1、福建农林大学计算机与信息学院信息工程类实验报告课程名称： RFID 技术姓 名： *系： 电子信息工程专 业： 电子信息工程年 级： 2012 级学 号： *指导教师：职 称： 讲师2015 年 6 月 24 日实验项目列表序号 实验项目名称 成绩 指导教师1 RFID（13.56MHz）实验及工作分析 魏丽芳2 RFID（125KHz）实验 魏丽芳3RFID 系统基于 ALOHA 算法的防碰撞仿真实验及智慧农业演示魏丽芳4 温度传感器实验 魏丽芳567891011121314151617181920福建农林大学计算机与信息学院信息工程类实验报告系： 电子信息工程 专业： 电子信息工程 年级：
2、 2012 级 姓名： * 学号： * 实验课程： RFID 技术 实验室号：_田 C306 实验设备号： 12 实验时间： 15.5.15 指导教师签字： 成绩： 实验名称例：实验一 RFID（13.56MHz ）实验一、实验目的1、学习 ZigBee 协议栈的原理。2、学习 RFID 模块数据的传输过程。二、实验内容1、搭建由协调器、路由器、终端节点组成的 ZigBee 网络。2、通过 ZigBee 网络采集 RFID 模块的数据并在上位机上显示结果。三、实验设备1、串口线、USB 线（一头扁的一头方的）、M3-LINK 仿真器、 5V 电源。2、协调器开发板、路由器开发板、包含 RFID
3、（13.56MHz）传感器的节点开发板和射频卡。3、安装有 Keil uVision4 的计算机以及 ZigBee 组网源程序。四、实验说明1、硬件组成从硬件角度看，系统由 4 大部分组成：位于最底层的传感器采集节点、中间的路由节点、将数据传送到 PC 机的协调器节点以及 PC 机几个平台。系统框图如下图所示：P C协调器( L M 3 S 9 B 9 6 )采集节点 1 采集节点 5采集节点 3 采集节点 4路由 1 路由 2采集节点 6采集节点 2路由 3Z i g B e eU A R T / U S BZ i g B e eZ i g B e eZ i g B e e从上图可以看到，除
4、协调器与 PC 机的通讯可采用以太网或 USB 外，其他各个部分之间都采用 ZigBee 网络。整个系统除了 PC 机外的其他部分都采用当前最流行的低功耗、小封装的Cortex-M3 芯片做主控芯片。其中的终端节点和路由节点采用 LM3S811，汇聚节点采用内部集成以太网和 USB 控制器的 LM3S6952 或 LM3S9B96，终端节点除 ZigBee 部分进行数据传输外，还有不同的传感器信号处理部分。2、ZigBee 协议栈串口应用五、实验步骤1、将 PDL-LM3S-6734MDK 文件夹下的 Luminary 文件夹拷贝到“C:KeilARMINC”目录下， 若弹出“确认文件夹替换”
5、的对话框，请选择“全部”。2、将 PDL-LM3S-6734MDK 文件夹下的 driverLib.lib 文件拷贝到“C:KeilARMRV31LIBLuminary”目录下，若弹出“确认文件替换”的对话框，请选择“是”，即将原先工程模板中的文件 DriverLib.lib 替换成为 PDL-LM3S-6734MDK 文件夹下的文件 driverLib.lib。3、将 CC2420 模块插入 ZigBee RF1 接口上。如果协调器板上没有下载程序，在安装有 Keil uVision4 的计算机上运行附带的源程序：实验程序节点程序(V1.1)9b96_协调器Coordinator.uvpro
6、j，编译、下载到路由器板上。程序下载过程如下：1）将仿真器连接到实验箱的 JTAG1 接口上，给实验箱上电；2）打开工程文件：实验程序节点程序(V1.1)9b96_协调器Coordinator.uvproj，编译、下载程序；其中：工程的编译链接：点击 编译工程，同时将在输出窗口的 Build Output 子窗口输出编译信息：当显示 0 Eorror，0 Warning 时（出现的警告有时可以忽略），可进行代码固化了。下载成程序：程序烧写到 FLASH点击 将目标文件下载到目标系统的指定存储区中，输出窗口会显示成功烧写的提示信息。4、如果路由器板上没有下载程序，在安装有 Keil uVisio
7、n4 的计算机上运行附带的源程序：节点程序(V1.1)811_Router(01) （02 或 03）Router.uvproj，编译、下载到路由器板上。注意：实验箱上采集节点一和采集节点二部分既可作为路由节点，又可作为采集节点，取决于所下载的程序是路由程序还是采集节点程序。程序下载过程如下：1）将仿真器连接到路由节点的 JTAG 接口上，给实验箱上电；2）打开工程文件：实验程序节点程序(V1.1)811_Router(01)( 02 或 03)Router.uvproj，编译、下载程序；5、如果节点开发板上没有下载程序，在安装有 Keil uVision4 的计算机上运行附带的源程序：节点程
