产生疲劳裂纹,造成重大的经济损失,因此对金属裂纹的检测是十分重要的。近年来,为了提高检测的灵活性,使传感器具有无线无源等优点,无芯片射频识别技术(RFID,Radio Frequency Identification)逐渐被应用到材料的无损检测之中。本文主要围绕金属裂纹宽度、深度、位置和方向的无线测量,提出了基于无芯片RFID传感技术的裂纹检测方法,并通过参数建模仿真和实际测量进行了验证。本文主要研究内容和成果如下: 1.针对金属裂纹宽度和深度的无线测量,设计了一款无芯片RFID金属裂纹传感器。传感器标签设计在PTFE的介质基板上,采用开口环谐振器(SRR)和电耦合LC谐振器(ELC谐振器)作为主要传感单元,使用U型微带线激励传感元件在2～4.5 GHz的工作频带内实现双谐振,进一步提高裂纹检测的可靠性。为减小杂波对测量数据的影响,使传感器标签具有极化转换的特性,将圆形超宽带天线正交放置,连接在微带线两端用于信号接收和发送。被测金属作为接地板放置在介质基板下方,实现对金属裂纹的检测功能,通过双谐振频率的偏移得到裂纹宽度和深度的信息。此外,根据裂纹引起的最大谐振偏移量在一定带宽范围内划分为若干个工作窗口,通过改变结构参数使传感器工作在不同频段内从而实现传感器的身份识别功能。仿真和实测结果表明,该传感器具有检测毫米级裂纹宽度和深度的能力。 2.针对裂纹0°和90°方向角识别与宽度的表征,采用L形微带传输线激励矩形开口环谐振器(RSRR,Rectangular Split Ring Resonator)制作了一款无芯片裂纹传感器。为减小识别不同方向谐振器之间的耦合,使用端口阻抗为50Ω的微带线在PTFE介质基板上围成L形区域,在L形区域内的垂直和水平方向上各放置一对RSRR实现双谐振,并且在每对谐振环中支臂平分开口间隙。通过调节微带线与RSRR的间距,增强了微带线与谐振单元的磁耦合效应。当裂纹方向和宽度变化时,可通过双谐振频率变化的差异性识别裂纹方向并获得裂纹宽度信息,搭建传感器仿真模型,优化传感器结构参数使传感器工作在2.5～6 GHz。仿真和实测结果表明,裂纹方向角可以利用谐振频率偏移状态进行识别,裂纹宽度信息可以通过谐振频率获得。 3.为利用RFID技术实现对金属裂纹位置和方向的无线检测,基于已设计的RSRR传感器制作了一款无芯片RFID金属裂纹传感器。采用L形微带线激励六个不同参数的RSRR实现多谐振传感,不仅提高了频带利用率而且还增加了编码容量实现了对传感器的身份标识。在天线设计部分中使用同轴线激励相互正交的矩形宽带贴片天线作为标签收发天线。首先分析了矩形宽带天线的结构和设计原理,通过对矩形宽带天线结构优化,使其发送端和接收端可实现信号的极化转换。随后搭建传感器标签整体模型,研究在不同位置时0°和90°的金属裂纹对RSRR传感器谐振频率的影响。当裂纹位于RSRR中心下方时,谐振频率会逐渐减小,当裂纹位于RSRR支臂正下方时,谐振频率会逐渐增大。最后对传感器进行实际测量,结果表明裂纹位置和方向可通过传感器谐振频率的偏移状态进行识别。

关键词： 电源系统   高能量转换效率   低功耗   亚阈值基准   LDO  

摘要： 无源超高频射频识别(UHFRFID)是一种非接触的自动识别技术,该技术通过射频信号的空间耦合特性直接读取标签芯片的内部数据,从而实现多个标签信息的高效识别。RFID系统具有低成本、小体积和远距离识别等优势,在物流跟踪和身份识别等领域被广泛应用。RFID技术的发展使得无源标签对读写距离的需求逐渐变高,电源系统作为整个无源标签芯片的能量源,不仅为芯片提供稳定的电源电压,还决定着RFID系统的识别距离与精度,因此标签芯片的电源模块成为当今RFID技术的研究热点之一。 为了实现标签芯片的远距离识别,基于ISO18000-6C协议标准,设计了一款高能量转换效率、低功耗的无源UHF RFID标签芯片的电源系统,该系统包括整流电路、基准电路、稳压电路和限压电路。在整流电路中为实现高能量转换效率,对目前常见的几种整流结构进行能量转换效率对比,并选择能量转换效率最高的桥式栅交叉耦合结构实现倍压整流。针对低功耗的设计需求,采用亚阈值技术实现基准电路设计,并在传统亚阈值电路上进行改进,通过虚二极管连接的偏置结构增加一条负反馈环路,这有效地提高了基准电路的环路增益,同时基准输出具有良好的电源抑制比,可以抑制整流输出端存在的噪声。稳压电路采用LDO结构,其中误差放大器在折叠式共源共栅结构的基础上,部分晶体管采用低阈值晶体管,将其与对应的高阈值晶体管栅极相连,该结构不需要额外的偏置,减小了电路功耗。在整体电源系统的设计中,整流电路通过差分开关管交替打开来降低输出纹波。为防止芯片在近场区工作时出现高压情况,采用了限压电路来防止芯片功能受损。考虑带调制的输入射频信号,通过LDO低压差设计来提高电源系统的掉电裕度。 基于UMC 0.11μm CMOS工艺完成了 UHF RFID标签芯片电源系统的电路设计与版图绘制,并进行后仿真验证。仿真结果表明:整流电路在输入射频幅度为0.58V时,实现了最大为67.7%的能量转换效率。基准电路的静态电流为559nA,稳压电路的静态电流为2.13μA。电源系统可以负载30μA电流,同时可以适应12.5μs无输入的调制信号,电源系统性能良好。

关键词： 智慧借阅服务   高校图书馆   自助借还系统   RFID技术  

摘要： RFID技术在图书馆中具有较大的应用优势。RFID技术通过标签和读写器的配合,能实现图书自助借还、库存管理和安全防盗等功能,实现更高效、便捷和智慧的图书管理和借阅服务,为用户提供更好的图书馆体验。为此,文章从高校图书馆智慧借阅服务的优势着手,介绍其现阶段发展面临的挑战以及RFID技术在其中的具体运用,探索基于RFID技术的图书馆智慧借阅服务设计实践。