基于射频技术的无线识别系统设计_韩团军.docx

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1、基于射频技术的无线识别系统设计韩团军(陕西理工学院，陕西汉中)摘要：本无线识别装置通过线圈耦合实现了阅读器对应答器预置信息的识别。应答器采用ASK调制方式，采用74HC14构成的环行振荡器作为载波发生器，用13.56MHZ晶体滤波，载波频率稳定度高，整个电路采用3V电池供电，工作效率高。信息经编码后，作为调制信号，经线圈耦合发送。阅读器将接收到的ASK信号放大后，经二极管包络检波，送至数字恢复电路后，再解码。解码正确时.，由单片机显示结果。整个电路结构简单，效率高，具有一定应用价值。关键词：阅读器；应答器：耦合WirelessIdentificationSystemBasedonRadioFr

2、equencyTechniqueHanTuanjun(ShannxiUniversityofTechnology,Hanzhong,Shannxi)Abstract：Thiswirelessidentificationdevicesimplementstheidentificationoftheinformation,whichispresetbythereadertothetransponder,throughthecoilcoupling.ThetransponderusesASKmodulation,andaringoscillatorconsistingof74HC14asthecar

3、riergenerator.Inadditionitadopts13.56MHzcrystalfilter,hasahighcarrierfrequencystability.Theentirecircuitworkswith3Vbatterj,-powersupply,andhashighworkefficiency.Theinformationencryptedissentbycouplingcoilasamodulationsignal.ThereaderamplifiesthereceivedASKsignal,thentheamplifiedsignalisdetectedandse

4、nttodigitalrecoverycircuitandthendecoded.Whendecodingcorrect,theresultwillbedisplayedbytheMCU.Theoverallcircuitfeaturessimplestructure,highefficiencyandhascertainapplicationvalue.Keywords：reader;transponder;couplingO引言射频识别是一种非接触式的自动识别技术它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。射频识别工作无须人工干预、非接触、阅读速度快、无磨损、不受环境影响、寿命长、便于使

5、用。目前，射频识别技术在国外发展非常迅速，产品种类繁多.已广泛用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理等众多领域，如汽车、火车等交通监控；高速公路自动收费系统；停车场管理系统；物品管理；仓储管理：车辆防盗等。由于我国射频识别技术起步较晚，除用于中国铁路的车号自动识别系统外，仅限于射频公交卡的应用。本文给出一种实现简单射频识别系统的方式。阅读器和应答器均包含在单片机控制系统中，利用ASK调制与解调电路以及匹配网络电路，使整个系统的可识别有效距离约为8.3cm.有一定的使用价值。1总体方案设计无线射频识别(RFlD)系统是由应答器、阅读器及应用支撑软件等几部分组成。应答器采用直流电源供电，它主

6、要由编码电路、载波振荡电路、调制电路和发射电路构成。其原理如图1所示。该方案简单易行，电路简单。但这种应答器必须采用电源供电，否则电路无法工作。I1-M)Ua-_lMlllltt-IftttS,aI图I应答器发射电路的电路原理图将应答器看作有源应答器，在阅读器设计部分，将接收到的微弱电压信号进行放大，在利用解调电路取出有用信号，经过判别电路后再利用解码芯片，最后利用显示控制电路显示阅读器接收到的数据，其原理如图2。所示该方案电路设计简单，容易硬件实施，可行性好。ftffl-ttaI-winsI_-pimaJ显不图2阅读器接收电路原理图2电路的理论分析与计算2.1 耦合线圈的匹配理论作为电磁能量

7、的发射装置一耦合线圈，必须考虑其匹配问题。耦合线圈在无线识别系统的工作频率范围内表现为阻抗ZS为了实现与系统的功率匹配，必须通过无源的匹配电路实现阻抗转换，使功率无反射地传输到耦合线圈。可以利用少量组件来实现相配的匹配电路。在现实应用中有多种不同的13.56MHZ的无线识别系统采用了如图3的匹配电路。图3线圈的简单匹配电路本设计使用了该匹配电路，实现了阻抗匹配。要确定匹配电路的参数，需要测量出线圈的电感小和导线的欧姆电阻&22.2 应答器的发射电路分析24在应答器的发送器部分，首先由频率稳定的石英晶体振荡器产生所需的工作频率的信号。振荡器信号被馈送到由信号编码的基带信号控制的调制级。此基带信号

8、就是键控的恒压信号，在此将二进制数据以串行码的形式表示出来。根据调制器的类型，执行对振荡器信号的ASK或FSK调制。此时基带信号会被直接馈送到频率合成器，再通过功率放大使调制后的信号达到所需电平，然后将调制后的放大信号输出耦合到初级线圈。2. 3阅读器接收电路分析阅读器接收电路由耦合线圈、放大器、解调器、解码器和显示部分组成。通过耦合线圈所得的电压信号经过放大器放大后，再经解调器解调得到载波信号，再经解码器解码和显示电路得到应答器所发送的数据。3程序及电路的设计与计算2.1 阅读器电路的设计计算本次所设计的阅读器电路由耦合线圈、放大电路、解调电路、解码电路和单片机显示电路组成。耦合线圈及放大器