8、序(V1.1) 811_RFD_11(13.567MHz) demo.uvproj，编译、下载到节点开发板上。程序下载过程如下：1）将仿真器连接到采集节点的 JTAG 接口上，给实验箱上电；2）打开工程文件：节点程序(V1.1) 811_RFD_11(13.56MHz) demo.uvproj，完善程序Main.C 的程序(见图 1、2、3、4)3）对节点程序(V1.1) 811_RFD_11(13.56MHz) demo.uvproj 编译、下载程序；6、用串口线连接计算机串口和实验箱的 UART1 口，打开计算机上的监控软件MICM.exe，进入 IOT 监控系统界面，选择好串口并打开，然
9、后依次将协调器、路由器、终端节点上电、复位，具体实现见上位机使用说明：准备好后如下图：5、当有节点挂到协调器上时，界面右上方协调器下会显示节点名称，双击节点名称会进入该节点窗口，在此窗口中会显示当前数据信息（包含数字显示和图表显示），并定时更新。六实验结果及总结实验结果：将 RFID 卡放置在采集设备上，相应的终端会读取到数据，其读取到数据的方式是采用电感耦合的方式,但是每次读取到的结果不一样。总结：针对读取结果不同，我们经过讨论发现是因为有多台仪器在同时做实验，而机子采用的发送频率都是 2.45Ghz 的微波频段，且微波的作为范围较大，大家的实验终端接收装置便不断接收到不同的信号，故每次待机
10、到的数据不一样，通过本次实验，我们对ZigBee 协议栈的原理更加了解，另外学习了 RFID 模块数据的传输过程附：图 1、2、3PRIO 福建农林大学计算机与信息学院信息工程类实验报告系： 电子信息工程 专业： 电子信息工程 年级： 2012 级 姓名： * 学号： * 实验课程： RFID 技术 实验室号：_田 C306 实验设备号： 12 实验时间： 15.5.22指导教师签字： 成绩： 实验名称实验二 RFID（125KHz）实验一、实验目的1、学习 ZigBee 协议栈的原理。2、学习 RFID 模块数据的传输过程。二、实验内容1、搭建由协调器、路由器、终端节点组成的 ZigBee
11、网络。2、通过 ZigBee 网络采集 RFID 模块的数据并在上位机上显示结果。三、实验设备1、串口线、USB 线（一头扁的一头方的）、M3-LINK 仿真器、 5V 电源。2、协调器开发板、路由器开发板、包含 RFID（125KHz）传感器的节点开发板和射频卡。3、安装有 Keil uVision4 的计算机以及 ZigBee 组网源程序。四、实验说明1、硬件组成从硬件角度看，系统由 4 大部分组成：位于最底层的传感器采集节点、中间的路由节点、将数据传送到 PC 机的协调器节点以及 PC 机几个平台。系统框图如下图所示：P C协调器( L M 3 S 9 B 9 6 )采集节点 1 采集节
12、点 5采集节点 3 采集节点 4路由 1 路由 2采集节点 6采集节点 2路由 3Z i g B e eU A R T / U S BZ i g B e eZ i g B e eZ i g B e e从上图可以看到，除协调器与 PC 机的通讯可采用以太网或 USB 外，其他各个部分之间都采用 ZigBee 网络。整个系统除了 PC 机外的其他部分都采用当前最流行的低功耗、小封装的Cortex-M3 芯片做主控芯片。其中的终端节点和路由节点采用 LM3S811，汇聚节点采用内部集成以太网和 USB 控制器的 LM3S6952 或 LM3S9B96，终端节点除 ZigBee 部分进行数据传输外，还
13、有不同的传感器信号处理部分。2、ZigBee 协议栈串口应用五、实验步骤1、将 PDL-LM3S-6734MDK 文件夹下的 Luminary 文件夹拷贝到“C:KeilARMINC”目录下， 若弹出“确认文件夹替换”的对话框，请选择“全部”。2、将 PDL-LM3S-6734MDK 文件夹下的 driverLib.lib 文件拷贝到“C:KeilARMRV31LIBLuminary”目录下，若弹出“确认文件替换”的对话框，请选择“是”，即将原先工程模板中的文件 DriverLib.lib 替换成为 PDL-LM3S-6734MDK 文件夹下的文件 driverLib.lib。3、将 CC24
