基于耦合線圈的匹配理論的無(wú)線識(shí)別裝置設(shè)計(jì)

學(xué)號(hào): 11034020237 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)基于耦合線圈匹配理論的無(wú)線識(shí)別裝置設(shè)計(jì)The design of wireless identification device based on the theory of coupling coil matching學(xué)院:計(jì)算機(jī)與電子信息學(xué)院 專業(yè):電氣工程及其自動(dòng)化 班級(jí): 電氣 11-2學(xué)生: 張健偉指導(dǎo)教師: 熊建斌(副教授) 設(shè)計(jì)時(shí)間 2015 年 1 月 1 日至 2015年 6 月 7 日廣東石油化工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）誠(chéng)信承諾保證書(shū)本人鄭重承諾：基于耦合線圈的匹配理論的無(wú)線識(shí)別裝置設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的內(nèi)容真實(shí)、可靠，是本人在 熊建斌指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究所完成。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中引用他人已經(jīng)發(fā)表或未發(fā)表的成果、數(shù)據(jù)、觀點(diǎn)等，均已明確注明出處，如果存在弄虛作假、抄襲、剽竊的情況，本人愿承擔(dān)全部責(zé)任。 學(xué)生簽名： 2015 年 5 月 20 日專業(yè)負(fù)責(zé)人批準(zhǔn)日期畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 任務(wù)書(shū)院（系）：計(jì)算機(jī)與電子信息學(xué)院 專業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí)：電氣11-2班學(xué)生：張健偉 學(xué)號(hào)：11034020237 一、畢業(yè)設(shè)計(jì)課題 基于耦合線圈的匹配理論的無(wú)線識(shí)別裝置設(shè)計(jì)二、畢業(yè)設(shè)計(jì)工作自2015年1月1日起至2015年6 月7日止三、畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行地點(diǎn)廣東石油化工學(xué)院 四、畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容要求本題設(shè)計(jì)制作一套無(wú)線識(shí)別裝置。該裝置由閱讀器、應(yīng)答器和耦合線圈組成。閱讀器能識(shí)別應(yīng)答器的有無(wú)、編碼和存儲(chǔ)信息。裝置中閱讀器、應(yīng)答器均具有無(wú)線傳輸功能，頻率和調(diào)制方式自由選定。不得使用現(xiàn)有射頻識(shí)別卡或用于識(shí)別的專用芯片。裝置中的耦合線圈為圓形空芯線圈，用直徑不大于1mm的漆包線或有絕緣外皮的導(dǎo)線密繞10圈制成。線圈直徑為6.60.5 cm（可用直徑6.6 cm左右的易拉罐作為骨架，繞好取下，用絕緣膠帶固定即可）。線圈間的介質(zhì)為空氣。兩個(gè)耦合線圈最接近部分的間距定義為D。閱讀器、應(yīng)答器不得使用其他耦合方式。本課題具體較強(qiáng)的應(yīng)用環(huán)境。 要解決的問(wèn)題：（1）耦合線圈的匹配理論（2）閱讀器發(fā)射電路分析和接收電路分析 指導(dǎo)教師熊建斌接受畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)開(kāi)始執(zhí)行日期2015年2 月30日學(xué)生簽名張健偉廣東石油化工學(xué)院本科畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文：高干擾石化環(huán)境下無(wú)線識(shí)別裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘 要隨著科技的飛速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)也趨向于高科技化、智能化。我國(guó)工業(yè)產(chǎn)業(yè)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，近幾年進(jìn)入快速增長(zhǎng)期，經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展使人們對(duì)產(chǎn)業(yè)穩(wěn)定性的需求越來(lái)越高，近幾年廠家也越來(lái)越重視生產(chǎn)環(huán)節(jié)的穩(wěn)定做出了許多配套設(shè)施，產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)定的系統(tǒng)既是生產(chǎn)環(huán)節(jié)中重要的系統(tǒng)，也是經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的重要因素，射頻識(shí)別技術(shù)發(fā)展極大程度的帶動(dòng)了產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)定性和抗干擾能力的發(fā)展。與此同時(shí)，由于射頻識(shí)別技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，國(guó)家對(duì)射頻識(shí)別技術(shù)的發(fā)展一直都給予政策上的鼓勵(lì)。本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于耦合線圈的匹配理論的無(wú)線識(shí)別裝置，從原理、硬件等方面分別闡述了如何將無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)運(yùn)用于實(shí)際的無(wú)線識(shí)別系統(tǒng)當(dāng)中。