9、电路设计如图4所示。为了使阅读器线圈的耦合效率高，可将通过该线圈并联可调电容，使其谐振频率和应答器的工作频率一致，使阅读器线圈工作在谐振状态，并联谐振回路的谐振频率可由式(1)计算：式中L为线圈的自感系数，测试得L=126()UH,然应答器的工作频率，为13.56MHz,由于具有并联电容器的阅读器线圈在谐振频率13.56MHZ激励时，电压明显上升，因此应答器的工作频率选为13.56MHz,理论计算出C=10.9pFo图4密嫉小信号放大电路图5数字恢复电路图4属于高频小信号放大器，S8050的斤典型值为200MHz,则电流放大倍数约为夕=黑=14.7倍。J13.56数字恢复电路采用LM393,如

10、图5所示，它的作用是将解调输出模拟信号恢复为数字信号，以便解码器识别。解码、单片机显示控制电路如图6所示。图6解码、单片机显示控制电路3. 2应答器电路设计计算编码器设计由拨码开关和编码芯片VD5026构成，信息由拨码开关生成。电路图如图7所示。图7编码器电路(参见右栏)载波振荡器采用74HCl4构成的环行振荡器，功耗小，图7编码器电路最小工作电压低，适合于3V电池供电。振荡器反馈中接入13.56MHZ晶体滤波器，载波频率稳定度高。调制器由高速CMoS器件74Heoo构成，实现ASK调制。调制波形如图8所示。调制输出信号经反向后直接送谐振回路。3IIIIII、EwWAr图8振幅键控信号波形3.

11、3程序设计VD5027解码正确时，17管脚输出高电平，4位数据由管脚10、11、12、13输出。因此单片机设置为中断模式，VD5027的17管脚经反向后接在单片机的中断0入口处。主程序为休眠等待状态，当有应答器且解码正确时,吧应中断服务子程序，显示相应的信息。其流程如图9所小O图9显示程序流程图3.4总电路图设计根据前面的分析设计，在面包板上安装调试正确后,焊接印刷电路板，测试结果正确。4识别装置工作流程图25识别装置工作流程如图10所示。此无线识别装置由手动输入信息，经编码器编码，采用ASK调制方式，载波为13.56MHz,经线圈耦合发送。阅读器将接收到的ASK信号放大后，经二极管包络检波，

12、送至数字恢复电路后，再解码。解码正确时，由单片机显示结果。应答器部分电感耦合阅读器部分图10识别装置工作流程图5测试方案与测试结果5.1电感线圈测量测量设备：QBG-IA型高频Q表。测试结果：电感线圈匝数N=Io匝，电感线圈直径D=6.9cm,阅读器电感线圈L1：12.73HH,应答器电感线圈L1：12.60H,分析：两电感线圈匝数、直径相同，但电感量不同，主要是电感由手工绕制，因此因松紧、间隙不同造成。5.2编码器VD5026测量测试设备：数字示波器DS5062M。测试结果：输出为波形较好的方波信号。振荡频率户22.872kHz,幅度=3.00V,Vmax=2.24V,Vmin=O.OOVo

13、5.3载波振荡器测量测试设备：数字示波器DS5062M。测试结果：频率：13.56MHZ幅度5=1.4OV波形失真分析：振荡器是由非门构成环行振荡器，有门延迟时间。LC器件能够存储能量，故Le振荡器波形较好。5.4调制输出波形测量测试设备：数字示波器DS5062M。Vpp=4.12V,Vmax=2.24V,Vmin=-1.88V1,ASK“佛1例L图UASK调制信号5.5识别测量5.5.1误码测量测试方法：在应答器上通过拨码开关设置OOOOTIlL在阅读器上用4个发光二极管显示和一位数码管显示0-F。测试结果：应答器拨OOOoTn1,阅读器相应显示0000-1111,数码管显示。E测试结果正确

14、，误码率为0。5.5.2传输时延测量测试工具：手机秒表测试方法：从应答器信息改变，到阅读器显示出的时间间隔。测试结果：0.79slso5.5.3识别距离测量测试工具：直尺。测试方法：改变应答器与阅读器间电感线圈的距离，并观察阅读器显示信息是否与应答器相同。测试结果：稳定传输距离5.5cm,最远识别距离83cm。5.6功耗测量测试工具：天宇TY360万用表。测试方法：采用万用表测量电压U和电流/,则功耗P=UL测试结果：a.阅读器：U=5V,/=50mA,P=t=5x50=250mVob.应答器：t=3V,/=8.5mA,P=U=3x8.5=25.5mW,通过以上测试数据可以看出设计是可行的。参

15、考文献：I吴晓峰fti频识别技术M.北京：电子工业出版社，2005.12.陆永宁.非接触IC卡原理与应用M.北京：电子工业出版社,2006.9.3张肃文.高频电子线路M.北京：高等教育出版社,1992.4.童诗白：模拟电子技术基础M.北京：高等教育出版社，2003.3.5李建忠.单片机原理及应用M.西安：西安电子科技大学出版社，2002.2.作者简介：韩团军(1981)，陕西咸阳人，主要研究方向：集成电路和电磁辐射。电话：13891646977E-mail：hantuantuan通讯地址：陕西理工学院电信系(723000)基金项目：09年陕西省教育厅科研基金资助项目(09JK378)(上接32页)含知识获取、知识库和推理机。知识获取模块中含有对信息的筛选和处理，并将总结出来的知识存入知识库中。知识的表示可以是产生式规则，也可以采用框架结构或者语义网络。对应的知识存储方式随知识的表示不同而有差别，但最终都以一个知识库的形式物理存在。推理机是采取的推理策略的具体实现。在知识推理中重要的搜索策略的选