基于数字化液滴微喷射技术的RFID天线印制系统的设计及实验研究

发布时间：2017-10-18 09:55

  本文关键词：基于数字化液滴微喷射技术的RFID天线印制系统的设计及实验研究

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【摘要】：RPID天线正向小型化、柔性化方向发展,传统制造技术已不能满足其要求,寻找具有低成本、高精度、柔性化等优点的天线制作技术具有重要的意义。目前,基于纳米金属墨水的喷墨印制工艺已经成为RFID天线制作的主要方向,当前天线喷墨印制研究中常用的商用喷墨打印机,通常存在印制过程可控性差、基底材料适用性差、喷头难以拆卸及难以维护的缺点,这些缺点制约了喷墨印制技术在RFID天线印制领域的应用,针对这些不足,本课题提出了基于液滴微喷射技术RFID天线印制系统的设计方案,并进行了印制实验的研究。本系统由导电液滴发生装置、工作台及控制系统等模块组成。系统以压电陶瓷为压电作动器驱动液滴的喷射,以双路电机带动工作台的运动。控制系统上位机进行系统参数及天线图形文件处理并通过串口传输至下位机,下位机以FPGA为主芯片,以其内嵌Nios Ⅱ软核为处理器,进行驱动波形的发生和天线图形文件的二次开发,实现高精度的、印制过程可控的RFID天线图形的印制。以无颗粒型导电墨水Jet-600C为导电墨水原液,喷射在经疏水化处理的PET薄膜上,经140℃烧结后形成RFID标签天线。实验研究了导电墨水稀释比例、微喷嘴出口内径、驱动波形幅值、相邻液滴重叠度、疏水化材料浓度对导电液滴直径、成线规则程度及导电性能的影响；仿真设计了折叠偶极子天线,在电压为60V,微喷嘴出口内径为80μm的条件下进行3层的偶极子天线的印制,通过矢量网络测试仪对天线的性能参数进行检测,测试结果与仿真值具有很好的一致性。研究结果表明,本系统可用于RFID天线印制,并能够满足高精度、低成本,柔性化制造的要求。以PEDOP:PSS导电水溶液为导电墨水,间隙型相纸为承印基底,进行螺旋线导线印制,证明了本系统适用于不同的导电墨水及承印材料的RFID天线印制,在其他柔性电子制作方面具有一定的潜力。
【关键词】：喷墨印制 液滴微喷射 RFID天线 纳米导电墨水 FPGA
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN822;TP391.44
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-11
• 1 绪论11-17
• 1.1 课题背景及研究意义11
• 1.2 RFID天线印制技术的研究概况11-13
• 1.3 RFID天线喷墨印制技术现状分析及研究难点13-15
• 1.3.1 RFID天线喷墨印制技术的研究现状分析13-14
• 1.3.2 液滴微喷射技术研究难点14-15
• 1.4 论文主要研究内容15-17
• 2 基于数字化液滴微喷射技术的RFID天线印制系统总体方案设计17-23
• 2.1 概述17
• 2.2 系统总体需求分析及方案选择17-18
• 2.2.1 导电液滴喷射驱动方案选择17-18
• 2.2.2 RFID天线印制参数控制18
• 2.2.3 RFID天线图形处理18
• 2.2.4 RFID天线图形轨迹拟合18
• 2.3 系统技术参数需求及基本功能18-19
• 2.4 RFID天线印制系统总体设计方案19-20
• 2.5 控制系统需求分析及方案设计20-22
• 2.6 本章小结22-23
• 3 RFID天线印制系统硬件电路设计及SOPC系统构建23-34
• 3.1 RFID印制系统控制系统方案选择23
• 3.2 RFID印制系统硬件电路设计23-28
• 3.2.1 FPGA最小系统24
• 3.2.2 外部存储模块24-25
• 3.2.3 主芯片选择及端口资源分配25-26
• 3.2.4 串口通信模块设计26
• 3.2.5 数模转换模块26-27
• 3.2.6 电机控制模块27-28
• 3.3 基于FPGA的可编程片上系统的构建28-32
• 3.3.1 基于Nios Ⅱ的微控制器软核构建28-30
• 3.3.2 核外逻辑部分设计30-32
• 3.4 本章小结32-34
• 4 RFID天线印制系统软件设计34-50
• 4.1 上位机系统软件设计34-38
• 4.1.1 上位机用户操作界面设计34-35
• 4.1.2 上位机工作流程设计35
• 4.1.3 串口通讯设计35
• 4.1.4 波形数据的读入模块设计35-36
• 4.1.5 RFID天线图形交互文件读入及处理模块设计36-38
• 4.2 下位机系统软件设计38-49
• 4.2.1 下位机系统软件总体结构设计39-40
• 4.2.2 下位机系统初始化设计40
• 4.2.3 驱动波形数据存储模块40-41
• 4.2.4 印制过程软件设计41-43
• 4.2.5 图形印制程序设计43-49
• 4.3 本章小结49-50
• 5 基于液滴微喷射技术的RFID天线印制实验研究50-62
• 5.1 RFID标签天线印制实验50-53
• 5.1.1 实验材料及仪器50-51
• 5.1.2 PET基底表面处理51-52
• 5.1.3 导电溶液的配比52-53
• 5.1.4 RFID标签天线的印制与固化成型53
• 5.2 实验结果与分析53-56
• 5.2.1 系统参量对导电墨水成线的影响53-55
• 5.2.2 基底印前处理对导电墨水成线的影响55-56
• 5.3 导电性研究56-57
• 5.4 RFID标签天线制作实验57-60
• 5.4.1 RFID标签天线结构设计57-58
• 5.4.2 RFID标签天线印制及参数检测58-60
• 5.5 任意图形印制验证实验60-61
• 5.6 本章小结61-62
• 6 总结与展望62-64
• 6.1 本文总结62-63
• 6.2 研究展望63-64
• 致谢64-65
• 参考文献65-69
• 附录69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 刘彩凤;王忠于;;无源RFID标签天线的丝网印刷墨层厚度分析[J];包装工程;2008年12期

2 张勇;于宏宇;张志奇;王旭东;张晨;;基于RFID的远程物资管理系统[J];化工自动化及仪表;2014年11期

3 李庆;周凤丽;;RFID技术在自动化仓储系统中的应用[J];软件导刊;2014年11期

4 赖晓铮;张小燕;赖声礼;;弯折线偶极子天线谐振特性的研究[J];微波学报;2006年03期

5 时航;曾凡;黄昊;姬晓波;史森中;;手术器械无线射频管理系统的设计及应用[J];中国医学装备;2014年11期

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本文编号：1054247