首先，本文闡述了有關(guān)射頻識(shí)別技術(shù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和射頻識(shí)別技術(shù)所面臨的難題、挑戰(zhàn)。然后，介紹了射頻識(shí)別技術(shù)的設(shè)計(jì)方案，重點(diǎn)描述了射頻識(shí)別技術(shù)中的技術(shù)要求和理論方法，包括射頻識(shí)別技術(shù)的概述、耦合線圈的匹配理論和系統(tǒng)功能要求。其次，簡(jiǎn)介了無(wú)線識(shí)別裝置的硬件設(shè)計(jì)、安裝調(diào)試方案。最后，對(duì)設(shè)計(jì)的無(wú)線識(shí)別裝置進(jìn)行整體性測(cè)試和分析。本系統(tǒng)基本可以實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)的技術(shù)要求指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了通過(guò)耦合線圈使得閱讀器和應(yīng)答器進(jìn)行信息的交流。但因本人技術(shù)有限，對(duì)射頻識(shí)別裝置的研究還有待提高，這需要在未來(lái)的學(xué)習(xí)和研究中繼續(xù)加強(qiáng)。關(guān)鍵詞：射頻識(shí)別技術(shù) 耦合線圈的匹配理論 閱讀器 應(yīng)答器AbstractWith the rapid development of technology, industrial production tends to be high-tech and intelligent. Industry of our country industry after decades of development, in recent years entered a period of rapid growth, the rapid development of economy make people increasingly high demand on the stability of the industry. In recent years, manufacturers pay more and more attention to the stability of the production process to make many facilities, stable industry system is not only the production link system, rapid economic development is an important factor, radio frequency identification technology development drives the development of industry stability and anti-interference ability greatly. At the same time, the development of radio frequency identification technology has always been encouraged by the advantages of RFID technology.In this paper, I designed a wireless recognition device based on the matching theory of the coupling coil. From the principle, hardware and respectively expounds the how to use the radio frequency identification technology in practical wireless identification system.Firstly,this paper expounds thedevelopment status,challengesproblem of radio frequency identificationtechnology at home and abroadand face recognitionface.And then, this paper introduces the design of radio frequency identification technology and realization scheme of radio frequency identification technology in the technical requirements and the theoretical method is described in detail, including radio frequency identification technology overview, coupling coil matching theory and the system functional requirements.Secondly,the hardware design,introduces thewirelessidentification device installation andimplementation.Finally,thetestandanalysis of wirelessidentification devicedesign.This system can realize the design of the technical requirements, through the coupling coil makes the reader and transponder information exchange.But because of my limited technology and research of radio frequency identification device still need to be improved, the need to continue to strengthen in the future study and research.Key words： Radio frequency