14、20 模块插入 ZigBee RF1 接口上。如果协调器板上没有下载程序，在安装有 Keil uVision4 的计算机上运行附带的源程序：实验程序节点程序(V1.1)9b96_协调器Coordinator.uvproj，编译、下载到路由器板上。程序下载过程如下：1）将仿真器连接到实验箱的 JTAG1 接口上，给实验箱上电；2）打开工程文件：实验程序节点程序(V1.1)9b96_协调器Coordinator.uvproj，编译、下载程序；其中：工程的编译链接：点击 编译工程，同时将在输出窗口的 Build Output 子窗口输出编译信息：当显示 0 Eorror，0 Warning 时（出现
15、的警告有时可以忽略），可进行代码固化了。下载成程序：程序烧写到 FLASH点击 将目标文件下载到目标系统的指定存储区中，输出窗口会显示成功烧写的提示信息。当无法编译时,设计 j-link:(1)PC 机通过J-LINK 仿真器与目标板连接，选择硬件仿真中的Cortex-M3 J-LINK。若工程中用到.ini 脚本文件，需在此处指定其路径。点击: 设置如下(2)使用 J-LINK仿真器，为仿真器选择合适的驱动以及为应用程序和可执行文件下载进行配置：Project-Project-Option for Target-Debuger-Settings，检查J-LINK连接是否成功。Project-
16、Project-Option for Target-Utilities，做如下配置：(3)Flash 大小添加在上图中点击Setting进入如下对话框，点击add 添加所有的配置均要点击“OK ”来保存配置4、如果路由器板上没有下载程序，在安装有 Keil uVision4 的计算机上运行附带的源程序：节点程序(V1.1)811_Router(01)（02 或 03）Router.uvproj ，编译、下载到路由器板上。注意：实验箱上采集节点一和采集节点二部分既可作为路由节点，又可作为采集节点，取决于所下载的程序是路由程序还是采集节点程序。程序下载过程如下：1）将仿真器连接到路由节点的 JTA
17、G 接口上，给实验箱上电；2）打开工程文件：实验程序节点程序(V1.1)811_Router(01)( 02 或 03)Router.uvproj，编译、下载程序；5、如果节点开发板上没有下载程序，在安装有 Keil uVision4 的计算机上运行附带的源程序：节点程序(V1.1) 811_RFD_11(125KHz) demo.uvproj，编译、下载到节点开发板上。程序下载过程如下：1）将仿真器连接到采集节点的 JTAG 接口上，给实验箱上电；2）打开工程文件：节点程序(V1.1) 811_RFD_11(125KHz) demo.uvproj，完善程序Main.C 的程序(见图 1、2、
18、3、4)3）对节点程序(V1.1) 811_RFD_11(125KHz) demo.uvproj 编译、下载程序；6、用串口线连接计算机串口和实验箱的 UART1 口，打开计算机上的监控软件MICM.exe，进入 IOT 监控系统界面，选择好串口并打开，然后依次将协调器、路由器、终端节点上电、复位，具体实现见上位机使用说明：准备好后如下图：5、当有节点挂到协调器上时，界面右上方协调器下会显示节点名称，双击节点名称会进入该节点窗口，在此窗口中会显示当前数据信息（包含数字显示和图表显示），并定时更新。六实验结果及总结该实验与实验一的区别在于采集节点频率的不同，但是其工作方式不变，依旧是电感耦合，而
19、此次我们做实验的时候，将数据传输的信道改了，使得终端每次只能接收到我们自己采集设备的数据，更方便直白地验证了数据的采集，也很好地检验了采集设备的采集范围，方式在一米左右的地方，采集设备便可以识别到电子标签，数据如下福建农林大学计算机与信息学院信息工程类实验报告系： 电子信息工程 专业： 电子信息工程 年级： 2012 级 姓名： * 学号： * 实验课程： RFID 技术 实验室号：_田 C306 实验设备号： 12 实验时间： 15.5.29指导教师签字： 成绩： 实验名称实验三 RFID 系统基于 ALOHA 算法的防碰撞仿真实验一、实验目的1、学习 Aloha 算法、时隙 Aloha 算
20、法的原理。2、了解 matlab 环境下 Aloha 算法、时隙 Aloha 算法的仿真与性能测试。二、实验内容1、分析 Aloha 算法、时隙 Aloha 算法实现的过程。2、通过 matlab 对 Aloha 算法、时隙 Aloha 算法进行仿真。三、实验环境Matlab 仿真环境。四、实验原理1、纯 Aloha 算法纯 Aloha 算法是一种最简单最基本的防碰撞算法。Aloha 协议的思想很简单，只要用户有数据要发送，就尽管让他们发送 26。当然，这样会产生冲突从而造成帧的破坏。但是，由于广播信道具有反馈性，因此发送方可以在发送数据的过程中进行冲突检测，将接收到的数据与缓冲区的数据进行比
