煤礦用RFID信號發(fā)生器的設(shè)計與實現(xiàn)

【摘要】在研制煤礦用各種RFID實用系統(tǒng)的過程中，需要多次實驗來檢驗信號接收設(shè)備對目標(biāo)回波信號的分析處理能力，一個性能優(yōu)良的目標(biāo)回波模擬器要求能夠精確的產(chǎn)生任意波形信號。本論文基于PCI總線的AD9857基帶數(shù)字正交調(diào)制卡，實現(xiàn)了對該信號產(chǎn)生卡的控制，利用其調(diào)制線性調(diào)頻信號和步進(jìn)頻率信號，并與Matlab的仿真結(jié)果進(jìn)行對比分析。

【關(guān)鍵詞】RFID信號發(fā)生器線性調(diào)頻PCI

一、引言

RFID（Radio Frequency Identification）是無線射頻識別的縮寫，其在煤礦的資產(chǎn)管理、食品溯源、高值物品管理等等多個領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用，相關(guān)應(yīng)用工程也成為國內(nèi)外重點推動的應(yīng)用項目[1]。我國的大多數(shù)煤礦在生產(chǎn)過程中都采用了各種各樣的煤礦管理系統(tǒng)工程，隨著RFID技術(shù)的引進(jìn)，國內(nèi)煤礦也開始使用RFID技術(shù)進(jìn)行管理。在開發(fā)各種煤礦用RFID應(yīng)用系統(tǒng)的過程中，需要多次實驗來檢驗接受裝置對目標(biāo)回波信號的分析處理能力。如果調(diào)試和性能鑒定都采用實景驗證的方法對接受裝置進(jìn)行調(diào)試和性能分析，不僅要花費大量的人力、財力和物力，也使開發(fā)周期加長；而且由于實際應(yīng)用環(huán)境和實驗條件的限制，很多場景下其性能及指標(biāo)測試難以在完全真實的環(huán)境中進(jìn)行[2]。近些年來煤礦用RFID信號模擬技術(shù)相應(yīng)得到重視，各國研制出了許多型號的信號模擬器。而煤礦用RFID信號模擬器從本質(zhì)上來說就是一個性能優(yōu)良的信號產(chǎn)生器[3]。

二、RFID信號發(fā)生器設(shè)計

2.1系統(tǒng)總體設(shè)計

整個系統(tǒng)由一塊PCI總線接口卡和一個中頻組合組成。該數(shù)字式正交調(diào)制器組合的工作原理是將計算機(jī)實時計算的基帶數(shù)據(jù)，通過PCI總線接口卡，將I、Q兩路輸入數(shù)據(jù)在存儲器中進(jìn)行交迭緩存，輸出14bit的并行數(shù)據(jù)和控制信號給基帶正交調(diào)制部分；基帶正交調(diào)制模塊，利用數(shù)字正交調(diào)制的方法，將輸入的I、Q數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字上變頻，輸出基帶調(diào)制信號，本設(shè)計中使用的基帶調(diào)制板的參考時鐘為80MHz。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示[4]。

為了協(xié)調(diào)高速總線與正交調(diào)制器芯片之間的數(shù)據(jù)傳輸，需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存。本設(shè)計采用高速的先進(jìn)先出存儲器（FIFO）作為數(shù)據(jù)存儲器。選用IDT公司的高速先進(jìn)先出存儲器（FIFO）作為存儲器，其最大訪問延遲為25ns。

邏輯控制電路部分主要用于產(chǎn)生FIFO的讀、寫信號和AD9857所需的信號。FIFO的讀信號由PLX9052的片選信號和寫信號共同決定。在FIFO的讀信號/R的下降沿將數(shù)據(jù)從FIFO中讀出，在AD9857的PDCLK的上升沿將讀取的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制輸出。時序關(guān)系如圖所示。在一組數(shù)據(jù)讀完后而新一組的數(shù)據(jù)未更新時，要求重復(fù)發(fā)送當(dāng)前的這組數(shù)據(jù)，這可以利用FIFO的/EF標(biāo)志連至重發(fā)/RT端來實現(xiàn)，調(diào)制器的數(shù)字部分使用兩套FIFO，保證輸出信號的無縫切換[5]。

PDCLK、TX Enable和FIFO讀信號之間的關(guān)系如圖2所示。

2.2基帶數(shù)字正交調(diào)制模塊

基于PCI總線的基帶數(shù)字正交調(diào)制卡的功能是將計算機(jī)實時計算的基帶數(shù)據(jù)，通過計算機(jī)接口卡，利用數(shù)字正交調(diào)制的方法，輸出基帶調(diào)制信號。其原理框圖如圖3所示。

采用AD公司的AD9857數(shù)字上變頻器來實現(xiàn)數(shù)字正交調(diào)制功能。AD9857芯片具有優(yōu)良的動態(tài)性能，在65MHz（100kHz）的輸出頻率上，具有80dB的無雜散動態(tài)范圍（SFDR）。

（4）

式中：N為頻率步進(jìn)數(shù)，Tr為脈沖重復(fù)周期，子為發(fā)射脈沖寬度，f0為載波起始頻率，Δf為頻率步進(jìn)間隔[8]。

現(xiàn)取N=4，Tr=0.0025s，子=0.00125s，f0=13kHz，Δf=10kHz，得步進(jìn)頻率信號的時域如圖6，如果加入信噪比為10db的高斯白噪聲，則時域為圖7。

四、結(jié)論

本文主要圍繞基于PCI總線的基帶數(shù)字正交調(diào)制技術(shù)進(jìn)行研究，對系統(tǒng)中的一些主要參數(shù)進(jìn)行了分析計算，并利用Matlab分析了非平穩(wěn)信號信號下的系統(tǒng)性能，仿真結(jié)果表明，該系統(tǒng)基本可以產(chǎn)生預(yù)期的各種信號。下一步的工作中，將結(jié)合具體煤礦用RFID實際管理工程項目，對此系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，以實現(xiàn)開發(fā)這類系統(tǒng)的根本目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

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