identification technology The matchingtheory of couplingcoil Transponder Reader廣東石油化工學(xué)院本科畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文：基于耦合線圈的匹配理論的無(wú)線識(shí)別裝置設(shè)計(jì)目錄摘要iAbstract1第一章緒論11.1研究的背景及意義11.2國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀21.2.1國(guó)外現(xiàn)狀21.2.2國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀41.3本大論文的架構(gòu)51.4本章小結(jié)5第二章總體框架的設(shè)計(jì)與原理62.1總體框架設(shè)計(jì)62.2耦合線圈的匹配理論92.3 PT2262/2272102.4 LM555原理122.5本章小結(jié)13第三章硬件模塊的設(shè)計(jì)143.1設(shè)計(jì)思路143.2 設(shè)計(jì)方案143.2.1總體方案論證與比較143.2.2 調(diào)制方式論證與比較153.2.3 555時(shí)鐘電路的控制對(duì)象論證與比較163.2.4功率放大電路設(shè)計(jì)的論證與比較163.2.3 閱讀器部分173.2.4 應(yīng)答器部分183.3硬件的設(shè)計(jì)193.3.1 閱讀器主要電路193.3.2應(yīng)答器主要電路193.3.3時(shí)鐘單元電路203.4閱讀器發(fā)射電路分析213.5閱讀器接收電路分析213.6本章小結(jié)22第四章無(wú)線識(shí)別裝置的工作流程與測(cè)試234.1 識(shí)別裝置工作流程圖234.1.1 閱讀器工作流程圖234.1.2 應(yīng)答器工作流程圖244.2整機(jī)調(diào)試與測(cè)試244.2.1耦合線圈電感量大小與諧振頻率244.2.2識(shí)別距離測(cè)試254.2.3識(shí)別正確率與識(shí)別時(shí)間測(cè)試254.2.4識(shí)別時(shí)功耗測(cè)量254.3裝置的改進(jìn)方案254.6本章小結(jié)26第五章總結(jié)275.1總結(jié)275.2展望未來(lái)27參考文獻(xiàn)29致謝31附錄32第一章 緒 論第一章 緒 論1.1研究的背景及意義隨著科技的飛速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)也趨向于高科技化、智能化。我國(guó)工業(yè)產(chǎn)業(yè)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，近幾年進(jìn)入快速增長(zhǎng)期，經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展使人們對(duì)產(chǎn)業(yè)穩(wěn)定性的需求越來(lái)越高，近幾年廠家也越來(lái)越重視生產(chǎn)環(huán)節(jié)的穩(wěn)定做出了許多配套設(shè)施，產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)定的系統(tǒng)既是生產(chǎn)環(huán)節(jié)中重要的系統(tǒng)，也是經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的重要因素，射頻識(shí)別技術(shù)發(fā)展極大程度的帶動(dòng)了產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)定性和抗干擾能力的發(fā)展。與此同時(shí)，由于射頻識(shí)別技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，國(guó)家對(duì)射頻識(shí)別技術(shù)的發(fā)展一直都給予政策上的鼓勵(lì)。雖然中國(guó)企業(yè)的信息化水平還比較低，但中國(guó)企業(yè)還在更快速地發(fā)展中。今年中國(guó)有超過(guò)40家企業(yè)進(jìn)入世界500強(qiáng)，更多的本地企業(yè)是跨國(guó)企業(yè)的快速增長(zhǎng)，這些企業(yè)不斷完善和改進(jìn)他們的管理要求，必然會(huì)加快信息化建設(shè)和發(fā)展，在這一方面，中國(guó)企業(yè)是有優(yōu)勢(shì)可談的，但企業(yè)信息化必將為RFID的發(fā)展帶來(lái)一個(gè)很好的機(jī)會(huì)。隨著信息化進(jìn)程的不斷更新，中國(guó)企業(yè)中的RFID應(yīng)用技術(shù)將會(huì)實(shí)現(xiàn)從離散的點(diǎn)到一個(gè)整體面上，逐步拓展到更寬廣的應(yīng)用領(lǐng)域。目前在商品物流管理過(guò)程中，條形碼是產(chǎn)品識(shí)別的主要手段，但條形碼仍存在許多無(wú)法克服的缺點(diǎn)。而RFID是可擦寫(xiě)的、使用時(shí)不需對(duì)準(zhǔn)標(biāo)的、同時(shí)可讀取多個(gè)、堅(jiān)固全天候使用，可不需人力介入操作，具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。所以條形碼是有可能被RFID標(biāo)簽替代的，射頻識(shí)別技術(shù)在未來(lái)的物流領(lǐng)域?qū)?huì)被廣泛應(yīng)用。在物流中，從采購(gòu)、存儲(chǔ)、包裝、裝卸/搬運(yùn)、運(yùn)輸、流通加工、配送、銷售到服務(wù)，都是物流上環(huán)環(huán)相扣的業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)和流程，它們之間是相輔相成又相互制約的。在物流運(yùn)作時(shí)，企業(yè)必須實(shí)時(shí)地、精確地了解和掌握整個(gè)物流環(huán)節(jié)上的商流、物流、信息流和資金流這4者的流向和變化，使商流、物流、信息流、資金流以及各個(gè)環(huán)節(jié)、各個(gè)流程都協(xié)調(diào)一致、相互配合，才能發(fā)揮其最大經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。