小型無線射頻識別系統(tǒng)設(shè)計方案

當今各種智能化控制系統(tǒng)離不開數(shù)據(jù)信息的傳輸。其中，無線數(shù)據(jù)傳輸是區(qū)別于傳統(tǒng)有線傳輸?shù)男滦蛡鬏敺绞剑?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/系統(tǒng)">系統(tǒng)不需要傳輸線纜且成本低廉。為單片機匹配相應(yīng)的無線通信接口電路，即可實現(xiàn)單片機之間或單片機與微機之間的無線數(shù)據(jù)傳輸。目前常用的無線通信接口電路，是以無線收發(fā)芯片為核心的電路。當數(shù)據(jù)傳輸時，在軟件設(shè)計中采取必要的抗干擾措施和識別措施，可以有效地避免干擾，達到滿意的通信效果。文中以89c2051單片機為基礎(chǔ)，進行無線通信以識別非接觸式無線識別裝置，其應(yīng)用可以嵌入到電業(yè)管理或燃氣收費等系統(tǒng)中，也可作為一個獨立讀卡器對IC卡進行操作，配合不同軟件可以應(yīng)用于不同行業(yè)。

1　系統(tǒng)的工作原理

本設(shè)計以單片機作為閱讀器和應(yīng)答器的核心、這兩部分主要使用LM567。本系統(tǒng)是一個小型的無線識別器件最大操作距離達70mm。系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)分為射頻區(qū)和接口區(qū)：射頻區(qū)內(nèi)含調(diào)制解調(diào)器和電源供電電路，直接與天線連接;接口區(qū)有與單片機相連的端口，還具有與射頻區(qū)相連的收/發(fā)器、可以用單片機程序存放3套寄存器初始化文件的E2PROM以及進行3次數(shù)據(jù)證實防錯誤機制、防碰撞處理的防碰撞模塊和控制單元。這是閱讀器跟應(yīng)答器實現(xiàn)無線通信的核心模塊，也是設(shè)計的關(guān)鍵。

2　硬件電路的設(shè)計

無線識別系統(tǒng)裝置由閱讀器、應(yīng)答器與耦合線圈(即天線)3部分組成。

2.1　閱讀器的設(shè)計

閱讀器基本電路，如圖1所示。當有應(yīng)答器靠近閱讀器時，閱讀器內(nèi)的天線組成了一個LC并聯(lián)諧振電路，其頻率與應(yīng)答器的發(fā)射頻率相同，這樣在電磁波的激勵下，LC諧振電路產(chǎn)生共振，從而使高頻信號流入閱讀器中用于解調(diào)的LM567的輸入端。輸出的解調(diào)信號與上述單片機編碼信號反向，最后經(jīng)過單片機譯碼輸出顯示。

LM567具有調(diào)制和解調(diào)雙重功能。其調(diào)解出來的信號可直接被單片機識別，并由單片機發(fā)送給數(shù)碼管并顯示。

圖1　閱讀器

2.2　應(yīng)答器的設(shè)計

應(yīng)答器工作時，通過89c2051單片機進行數(shù)據(jù)編碼，然后送往LM567被調(diào)制到高頻載波上，與其輸出端相連的天線線圈不斷地向外發(fā)出一組固定頻率的電磁波(145kHz)，當有應(yīng)答器靠近閱讀器時，閱讀器識別并顯示。應(yīng)答器硬件電路如圖2所示。

圖2

2.3　耦合線圈(即天線)的設(shè)計

天線是一種轉(zhuǎn)能器。發(fā)射時，把發(fā)射機的高頻電流轉(zhuǎn)化為空間電磁波;接收時，把從空間截獲的電磁波轉(zhuǎn)換為高頻電流送入接收機。對于設(shè)計一個應(yīng)用于射頻識別系統(tǒng)的小功率、短距離無線收發(fā)設(shè)備，天線設(shè)計是其中的重要部分。良好的天線系統(tǒng)可以使通信距離達到最佳狀態(tài)。天線的種類很多，不同的應(yīng)用需要不同的天線。在小功率、短距離的RFID系統(tǒng)中，需要一個通信可靠、價格低廉的天線系統(tǒng)，耦合線圈環(huán)型天線是比較常用的一種。

2.3.1　分析環(huán)型天線的等效電路

環(huán)型天線激勵點的電壓和電流由環(huán)的輸入阻抗聯(lián)系起來，即V=ZI0。為了評估用于天線諧振的電容Z′in，環(huán)型天線的輸入阻抗必須確定;同樣，為了評估天線效率和輻射阻抗，環(huán)型導體內(nèi)的歐姆損耗和其他歐姆損耗也必須確定。