1、无线识别装置,第八届B题,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，射频识别产品种类繁多，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。,任务:,设计制作一套无线识别装置。该装置由阅读器、应答器和耦合线圈组成，其方框图参见图1。阅读器能识别应答器的有无、编码和存储信息。,装置中阅读器、应答器均具有无线传输功能，频率和调制方
2、式自由选定。不得使用现有射频识别卡或用于识别的专用芯片。装置中的耦合线圈为圆形空芯线圈，用直径不大于1mm的漆包线或有绝缘外皮的导线密绕10圈制成。线圈直径为6.60.5 cm（可用直径6.6 cm左右的易拉罐作为骨架，绕好取下，用绝缘胶带固定即可）。线圈间的介质为空气。两个耦合线圈最接近部分的间距定义为D。 阅读器、应答器不得使用其他耦合方式。,阅读器电路图,信号经检波电路检波后送给PT2272串口接收，PT2272对编码信号进行解调后输出识别结果。振荡电路与检波电路是独立周期工作的，周期由555定时器产生，独立工作由继电器控制。,Antenna为天线的意思,当电容电压经电压判断电路判断达到
3、指定幅值时，应答器开始工作，SC2262读取拨码开关值，并通过串口发送编码信号，此时有源晶振产生载波信号，编码信号再经ASK调制，从耦合线圈辐射出去。,通信的目的是在一定的距离内传递信息。虽然基带数字信号可以在传输距离相对较近的情况下直接传送，但如果要远距离传输时，特别是在无线或光纤信道上传输时，必须经过调制将信号频谱搬移到高频处才能在信道中传输。,数字通信的调制方式,为了使数字信号在有限带宽的高频信道中传输，必须对数字信号进行载波调制。 数字信号的载波传输信号也称为键控信号。传输数字信号时有三种基本的调制方式：幅移键控(ASK)、频移键控(FSK)和相移键控(PSK)。 分别对应于用载波的幅
4、度、频率和相位来传递数字基带信号，,ASK幅移键控,2ASK信号的产生方法有两种,（a）模拟调制法 （b）键控法,2ASK信号的解调,2FSK频移键控,二进制相移键控（2PSK）,调制方式的选择本系统属于数字信息传输系统，所以应选择数字信号调制方式。方案一：采用振幅键控（ASK）方式。该方式电路结构简单，易于实现，能够满足题目要求的显示正确率大于80%的要求，和提供应答器工作的能量。方案二：移频键控（FSK）方式。可由频率选择法和载波调频发实现。两种方式的不同点在于后者不同的振荡频率由同一振荡器产生，因而产生的调制信号的前后相位是连续的，而前者信号的相位有相差使解调复杂。通过实验发现此方式所占
5、用的频带宽度比ASK方式宽，对于题目有些冗余。,方案三：相移键控（PSK）。它是利用载波振荡相位的变化来传送数字信息的。与2ASK和2FSK的不同是，在2PSK调制中， 应选择双极性的数字基带信号。此方式最适用于图表或图像信息的传送，并且使用有些麻烦。综合题目要求和三种调制方式的优缺点，选择方案一。,本系统的实质是设计RFID(Radio Frequency Identification )简易通信装置，通过无线射频进行非接触的低频双向数据通信。由低电压、低功耗、高性能的微控制器控制的无源应答器和外置单电源供电的阅读器组成。无源应答器所需的工作能量是从阅读器发出的射频波束经空间高频交变磁场耦合
6、而获取，再经整流、滤波、存储后来提供应答器所需要的工作电压。 当应答器进入发射天线无功近场区时（距天线口径表面 范围内），应答器以耦合方式获得能量；将自身编码等信息通过发送天线发送出去，接收天线接收到信号，经阅读器对接收的信号进行滤波放大后，由微控制器控制的发光二极管显示。,模拟开关MX7501控制信号通断，产生了2ASK信号。Ll，L2，C1和C2构成了二阶巴特沃兹低通滤波器，输出为近似正弦波的2 MHz信号。R1与R4使LC滤波器阻抗匹配。,OP37中高速运算放大器将信号放大5倍，再经过高速比较器MAX910中的比较器A，将毛刺状信号加宽，减小噪声，DA输出经L1，C1和C2组成的低通滤波