然而，由于實(shí)際物體的移動(dòng)過(guò)程中，各個(gè)環(huán)節(jié)都是處于運(yùn)動(dòng)和松散的狀態(tài)，信息和方向常常隨實(shí)際活動(dòng)在空間和時(shí)間上移動(dòng)和變化，結(jié)果影響了信息的可獲性和共享性。而無(wú)線射頻自動(dòng)識(shí)別技術(shù)RFID，正是有效解決物流管理上各項(xiàng)業(yè)務(wù)運(yùn)作數(shù)據(jù)的輸入/輸出、業(yè)務(wù)過(guò)程的控制與跟蹤，以及減少出錯(cuò)率等難題的一種新技術(shù)。當(dāng)今，隨著經(jīng)濟(jì)全球化的趨勢(shì)在不斷增強(qiáng)，全球經(jīng)濟(jì)一體化的步伐在加快，競(jìng)爭(zhēng)更加激烈，競(jìng)爭(zhēng)的形式已由企業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)轉(zhuǎn)變?yōu)楣?yīng)鏈之間的競(jìng)爭(zhēng)，同時(shí)客戶的消費(fèi)需求也在朝多樣化、個(gè)性化方向發(fā)展。在這種競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境下，必須實(shí)現(xiàn)跨企業(yè)的供應(yīng)鏈協(xié)作，改變?cè)瓉?lái)傳統(tǒng)的信息系統(tǒng)，采用先進(jìn)的信息技術(shù)，進(jìn)行供應(yīng)鏈的優(yōu)化和重組，實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈上的信息共享與業(yè)務(wù)集成，提高對(duì)市場(chǎng)與需求的響應(yīng)能力，縮短訂貨提前期，降低庫(kù)存水平，提高物流效率，減少遞送時(shí)間，提高信息的獲取能力和傳遞能力，提高供應(yīng)鏈整體的競(jìng)爭(zhēng)力。同時(shí)，信息技術(shù)的迅速發(fā)展和其成本的不斷降低，使得供應(yīng)鏈管理能夠不斷采用新型的信息技術(shù)來(lái)完成上述目標(biāo)，極大地提高了供應(yīng)鏈的運(yùn)作效率與效益。目前RFID被廣泛采納應(yīng)用。它主要應(yīng)用以下幾個(gè)方面：車輛自動(dòng)識(shí)別管理；高速公路收費(fèi)及智能交通系統(tǒng)；貨物的跟蹤、管理及監(jiān)控；倉(cāng)儲(chǔ)、配送等物流環(huán)節(jié)；電子錢包、電子票證；生產(chǎn)線產(chǎn)品加工過(guò)程自動(dòng)控制；動(dòng)物跟蹤和管理。而當(dāng)今我國(guó)物流發(fā)展存在很多制約因素，遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上國(guó)際物流的發(fā)展速度,所以研究射頻技術(shù)對(duì)我國(guó)物流發(fā)展有著很重要的意義。本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于耦合線圈的匹配理論的無(wú)線識(shí)別裝置，具有較高的應(yīng)用環(huán)境。1.2國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀1.2.1國(guó)外現(xiàn)狀RFID的基本技術(shù)原理首次出現(xiàn)于二戰(zhàn)時(shí)期，最初是盟軍識(shí)別敵我雙方的飛機(jī)和軍艦就是通過(guò)無(wú)線電數(shù)據(jù)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。戰(zhàn)后，由于需求的成本高，該技術(shù)基本上僅僅應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，民用領(lǐng)域并沒(méi)有得到很好的推廣與應(yīng)用。直到上世紀(jì)的80、90年代的，不斷隨著電子和芯片技術(shù)得到了較好地廣與改進(jìn)應(yīng)用后，RFID技術(shù)應(yīng)用到道路交通收費(fèi)等各種民用領(lǐng)域上的情況首次出現(xiàn)在歐洲。RFID迎來(lái)新的發(fā)展時(shí)期時(shí)已到二十一世紀(jì)初，世界各國(guó)開(kāi)始普遍關(guān)注在民用領(lǐng)域RFID的價(jià)值，尤其是在西方發(fā)達(dá)國(guó)家，RFID技術(shù)被廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化聲場(chǎng)、訪問(wèn)控制、道路收費(fèi)、停車場(chǎng)管理、個(gè)人ID識(shí)別、跟蹤貨物動(dòng)向等民用領(lǐng)域中，其應(yīng)用范圍還在不斷擴(kuò)大與發(fā)展。在產(chǎn)業(yè)方面，美國(guó)的TI、英特爾等集成電路制造商目前都在RFID領(lǐng)域投入巨資用于芯片開(kāi)發(fā)，Symbol等已經(jīng)研發(fā)出一種掃描器可以同時(shí)可以閱讀條形碼和RFID1。IBM、Microsoft和惠普等也在積極支持對(duì)RFID的應(yīng)用并開(kāi)發(fā)其相應(yīng)軟件及系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)其應(yīng)用價(jià)值。在美國(guó)已經(jīng)逐步應(yīng)用RFID技術(shù)到交通、現(xiàn)場(chǎng)車輛管理、個(gè)人身份ID識(shí)別等領(lǐng)域。此外，值得我們注意的是RFID應(yīng)用這一技術(shù)的主要積極推動(dòng)者是來(lái)自于美國(guó)政府。根據(jù)合同規(guī)定，美國(guó)防部自2004年10月1日以后，RFID標(biāo)簽都會(huì)使用在所有軍需物資；美國(guó)食品及藥物管理局推薦制藥商等廠家從2006年起利用RFID跟蹤最為常見(jiàn)額假冒偽劣藥物；美國(guó)社會(huì)福利局于2005年年初對(duì)RFID技術(shù)追蹤SSA各種表格和手冊(cè)得到了正式的使用2。 