21、较，就可以知道数据帧是否遭到破坏。同样的道理，其他用户也是按照此过程工作。如果发送方知道数据帧遭到破坏（即检测到冲突），那么它可以等待一段随机长的时间后重发该帧。图 1 纯 Aloha 算 法 示 意 图如图 3.3 所示，一开始只有发送端 1 发送了一个数据帧，那么发送端 1 将被正确识别。随后发送端 2 产生数据，并立刻发送，由于信道空闲，故也发送成功。一段时间后，发送端1 又产生了数据，并按照 Aloha 的发送协议立即发送数据，接着发送端 3 也开始发送数据。这样 1 和 3 就产生了部分碰撞；如果两个发送端恰好在同一时间发送数据，那么信息将被完全碰撞。 可以将基本的 pure Alo
22、ha 的思想运用到 RFID 系统中。纯 Aloha 一般运用于只读 RFID系统中，主要采用标签先发言的方式，即电子标签一旦进入阅读器的射频工作范围获得能量后，便向阅读器主动发送自身的序列号。用户有信息即可发送，采用冲突监听与随机重发机制。 图 2 RFID 系 统 pure Aloha 算 法 示 意 图如图 2 中，阅读器向标签广播一个 request 命令，3 个标签分别响应阅读器。其中标签1 和标签 2 发生不完全碰撞，标签 3 被成功识别。第二次标签 1 和标签 2 分别响应阅读器，由于恰好选择了同一个时间发送信息，所以两个标签发生了完全碰撞。由于前两轮识别都没能成功识别出标签 1
23、 和 3，所以还需要第三轮识别。2 时隙 Aloha 算法1972 年，Roberts 发明了一种能把信道利用率提高一倍的信道分配策略，即时隙 Aloha协议 28。其原理是用时钟来统一用户的数据发送。它将时间分为离散的时间片，用户每次必须等到下一个时间片才能开始发送数据，从而避免了用户发送数据的随意性，减少了数据产生冲突的可能性，提高了信道的利用率。图 3 时 隙 Aloha 算 法 示 意 图将时隙 Aloha 理论运用到 RFID 系统中，我们可以发现。在时隙 Aloha 算法中，每个时隙存在无标签响应、唯一标签响应、和多标签响应三种情况。当电子标签的数据帧在某个时隙发生了碰撞，该标签就
24、会随机等待一段固定的时隙长度后，再向阅读器发起通信。如下图所示：图 4 RFID 系 统 时 隙 Aloha 算 法 示 意 图图 4 中阅读器向标签发送 request 命令，该指令使阅读器范围内的所有标签同步，标签收到 request 指令后，等下一个时隙到来就向阅读器发送数据帧及 ID 信息（在这里假设一个时隙内，标签可以将所有信息传送完）。例如，图中标签 1 选择了在时隙 2 和 5 中发送信息，标签 2 和 3 同时选择了时隙 1 发送数据，因此发生了完全冲突。时隙 2 中只有标签 1 发送的信息，所以被正确接收。标签 4 和标签 5 分别选择了时隙 3、5 和 6 发送信息，故而分
25、别和标签 3、标签 2 发生了冲突。标签发送数据冲突后，等待一段随机的时间重发，直到发送成功为止。五、实验步骤：1、打开 matlab 仿真环境，打开 aloha 防碰撞算法文件夹下的main.m 文件，熟悉整个仿真结构；2、测试不同算法的仿真结果：（1）capture = 0; Aloha算法；（2）capture = 1; 时隙 Aloha算法；补充Aloha 算法、时隙 Aloha算法的程序内容，分别为 paloha.m文件和saloha.m 文件及main.m 文件中部分内容6、实验结果及总结本次实验时在机子上进行仿真，测试防碰撞算法在纯aloha算法与时隙aloha算法的区别，与考虑
26、了捕获影响后的区别，得出结论如下，1.随着传输量的增大，无论什么算法的时延都在递增2.随着传输量的增大，吞吐量都是先递增再递减。3.纯aloha算法中，考虑了捕获影响之后，实际吞吐量和理论吞吐量不同。4.时隙aloha算法相比纯aloha算法，在传输较大的数据量时，时隙aloha的算法的吞吐量较大。5.捕获影响的影响因素是在碰撞之后是否保留信号较为完整的那个，无则全部放弃，所以考虑捕获影响后吞吐量较大，时延较小。（1）capture=0 pno=1；纯aloha算法（2）capture=1，pno=1；saloha算法（3）capture=0，pno=2；saloha 算法（4）capture=1，pno=1，paloha
