利用51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單射頻無(wú)線識(shí)別裝置系統(tǒng)

1 引言

射頻識(shí)別是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。射頻識(shí)別工作無(wú)須人工干預(yù)，非接觸，閱讀速度快，無(wú)磨損，不受環(huán)境影響，壽命長(zhǎng)，便于使用。目前，射頻識(shí)別技術(shù)在國(guó)外發(fā)展非常迅速，射頻識(shí)別產(chǎn)品種類(lèi)繁多，已廣泛用于工業(yè)自動(dòng)化、商業(yè)自動(dòng)化、交通運(yùn)輸控制管理等眾多領(lǐng)域，如汽車(chē)、火車(chē)等交通監(jiān)控；高速公路自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)；停車(chē)場(chǎng)管理系統(tǒng)；物品管理；倉(cāng)儲(chǔ)管理；車(chē)輛防盜等。由于我國(guó)射頻識(shí)別技術(shù)起步較晚，除用于中國(guó)鐵路的車(chē)號(hào)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)外，僅限于射頻公交卡的應(yīng)用。

在此，給出一種實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單射頻識(shí)別系統(tǒng)的方式。閱讀器和應(yīng)答器均包含在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，利用2ASK調(diào)制與解調(diào)電路以及匹配網(wǎng)絡(luò)電路，使整個(gè)系統(tǒng)的可識(shí)別有效距離約為10 cm，這已能夠符合一般應(yīng)用的需求。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述

系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要分閱讀器、應(yīng)答器、線圈3部分。閱讀器采用晶振1和晶振2，分別提供應(yīng)答器的功率驅(qū)動(dòng)信號(hào)和數(shù)字調(diào)制信號(hào)。晶振1產(chǎn)生的振蕩信號(hào)經(jīng)過(guò)帶通濾波器處理后，進(jìn)行功率級(jí)放大，并通過(guò)匹配網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行阻抗變換，以最大效率從線圈發(fā)射出去，為應(yīng)答器提供所需的工作能量。晶振2產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)過(guò)低通濾波器濾除高頻雜波后，送往開(kāi)關(guān)電路；手動(dòng)設(shè)置的信息，南單片機(jī)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的控制信號(hào)，控制開(kāi)關(guān)的通斷，從而形成2ASK調(diào)制信號(hào)，與應(yīng)答器進(jìn)行通信。此外，閱讀器還需將線圈上接收到的應(yīng)答信號(hào)濾波放大并檢波，最終獲取有效信息，并由串口讀取。圖1給出閱讀器結(jié)構(gòu)。

晶振產(chǎn)生振蕩信號(hào)后，經(jīng)低通濾波器去除高頻雜波，送往開(kāi)關(guān)電路，作為2ASK的載波信號(hào)?？刂崎_(kāi)關(guān)電路通斷的信號(hào)由操作者通過(guò)撥碼開(kāi)關(guān)手動(dòng)設(shè)置，并由單片機(jī)讀取后產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)。同時(shí)，應(yīng)答器通過(guò)線圈接收功率驅(qū)動(dòng)信號(hào)，待整流濾波后，得到直流電平，然后作DC—DC變換，以獲取最終所需的直流電平，供整個(gè)應(yīng)答器部分工作。圖2給出了應(yīng)答器結(jié)構(gòu)。

3 硬件電路

3.1 閱讀器與應(yīng)答器2ASK調(diào)制解調(diào)電路

2ASK的載波信號(hào)是2MHz正弦波，它由有源晶振產(chǎn)生的方波經(jīng)過(guò)低通濾波器得到。數(shù)字調(diào)制信號(hào)從CPU的串口輸出，經(jīng)過(guò)模擬開(kāi)關(guān)MX7501控制信號(hào)通斷，產(chǎn)生了2ASK信號(hào)。Ll，L2，C1和C2構(gòu)成了二階巴特沃茲低通濾波器，輸出為近似正弦波的2 MHz信號(hào)。R1與R4使LC濾波器阻抗匹配。當(dāng)EN為0時(shí)，OUT為0；反之為S1通道信號(hào)。圖3給出閱讀器的2ASK調(diào)制電路。

圖4給出了解調(diào)電路。通過(guò)匹配網(wǎng)絡(luò)的2ASK信號(hào)幅度低，噪聲大，需要經(jīng)過(guò)三級(jí)處理才能解調(diào)出數(shù)字信號(hào)。首先通過(guò)OP37中高速運(yùn)算放大器將信號(hào)放大5倍，再經(jīng)過(guò)高速比較器MAX910中的比較器A，將毛刺狀信號(hào)加寬，減小噪聲，D/A輸出經(jīng)L1，C1和C2組成的低通濾波器，取直流分量，這相當(dāng)于包絡(luò)檢波。LC低通濾波器的截止頻率為480HZ。最后將該信號(hào)進(jìn)行比較整形，得到數(shù)字調(diào)制，再經(jīng)QB輸入到單片機(jī)串口。

3.2 發(fā)射電路

有源晶振產(chǎn)生的8MHZ方波經(jīng)帶通濾波器取出8 MHz的正弦信號(hào)，并通過(guò)功率放大器后輸出到線圈上。圖5中，L3，L4，C7和C8構(gòu)成了二階8 MHz的巴特沃茲帶通濾波器，用以濾除諧波分量。VQ1為集射極跟隨器，用以調(diào)節(jié)R3，使其靜態(tài)工作電流約為1.5 mA，該級(jí)電路起到與信源隔離的作用。VQ2為丙類(lèi)放大器，調(diào)節(jié)R7和VQ2的基極偏壓使其工作在丙類(lèi)放大狀態(tài)。改變C2使其諧振，此時(shí)電源電流最小。再調(diào)節(jié)R4和VQ2的基極偏壓，使電源電流更小，輸出幅度更大，以處于丙類(lèi)放大狀態(tài)。L1為線圈，同時(shí)起到諧振電感的作用。C6為線圈的等效電容，經(jīng)測(cè)量，約為34 pF；C3為外接電容，它能使并聯(lián)回路諧振在8MHz。諧振時(shí)，L1上的電壓可達(dá)45V。閱讀器和應(yīng)答器發(fā)射的另一個(gè)信號(hào)是2ASK信號(hào)，它經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大后，通過(guò)匹配網(wǎng)絡(luò)直接連接到線圈上。