歐洲在產(chǎn)業(yè)方面也在應(yīng)用RFID技術(shù)：飛利浦在開(kāi)發(fā)許多物美價(jià)廉的RFID芯片上努力研發(fā)中；有關(guān)在多系統(tǒng)上面的應(yīng)用，Checkpoint積極地研發(fā)RFID的識(shí)別技術(shù)和識(shí)別系統(tǒng)；諾基亞應(yīng)用RFID技術(shù)在研究移動(dòng)電話購(gòu)物系統(tǒng)。在產(chǎn)業(yè)應(yīng)用方面，歐洲基本上如交通、識(shí)別系統(tǒng)、生產(chǎn)線自動(dòng)化控制、物資跟蹤等各個(gè)封閉系統(tǒng)與美國(guó)不分上下。目前，歐洲許多大型企業(yè)都努力在應(yīng)用推廣RFID技術(shù)。日本作為一個(gè)制造業(yè)強(qiáng)國(guó)，它在RFID技術(shù)出現(xiàn)之后很早地就開(kāi)始在電子標(biāo)簽的研究，同時(shí)也與其政府有關(guān)。政府非常重視RFID技術(shù)的研究并視為一種關(guān)鍵技術(shù)來(lái)對(duì)待。MPHPT在2004年發(fā)布了針對(duì)RFID的關(guān)于在傳感網(wǎng)絡(luò)時(shí)代運(yùn)用先進(jìn)的RFID技術(shù)的最終研究草案報(bào)告3，MPHPT將繼續(xù)支持測(cè)試在UHF頻段的無(wú)源和有源RFID技術(shù)，并在通過(guò)這些測(cè)試上進(jìn)一步研究控制問(wèn)題；自2004年七月起，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省部選擇了七個(gè)工業(yè)RFID的應(yīng)用試驗(yàn)，包括消費(fèi)電子，服裝，書(shū)籍，音樂(lè)CD，工程機(jī)械，醫(yī)藥物流4。在RFID領(lǐng)域的最新發(fā)展趨勢(shì)，結(jié)合應(yīng)用和研究RFID技術(shù)的產(chǎn)品和解決方案能夠更有效地為RFID應(yīng)用的做出較好的推廣，2005在日本，特別是在物流等非制造業(yè)，奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。韓國(guó)通過(guò)國(guó)家發(fā)展規(guī)劃，結(jié)合企業(yè)推動(dòng)RFID發(fā)展的強(qiáng)度，這主要是由工業(yè)和信息化通信來(lái)積極推動(dòng)RFID技術(shù)的發(fā)展計(jì)劃。需要引起我們關(guān)注的是，由于RFID的重要性得到了進(jìn)一步加強(qiáng)，在2004三月韓國(guó)IT839計(jì)劃最初計(jì)劃。雖然在黯淡的領(lǐng)域在RFID的發(fā)展和應(yīng)用韓國(guó)，但值得注意的是，韓國(guó)政府高度重視RFID技術(shù)的發(fā)展，韓國(guó)正在加速膨脹的試驗(yàn)與應(yīng)用。從全球的角度來(lái)看，美國(guó)在RFID的標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)的硬件和軟件技術(shù)的發(fā)展美國(guó)走在世界前列的應(yīng)用。歐洲RFID標(biāo)準(zhǔn)遵循美國(guó)LED EPC全球標(biāo)準(zhǔn)。在封閉系統(tǒng)中的應(yīng)用，歐洲和美國(guó)基本上在同一階段。雖然日本在研究RFID技術(shù)時(shí)提出了UID標(biāo)準(zhǔn)，但主要支持者的組成還是是以國(guó)內(nèi)廠商為主，想成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的這條路還有很長(zhǎng)的時(shí)間要走。RFID的重要性在韓國(guó)不斷受到政府給予高度重視，但在RFID的標(biāo)準(zhǔn)上韓國(guó)仍然是模糊的。1.2.2國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀在二十一世紀(jì)初，中國(guó)已經(jīng)在RFID技術(shù)上有了嘗試性的研究，國(guó)家對(duì)射頻識(shí)別技術(shù)的發(fā)展一直都給予政策上的鼓勵(lì)，2006年六月，中國(guó)發(fā)布了中國(guó)RFID技術(shù)政策白皮書(shū)，標(biāo)志著RFID的發(fā)展已經(jīng)發(fā)展到國(guó)家產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的層次。到2008年底，參加RFID的中國(guó)數(shù)百個(gè)相關(guān)企業(yè)，已逐步開(kāi)始形成從標(biāo)簽及設(shè)備制造到軟件開(kāi)發(fā)集成等的一個(gè)較為完整的RFID產(chǎn)業(yè)鏈5。目前，在中國(guó)許多地區(qū)的RFID應(yīng)用，包括物流，ID卡，醫(yī)藥，煙草，奧運(yùn)門(mén)票，寵物管理等等都有了很大的發(fā)展，但是我們覺(jué)得在日常生活中，RFID還離我們很遠(yuǎn)6。除了二代身份證上的應(yīng)用比較多之外，我們常常并未感受到在我們生活中的RFID的存在。到底是什么原因？事實(shí)上，原因很簡(jiǎn)單，雖然RFID是迅速在各個(gè)領(lǐng)域得到了應(yīng)用，但相對(duì)于我國(guó)經(jīng)濟(jì)規(guī)模，其應(yīng)用范圍還沒(méi)有很大的推廣與改進(jìn)，即使在運(yùn)輸和物流行業(yè)的RFID應(yīng)用，更多的，是在點(diǎn)的分布，并不能達(dá)到國(guó)家。往往是行業(yè)的龍頭企業(yè)保持其競(jìng)爭(zhēng)地位和使用這種新技術(shù)的第一次嘗試，越來(lái)越多的企業(yè)持觀望態(tài)度，猶豫不決?