7、器，取直流分量，这相当于包络检波。,有源晶振产生的8 MHZ方波经带通滤波器取出8 MHz的正弦信号，并通过功率放大器后输出到线圈上。图5中，L3，L4，C7和C8构成了二阶8 MHz的巴特沃兹带通滤波器，用以滤除谐波分量。VQ1为集射极跟随器，用以调节R3，使其静态工作电流约为15 mA，该级电路起到与信源隔离的作用。VQ2为丙类放大器，调节R7和VQ2的基极偏压使其工作在丙类放大状态。改变C2使其谐振，此时电源电流最小。再调节R4和VQ2的基极偏压，使电源电流更小，输出幅度更大，以处于丙类放大状态。L1为线圈，同时起到谐振电感的作用。C6为线圈的等效电容，经测量，约为34 pF；C3为外接
8、电容，它能使并联回路谐振在8 MHz。谐振时，L1上的电压可达45V。阅读器和应答器发射的另一个信号是2ASK信号，它经过运算放大后，通过匹配网络直接连接到线圈上。,振荡电路的选择方案一：采用晶体振荡器产生。方案二：采用LC振荡器产生，配合PLL（锁相环）技术将信号锁定在所选频率上。通信系统中射频信号的频率稳定度要求很高。方案二采用锁相技术，频率稳定度相当高。但是要实现题目的要求，需要两个这样的电路，系统性价比升高。而晶振本身的稳定度就可以达到要求，故选方案一。,编码方式如果直接传送未经编码的原始基带数字信号，最大的问题是在接收端无法从接收到的比特流中提取同步信号，因此在传输二进制基带信号时需
9、要对其进行编码。方案一：计算机基本编码，方式有三种方式。曼彻斯特编码，经它编码后基带信号的频带宽度比原始的基带信号增加了一倍，其缺点是效率较低。非归零（NRZ）编码，为了保证收发双方同步，必须在发送NRZ码的同时用另一个信道同时发送同步时钟信号。,微分曼彻斯特编码，是曼彻斯特编码编码的改进，虽然抗干扰能力较好，但是大大加大了编码的复杂性。方案二：采用常用编码解码芯片PT2262/PT2272。PT2262每次发射时至少发射4组字码，PT2272只有在连续两次检测到相同的地址码加数据码才会把数据码中的“1”驱动相应的数据输出端为高电平和驱动VT端同步为高电平。 因为无线发射的特点，第一组字码非常
10、容易受零电平干扰，往往会产生误码，所以程序可以丢弃处理，对于本系统实现数据通信已经足够,所以采取方案二。,PT2262/PT2272,用板子搭出的板子,能达18cm,全国一等奖最好的就是10cm,耦合线圈匹配理论采用线圈与可变电容组成并联谐振回路，测试得线圈电感为11uH,可变电容容量为525PF，谐振频率： 可得谐振频率为：21MHZ到9MHZ之间。因而，阅读器采用11.0952MHZ有源晶振产生接近与谐振频率的能源载波频率。应答器采用11.0952MHZ有源晶振作为载波频率。,耦合线圈匹配理论根据互感原理，半径越大、匝数越多，天线间的互感系数就越大。本系统要求通信距离大于5cm,匝数10圈
11、。计算选择线圈直径6.6-6.8cm.优化读写器与应答器之间的耦合系数，确定天线线圈和电容，应答器利用天线耦合采集能量工作，进而发射接收信息。因此对阅读器天线有以下几个要求：使天线线圈的电流变化率最高，用于产生最大的磁通量变化；功率匹配，以最大程度地利用产生磁通量的可用能量；足够的带宽来无失真地传送数据调制的载波信号。根据公式,要求两个LC电路调谐在相同的谐振频率上。如果谐振频率不匹配，零调制就会产生，从而降低系统的性能，设计阅读器工作在单一频率模式，取f020MHz。电路部分由整流滤波电路和信息采集存储存储模块组成，都可等效为一定阻值的电阻。题目要求线圈10匝，直径6.8cm，根据频率计算公式得到串联电阻为100欧，Q值为30。当它并联一个电阻且频率在20MHz时等效电阻为55欧。应答器电路部分主要包括滤波电路，调制解调电路，存储模块。滤波电路，考虑到应答器的无源特性，所以选用半波整流然后加0.01u电容滤波，为存储器，和调制电路供电，实现数据的通信。调制解调电路。,
