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一種簡單無線射頻識別(RFID)系統(tǒng)的實現(xiàn)方式

作者: 時間:2010-11-09 來源:網(wǎng)絡 收藏

  O 引言

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/156963.htm

  是一種非接觸式的自動技術,它通過信號自動目標對象并獲取相關數(shù)據(jù)。識別工作無須人工干預、非接觸、閱讀速度快、無磨損、不受環(huán)境影響、壽命長、便于使用。目前,射頻識別技術在國外發(fā)展非常迅速,產(chǎn)品種類繁多,已廣泛用于工業(yè)自動化、商業(yè)自動化、交通運輸控制管理等眾多領域,如汽車、火車等交通監(jiān)控;高速公路自動收費;停車場管理;物品管理;倉儲管理:車輛防盜等。由于我國射頻識別技術起步較晚,除用于中國鐵路的車號自動識別外,僅限于射頻公交卡的應用。本文給出一種射頻識別系統(tǒng)的。閱讀器和應答器均包含在單片機控制系統(tǒng)中,利用ASK調(diào)制與解調(diào)電路以及匹配網(wǎng)絡電路,使整個系統(tǒng)的可識別有效距離約為8.3cm,有一定的使用價值。

  1 總體方案設計

  射頻識別()系統(tǒng)是由應答器、閱讀器及應用支撐軟件等幾部分組成。應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)射電路構成。其原理如圖1所示。該方案易行,電路。但這種應答器必須采用電源供電,否則電路無法工作。

  

無線射頻識別(RFID)系統(tǒng) www.elecfans.com


  將應答器看作有源應答器,在閱讀器設計部分,將接收到的微弱電壓信號進行放大,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),其原理如圖2。所示該方案電路設計簡單,容易硬件實施,可行性好。

  

  2 電路的理論分析與計算

  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。耦合線圈在識別系統(tǒng)的工作頻率范圍內(nèi)表現(xiàn)為阻抗ZL,為了與系統(tǒng)的功率匹配,必須通過無源的匹配電路阻抗轉(zhuǎn)換,使功率無反射地傳輸?shù)今詈暇€圈??梢岳蒙倭拷M件來實現(xiàn)相配的匹配電路。在現(xiàn)實應用中有多種不同的13.56MHz的識別系統(tǒng)采用了如圖3的匹配電路。

  

  本設計使用了該匹配電路,實現(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和導線的歐姆電阻RLS。

  2.2 應答器的發(fā)射電路分析

  在應答器的發(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答器所發(fā)送的數(shù)據(jù)。

  3 程序及電路的設計與計算

  3.1 閱讀器電路的設計計算

  本次所設計的閱讀器電路由耦合線圈、放大電路、解調(diào)電路、解碼電路和單片機顯示電路組成。耦合線圈及放大器電路設計如圖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)計算:

  

  式中L為線圈的自感系數(shù),測試得L=12.60μH,f為應答器的工作頻率,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,電壓明顯上升,因此應答器的工作頻率選為13.56MHz,理論計算出C=10.9pF。

  

  圖4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:

。數(shù)字恢復電路采用LM393,如圖5所示,它的作用是將解調(diào)輸出模擬信號恢復為數(shù)字信號,以便解碼器識別。解碼、單片機顯示控制電路如圖6所示。

  

  3.2 應答器電路設計計算

  編碼器設計由撥碼開關和編碼芯片VD5026構成,信息由撥碼開關生成。電路圖如圖7所示。

  

  載波振蕩器采用74HC14構成的環(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構成,實現(xiàn)ASK調(diào)制。調(diào)制波形如圖8所示。調(diào)制輸出信號經(jīng)反向后直接送諧振回路。

  


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