；蛞晕锪鳂I(yè)為例，RFID技術(shù)的應(yīng)用可以大大提高物流企業(yè)在物流方面的工作效率，如減少貨物出入庫(kù)所需要的時(shí)間，也可以減少現(xiàn)場(chǎng)操作人員的人數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)快而準(zhǔn)的技術(shù)定位和準(zhǔn)確的庫(kù)存貨物跟蹤，但今天，在中國(guó)物流企業(yè)的RFID技術(shù)的真正能夠做到的還屈指可數(shù)7。在經(jīng)濟(jì)危機(jī)爆發(fā)以來(lái)，行業(yè)中的許多人也紛紛開(kāi)始對(duì)RFID產(chǎn)業(yè)的未來(lái)并對(duì)其發(fā)展前景的感到迷茫與不信任。雖然中國(guó)企業(yè)的信息化水平還比較低，但中國(guó)企業(yè)還在更快速地發(fā)展中。今年中國(guó)有超過(guò)40家企業(yè)進(jìn)入世界500強(qiáng)，更多的本地企業(yè)是跨國(guó)企業(yè)的快速增長(zhǎng)，這些企業(yè)不斷完善和改進(jìn)他們的管理要求，必然會(huì)加快信息化建設(shè)和發(fā)展，在這一方面，中國(guó)企業(yè)是有優(yōu)勢(shì)可談的，但企業(yè)信息化必將為RFID的發(fā)展帶來(lái)一個(gè)很好的機(jī)會(huì)。隨著信息化進(jìn)程的不斷更新，中國(guó)企業(yè)中的RFID應(yīng)用技術(shù)將會(huì)實(shí)現(xiàn)從離散的點(diǎn)到一個(gè)整體面上，逐步拓展到更寬廣的應(yīng)用領(lǐng)域。而通過(guò)減少RFID的消耗的成本，就能夠擴(kuò)大市場(chǎng)，從而能更好地推廣RFID應(yīng)用技術(shù)，將RFID應(yīng)用于托盤(pán)或集裝箱整箱貨物跟蹤逐步擴(kuò)展到單貨物跟蹤級(jí)別8。最后，從供應(yīng)鏈的角度來(lái)看，目前推動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)的國(guó)家，是使企業(yè)更多的中國(guó)生產(chǎn)的高技術(shù)，高附加值，高利潤(rùn)的產(chǎn)品，而這些領(lǐng)域，它是RFID發(fā)揮。產(chǎn)業(yè)升級(jí)將帶動(dòng)中國(guó)企業(yè)提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，逐步從單一企業(yè)的供應(yīng)鏈之間的競(jìng)爭(zhēng)。在接下來(lái)的幾年里，我們將看到，RFID的實(shí)施將由個(gè)別企業(yè)走出困境才實(shí)施的，并表明在整個(gè)供應(yīng)鏈上公司作出相關(guān)的協(xié)調(diào)實(shí)施工作，最大程度地發(fā)揮RFID所帶來(lái)的好處。1.3本大論文的架構(gòu)本論文主要由緒論、原理及總體設(shè)計(jì)、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、系統(tǒng)調(diào)試與分析等五大章所組成，各章節(jié)之間環(huán)環(huán)相扣，緊密聯(lián)系。各章節(jié)主要內(nèi)容安排如下：第一章 緒論。本章論述了本設(shè)計(jì)的目的和意義，介紹了RFID的現(xiàn)狀和前景、國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀以及面臨的主要挑戰(zhàn)和技術(shù)難題。第二章 總體框架的設(shè)計(jì)與原理。本章論述了本系統(tǒng)所用耦合線圈的匹配理論和系統(tǒng)的總體設(shè)想和功能設(shè)計(jì)。第三章 硬件模塊的設(shè)計(jì)。本章首先較為詳細(xì)的分析系統(tǒng)所選用的硬件特性與其他同類硬件的比較，再簡(jiǎn)單進(jìn)行硬件總體方案設(shè)計(jì)的闡述，最后簡(jiǎn)單介紹系統(tǒng)硬件部分的安裝和調(diào)試。第四章 無(wú)線識(shí)別裝置的工作流程與測(cè)試。本章簡(jiǎn)單介紹了本系統(tǒng)的工作流程和實(shí)際測(cè)試方案的設(shè)計(jì)。第五章 結(jié)論。本章總結(jié)了本畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要研究成果和不足之處，并探討了面臨的問(wèn)題與改進(jìn)的想法。1.4本章小結(jié)本章講了研究的背景和意義，介紹了射頻識(shí)別技術(shù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀以及本論文的架構(gòu)。33廣東石油化工學(xué)院本科畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文：基于耦合線圈的匹配理論的無(wú)線識(shí)別裝置設(shè)計(jì)第二章 總體框架的設(shè)計(jì)與原理2.1總體框架設(shè)計(jì)圖2.1總體設(shè)計(jì)框架圖如圖2.1所示振蕩電路產(chǎn)生的電磁能經(jīng)過(guò)后續(xù)的放大電路放大后，由耦合線圈的諧振耦合發(fā)射出去，應(yīng)答器通過(guò)放大整流電路對(duì)電能進(jìn)行儲(chǔ)存，儲(chǔ)存在儲(chǔ)能電容里，電容電壓會(huì)通過(guò)電壓判斷電路進(jìn)行電壓判斷，當(dāng)電容電壓達(dá)到了正常工作的電壓時(shí)，應(yīng)答器就會(huì)開(kāi)始工作，編碼信號(hào)通過(guò)串口發(fā)送并經(jīng)過(guò)有源晶振產(chǎn)生載波信號(hào)，通過(guò)ASK調(diào)制后就會(huì)從耦合線圈發(fā)射出去，應(yīng)答器發(fā)送過(guò)來(lái)的編碼信號(hào)輸送到編碼芯片接收串口前會(huì)經(jīng)過(guò)檢波電路。對(duì)編碼信號(hào)進(jìn)行檢波比較，然后輸出的數(shù)據(jù)就會(huì)通過(guò)解碼芯片進(jìn)行讀取與編碼，最后對(duì)編碼信號(hào)進(jìn)行顯示輸出識(shí)別出來(lái)的結(jié)果。振蕩電路和檢波電路是通過(guò)555定時(shí)電路控制其周期性地工作，電子開(kāi)關(guān)可以控制其單工切換,繼電器控制其獨(dú)立工作。