簡單無線射頻識別系統(tǒng)設(shè)計(jì)

作者：時(shí)間：2011-06-17 來源：網(wǎng)絡(luò)

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　　1 總體方案設(shè)計(jì)

無線射頻識別(RFID)系統(tǒng)是由應(yīng)答器、閱讀器及應(yīng)用支撐軟件等幾部分組成。應(yīng)答器采用直流電源供電，它主要由編碼電路、載波振蕩電路、調(diào)制電路和發(fā)射電路構(gòu)成。該方案簡單易行，電路簡單。但這種應(yīng)答器必須采用電源供電，否則電路無法工作。

　　將應(yīng)答器看作有源應(yīng)答器，在閱讀器設(shè)計(jì)部分，將接收到的微弱電壓信號進(jìn)行放大，在利用解調(diào)電路取出有用信號，經(jīng)過判別電路后再利用解碼芯片，最后利用顯示控制電路顯示閱讀器接收到的數(shù)據(jù)。所示該方案電路設(shè)計(jì)簡單，容易硬件實(shí)施，可行性好。

　　2 電路的理論分析與計(jì)算

　　2.1 耦合線圈的匹配理論

　　作為電磁能量的發(fā)射裝置一耦合線圈，必須考慮其匹配問題。耦合線圈在無線識別系統(tǒng)的工作頻率范圍內(nèi)表現(xiàn)為阻抗ZL，為了實(shí)現(xiàn)與系統(tǒng)的功率匹配，必須通過無源的匹配電路實(shí)現(xiàn)阻抗轉(zhuǎn)換，使功率無反射地傳輸?shù)今詈暇€圈?？梢岳蒙倭拷M件來實(shí)現(xiàn)相配的匹配電路。

　　本設(shè)計(jì)使用了該匹配電路，實(shí)現(xiàn)了阻抗匹配。要確定匹配電路的參數(shù)，需要測量出線圈的電感LS和導(dǎo)線的歐姆電阻RLS。

　　2.2 應(yīng)答器的發(fā)射電路分析

　　在應(yīng)答器的發(fā)送器部分，首先由頻率穩(wěn)定的石英晶體振蕩器產(chǎn)生所需的工作頻率的信號。振蕩器信號被饋送到由信號編碼的基帶信號控制的調(diào)制級。此基帶信號就是鍵控的恒壓信號，在此將二進(jìn)制數(shù)據(jù)以串行碼的形式表示出來。根據(jù)調(diào)制器的類型，執(zhí)行對振蕩器信號的ASK或FSK調(diào)制。此時(shí)基帶信號會被直接饋送到頻率合成器，再通過功率放大使調(diào)制后的信號達(dá)到所需電平，然后將調(diào)制后的放大信號輸出耦合到初級線圈。

　　2.3 閱讀器接收電路分析

　　閱讀器接收電路由耦合線圈、放大器、解調(diào)器、解碼器和顯示部分組成。通過耦合線圈所得的電壓信號經(jīng)過放大器放大后，再經(jīng)解調(diào)器解調(diào)得到載波信號，再經(jīng)解碼器解碼和顯示電路得到應(yīng)答器所發(fā)送的數(shù)據(jù)。

　　3 程序及電路的設(shè)計(jì)與計(jì)算

　　3.1 閱讀器電路的設(shè)計(jì)計(jì)算

　　本次所設(shè)計(jì)的閱讀器電路由耦合線圈、放大電路、解調(diào)電路、解碼電路和單片機(jī)顯示電路組成。耦合線圈及放大器電路設(shè)計(jì)如圖4所示。為了使閱讀器線圈的耦合效率高，可將通過該線圈并聯(lián)可調(diào)電容，使其諧振頻率和應(yīng)答器的工作頻率一致，使閱讀器線圈工作在諧振狀態(tài)，并聯(lián)諧振回路的諧振頻率可由式(1)計(jì)算：

　　式中L為線圈的自感系數(shù)，測試得L=12.60μH，f為應(yīng)答器的工作頻率，為13.56MHz，由于具有并聯(lián)電容器的閱讀器線圈在諧振頻率13.56-MHz激勵時(shí)，電壓明顯上升，因此應(yīng)答器的工作頻率選為13.56MHz，理論計(jì)算出C=10.9pF。

　　屬于高頻小信號放大器，S8050的fT典型值為200MHz，則電流放大倍數(shù)約為：

　　3.2 應(yīng)答器電路設(shè)計(jì)計(jì)算

　　編碼器設(shè)計(jì)由撥碼開關(guān)和編碼芯片VD5026構(gòu)成，信息由撥碼開關(guān)生成。

編碼器電路

　　載波振蕩器采用74HC14構(gòu)成的環(huán)行振蕩器，功耗小，最小工作電壓低，適合于3V電池供電。振蕩器反饋中接入13.56MHz晶體濾波器，載波頻率穩(wěn)定度高。

　　調(diào)制器由高速CMOS器件74HC00構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)ASK調(diào)制。調(diào)制波形如圖所示。調(diào)制輸出信號經(jīng)反向后直接送諧振回路。

振幅鍵控信號波形

　　3.3 程序設(shè)計(jì)

VD5027解碼正確時(shí)，17管腳輸出高電平，4位數(shù)據(jù)由管腳10、11、12、13輸出。因此單片機(jī)設(shè)置為中斷模式，VD5027的17管腳經(jīng)反向后接在單片機(jī)的中斷0入口處。主程序?yàn)樾菝叩却隣顟B(tài)，當(dāng)有應(yīng)答器且解碼正確時(shí)，響應(yīng)中斷服務(wù)子程序，顯示相應(yīng)的信息。其流程如圖所示。

顯示程序流程圖

　　3.4 總電路圖設(shè)計(jì)

　　根據(jù)前面的分析設(shè)計(jì)，在面包板上安裝調(diào)試正確后，焊接印刷電路板，測試結(jié)果正確。

　　4 識別裝置工作流程圖

　　識別裝置工作流程如圖所示。此無線識別裝置由手動輸入信息，經(jīng)編碼器編碼，采用ASK調(diào)制方式，載波為13.56MHz，經(jīng)線圈耦合發(fā)送。閱讀器將接收到的ASK信號放大后，經(jīng)二極管包絡(luò)檢波，送至數(shù)字恢復(fù)電路后，再解碼。解碼正確時(shí)，由單片機(jī)顯示結(jié)果。

識別裝置工作流程圖