一种简单无线射频识别(RFID)系统技术

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一种简单无线射频识别(RFID)系统技术

发布时间: 2012-11-12       作者:      来源:      点击数:

  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(RFID)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。

  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。

  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ZL,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。

  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LS和导线的欧姆电阻RLS。

  2。2 应答器的发射电路分析

  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

  3。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=12.60μH,f为应答器的工作频率,为13.56MHz,由于具有并联电容器的阅读器线圈在谐振频率13.56-MHz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=10.9pF。

  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。

  载波振荡器采用74HC14构成的环行振荡器,功耗小,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74HC00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。

  3。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,响应中断服务子程序,显示相应的信息。其流程如图9所示。

  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 测试方案与测试结果

  通过以上测试可以看出设计是可行的。

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