RFID是Radio Frequency Identification的縮寫(xiě)，即射頻識(shí)別，就是我們所稱的電子標(biāo)簽。RFID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)象并進(jìn)行交流，獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)別工作不需要人工的干預(yù)，可工作于不同的惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)不僅可以識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體還可以同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽， 操作簡(jiǎn)單快捷方便9。 弗格森是埃森哲實(shí)驗(yàn)室首席科學(xué)家之一，他認(rèn)為RFID對(duì)于我們來(lái)說(shuō)是一種具有突破性的一項(xiàng)技術(shù)：第一，可以識(shí)別一個(gè)特定的物體，而不是像條形碼那樣只能識(shí)別某一類物體；第二，通過(guò)無(wú)線電射頻的技術(shù)，可以通過(guò)外部材料組成的系統(tǒng)來(lái)讀取數(shù)據(jù)，而條形碼則必須通過(guò)激光來(lái)獲取信息；第三，通過(guò)設(shè)定可以同時(shí)對(duì)多個(gè)具體內(nèi)容的物體進(jìn)行識(shí)別和讀取，而條形碼只能依次對(duì)物體一個(gè)一個(gè)地讀取。此外，它所能儲(chǔ)存的信息量比條形碼更加的大。10RFID最基本的系統(tǒng)由三部分組成：1）標(biāo)簽 通過(guò)耦合元件和芯片組成，每個(gè)標(biāo)簽都設(shè)置有唯一的電子編碼，附著在物體上以便標(biāo)識(shí)目標(biāo)對(duì)象；2）閱讀器 能夠讀取(有時(shí)還可以寫(xiě)入)標(biāo)簽信息的設(shè)備，有手持式或固定式的設(shè)計(jì)方案；3）天線 是標(biāo)簽和讀取器間傳遞射頻信號(hào)所需要的器件。RFID技術(shù)的基本工作原理是非常簡(jiǎn)單的：當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入天線形成的磁場(chǎng)后，就會(huì)接收到由解讀器所發(fā)出的射頻信號(hào)，通過(guò)并天線產(chǎn)生的感應(yīng)電流獲得的工作能量發(fā)送出儲(chǔ)存在芯片中產(chǎn)品信息，也可以主動(dòng)輸送出某一頻率的信號(hào)；解讀器就會(huì)進(jìn)行讀取信息并進(jìn)行解碼后，然后送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理11。RFID技術(shù)的典型應(yīng)用有：物流和供應(yīng)管理、動(dòng)物身份標(biāo)識(shí)、航空行李處理、門(mén)禁控制/電子門(mén)票、文檔追蹤/圖書(shū)館管理、道路自動(dòng)收費(fèi)、運(yùn)動(dòng)計(jì)時(shí)、郵件/快運(yùn)包裹處理門(mén)禁控制/電子門(mén)票、生產(chǎn)制造和裝配動(dòng)物身份標(biāo)識(shí)。RFID系統(tǒng)的基本工作流程是：閱讀器利用發(fā)射天線對(duì)外發(fā)送出具有一定頻率的射頻信號(hào)，當(dāng)應(yīng)答器進(jìn)入發(fā)射天線輻射出來(lái)的磁場(chǎng)時(shí)，即進(jìn)入工作區(qū)域，產(chǎn)生感應(yīng)電流，應(yīng)答器獲得工作所需要的能量；應(yīng)答器將自身已進(jìn)行編碼的信息通過(guò)對(duì)應(yīng)的發(fā)送天線發(fā)射出去；閱讀器的接收天線接收到從應(yīng)答器發(fā)送來(lái)的載波信號(hào)，就會(huì)經(jīng)過(guò)天線調(diào)節(jié)器輸送到閱讀器，閱讀器就會(huì)進(jìn)行解調(diào)和解碼所接收的信號(hào)并發(fā)送到后臺(tái)的主系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步處理；主系統(tǒng)根據(jù)所設(shè)置邏輯運(yùn)算判斷信號(hào)的內(nèi)容是否合法，針對(duì)不同的設(shè)定做出對(duì)應(yīng)的處理和控制，最后發(fā)出指令信號(hào)到執(zhí)行單元進(jìn)行執(zhí)行與顯示。在耦合方式(電感-電磁)、通信流程(FDX、HDX、SEQ)、從應(yīng)答器到閱讀器的數(shù)據(jù)傳輸方法(負(fù)載調(diào)制、反向散射、高次諧波)以及頻率范圍等方面，不同的非接觸傳輸方法有根本的區(qū)別，但所有的閱讀器在功能原理上，以及由此決定的設(shè)計(jì)構(gòu)造上都很相似，所有閱讀器均可簡(jiǎn)化為高頻接口和控制單元兩個(gè)基本模塊10。高頻接口包含發(fā)送器和接收器，其功能包括：產(chǎn)生高頻發(fā)射功率以啟動(dòng)射頻卡并提供能量；對(duì)發(fā)射信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，用于將數(shù)據(jù)傳送給射頻卡；接收并解調(diào)來(lái)自射頻卡的高頻信號(hào)12。不同射頻識(shí)別系統(tǒng)的高頻接口設(shè)計(jì)具有一些差異，電感耦合系統(tǒng)的高頻接口原理圖如圖1.1所示。 石英振蕩調(diào)制器輸出級(jí)放大器天線端帶通濾波放大器調(diào)制器發(fā)送數(shù)據(jù)接收數(shù)據(jù)圖2.2 RFID系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)閱讀器的控制單元的功能包括：可以和應(yīng)用系統(tǒng)軟件進(jìn)行信息的交流，并執(zhí)行由應(yīng)用系統(tǒng)軟件所發(fā)來(lái)的信號(hào)；控制與應(yīng)答器的通信過(guò)程(主-從原則)；可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行編解碼。