摘要：在當(dāng)今的現(xiàn)代化社會(huì)，科技發(fā)展迅速，物品向小型化、微型化發(fā)展已經(jīng)成為一種必然^[1]。本設(shè)計(jì)通過在指定的物品上掛載標(biāo)簽，采用UHF射頻卡讀寫器作為控制核心對(duì)目標(biāo)標(biāo)簽加以識(shí)別與讀取，配合鏈接MSP430處理器^[2]及自制的圓極化天線，實(shí)現(xiàn)了物品的定位功能，并通過配合使用GSM模塊，以短消息的方式告知主人物品的位置及安全信息。標(biāo)簽的信息可通過PC機(jī)鍵盤輸入進(jìn)行更改。UHF射頻卡讀寫器中的防碰撞算法保證了標(biāo)簽讀取的抗干擾性和穩(wěn)定性^[3]，自制天線的高增益和優(yōu)良性能為有效搜索范圍提供了保障。

　　1 原理分析與硬件電路圖

　　1.1 整體原理結(jié)構(gòu)圖

　　按圖1所示，整個(gè)系統(tǒng)由UHF射頻讀寫器與天線、GSM模塊、MSP430處理器、屏顯設(shè)備及輸入設(shè)備相連接而成。有效地實(shí)現(xiàn)了物品——系統(tǒng)——用戶的緊密聯(lián)接，從而達(dá)成了設(shè)計(jì)功能要求。

　　1.2 天線部分

　　1.2.1 天線的設(shè)計(jì)原理

　　根據(jù)腔模理論，微帶貼片天線用帶線或同軸探針激勵(lì)時(shí)，電磁場(chǎng)在貼片和接地板間建立。矩形貼片可當(dāng)成一個(gè)等效的開路邊界的諧振腔，它四周為理想磁壁，周壁磁場(chǎng)等于零; 上下壁為理想電壁^[4]。

　　貼片形狀結(jié)構(gòu)的不同會(huì)導(dǎo)致天線性能的迥異，在方形貼片對(duì)角線上像波導(dǎo)拐彎那樣切掉一個(gè)45°的角。該分離單元就可以使饋電場(chǎng)形成兩個(gè)空間正交簡(jiǎn)并模的諧振頻率發(fā)生分離。為實(shí)現(xiàn)圓極化, 這兩個(gè)模必須達(dá)到幅值相等、相位相差90°。相等幅值可以通過適當(dāng)選擇饋電位置實(shí)現(xiàn)，需選取饋電點(diǎn)選取位于切角貼片中心線上。90°相移的產(chǎn)生有兩個(gè)因素，一個(gè)是饋電點(diǎn)位置，另一個(gè)是分離單元的尺寸。由腔模理論知微帶貼片天線激勵(lì)模可等效為一并聯(lián)的RLC 諧振電路^[5]。為了使電子標(biāo)簽在各個(gè)位置都能被識(shí)別，設(shè)計(jì)采用圓極化天線。微帶天線的圓極化帶寬近似與其Q值成反比，因此為了得到寬頻帶的圓極化微帶天線，我們選擇空氣作為介質(zhì)，既節(jié)約了成本也降低了天線的損耗，并且也能保證天線擁有良好的圓極化特性。用4個(gè)輔助支撐柱配合金屬探針固定貼片，保證了貼片平整穩(wěn)固的同時(shí)，讓金屬探針起到更好的饋電作用。通過仿真、測(cè)試，可以最終選定天線的特性及優(yōu)化其性能。

　　1.2.2 天線的結(jié)構(gòu)及尺寸

　　本設(shè)計(jì)天線為圓極化貼片天線，具體設(shè)計(jì)要求和參數(shù)性能如表1所示。

　　1.3 UHF射頻讀寫器模塊

　　1.3.1 UHF射頻讀寫器基本原理

　　UHF系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示，讀寫器作為整個(gè)系統(tǒng)的重要組成部分，其基帶處理性能的優(yōu)劣將直接影響讀寫器性能的優(yōu)劣。

　　讀寫器通過射頻信號(hào)與標(biāo)簽進(jìn)行通信，完成信息交換。在 UHF RFID 系統(tǒng)中，一般讀寫器先發(fā)送一條命令給電子標(biāo)簽，標(biāo)簽收到命令后進(jìn)行應(yīng)答響應(yīng)。標(biāo)簽根據(jù)命令返回有用數(shù)據(jù)信息給讀寫器。讀寫器對(duì)標(biāo)簽返回信號(hào)處理后再傳回上位機(jī)。