還可以對(duì)一些特殊的系統(tǒng)進(jìn)行反碰撞算法，加密和解密應(yīng)答器與閱讀器間要傳送的數(shù)據(jù)，以及進(jìn)行身份驗(yàn)證應(yīng)答器和閱讀器等附加功能12。 RFID系統(tǒng)一個(gè)很關(guān)鍵的參數(shù)是系統(tǒng)的讀寫(xiě)距離。據(jù)我了解，長(zhǎng)距離射頻識(shí)別系統(tǒng)還處于高昂的價(jià)位，因此對(duì)于如何選擇提高其讀寫(xiě)距離的方法就顯得尤為重要了。影響應(yīng)答器讀寫(xiě)距離的因素包括信號(hào)天線對(duì)應(yīng)的工作頻率、閱讀器的RF輸出功率問(wèn)題、閱讀器的接收器件的靈敏度、應(yīng)答器的功耗、天線及諧振電路的Q值、天線方向、閱讀器和應(yīng)答器的耦合度，以及應(yīng)答器本身需要獲得的工作能量以及發(fā)送信息需要的能量等。大多數(shù)系統(tǒng)的讀取距離跟寫(xiě)入距離是存在著差異的，通常寫(xiě)入距離大約是讀取距離的40%80%14。RFID技術(shù)利用無(wú)線射頻的方式通過(guò)應(yīng)答器和閱讀器之間進(jìn)行非接觸性的雙向數(shù)據(jù)傳輸，目標(biāo)識(shí)別和數(shù)據(jù)交換是其主要的目的。跟傳統(tǒng)的條型碼、IC卡和磁卡相比，射頻卡具有非接觸、閱讀速度迅速、幾乎沒(méi)有磨損、受到環(huán)境影響的甚少、使用壽命長(zhǎng)、簡(jiǎn)單方便使用的特點(diǎn)和具有對(duì)象性的功能，還能同時(shí)識(shí)別處理多張卡片。在國(guó)外，射頻識(shí)別技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化、交通運(yùn)輸控制管理、商業(yè)自動(dòng)化等眾多領(lǐng)域都有其廣泛的應(yīng)用環(huán)境。與傳統(tǒng)的識(shí)別技術(shù)相比，RFID技術(shù)可以不需要直接接觸、也不需要光學(xué)可視和人工干預(yù)便可完成信息輸入和處理，而且操作方便。應(yīng)用程序可以廣泛應(yīng)用于在數(shù)據(jù)采集和處理領(lǐng)域的物流，生產(chǎn)，運(yùn)輸，交通，醫(yī)療，安全，跟蹤設(shè)備和資產(chǎn)管理的需要，信息可以被更新，標(biāo)簽可重復(fù)使用，被認(rèn)為是條形碼標(biāo)簽的未來(lái)替代品。 2.2耦合線圈的匹配理論耦合線圈的匹配理論主要采用磁場(chǎng)耦合，通過(guò)電感與電容發(fā)生LC諧振。在指定的頻率下，可以通過(guò)改變電感大小或者電容大小，從而達(dá)到諧振頻率。當(dāng)兩個(gè)線圈發(fā)生諧振并且靠得比較近時(shí)，其中一個(gè)線圈里的電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)在另一個(gè)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)12。圖2.3 耦合線圈的匹配理論本設(shè)計(jì)中的耦合線圈根據(jù)要求采用直徑約為0.6mm的漆包線密繞10圈形成直徑為6.6cm的線圈，線圈總長(zhǎng)2.15米，厚度為6mm。由圓形線圈的電感計(jì)算公式：其中：N為線圈匝數(shù)；r為線圈的半徑(cm)；b為線圈繞制的長(zhǎng)度（cm）；c為線圈的厚度(cm)；耦合線圈1、2的電感計(jì)算值為15.92uH，實(shí)際測(cè)量?jī)蓚€(gè)線圈電感值都為18.33uH,可以看出電感線圈的計(jì)算值與實(shí)際值非常接近。線圈與可變電容組成并聯(lián)諧振回路，線圈電感為18.33uH,電容容量為100PF，根據(jù)諧振頻率公式：可得諧振頻率對(duì)回路進(jìn)行諧振頻率測(cè)量得到諧振頻率為3.86MHZ。因而，閱讀器采用4.000MHZ有源晶振產(chǎn)生接近與諧振頻率的能源載波頻率。應(yīng)答器也采用4.000MHZ有源晶振作為載波頻率。2.3 PT2262/2272圖2.4 PT2272引腳圖 PT2272管腳說(shuō)明如表2.1所示表2.1 PT2272管腳說(shuō)明名稱管腳說(shuō)明A0-A111-8、10-13地址管腳,用于進(jìn)行地址編碼,可置為“0”,“1”,“f”(懸空),必須與2262 一致,否則不解碼。D0-D57-8、10-13地址或數(shù)據(jù)管腳,當(dāng)做為數(shù)據(jù)管腳時(shí),只有在地址碼與2262 一致,數(shù)據(jù)管腳才能輸出與2262 數(shù)據(jù)端對(duì)應(yīng)的高電平,否則輸出為低。Vcc18電源正端（+）Vss9電源負(fù)端（）DIN14數(shù)據(jù)信號(hào)輸入端，來(lái)自接收模塊輸出端OSC116振蕩電阻輸入端，與OSC2 所接電阻決定振蕩頻率OSC215振蕩電阻振蕩器輸出端VT17解碼有效確認(rèn)輸出端（常低）解碼有效變成高電平（瞬態(tài)）圖2.5 PT2262引腳圖PT2262管腳說(shuō)明如表2.2所示表2.2 PT2262管腳說(shuō)明名稱管腳說(shuō)明A0-A111-8、10-13地址管腳,用于進(jìn)行地址編碼,可置為“0”,“1”,“f”(懸空)D0-D57-8、10-13數(shù)據(jù)輸入端，有一個(gè)為“1”即有編碼發(fā)出，內(nèi)部下拉。Vcc18電源正端（+）Vss9電源負(fù)端（）TE14編碼啟動(dòng)端，用于多數(shù)據(jù)的編碼發(fā)射，低電平有效。OSC116振蕩電阻輸入端，與OSC2 所接電阻決定振蕩頻率。OSC215振蕩電阻振蕩器輸出端。Dout17編碼輸出端(正常時(shí)為低電平)。PT2262/2272 芯片的地址編碼設(shè)定和修改：在通常使用中，我們一般采用8 位地址碼和4 位數(shù)據(jù)碼，這時(shí)編碼電路PT2262 和解碼PT2272 的第18 腳為地址設(shè)定腳，有三種狀態(tài)可供選擇：懸空、接正電源、接地三種狀態(tài)，3 的8 次方為6561，所以地址編碼不重復(fù)度為6561 組，只有發(fā)射端PT2262 和接收端PT2272的地址編碼完全相同，才能配對(duì)使用，遙控模塊的生產(chǎn)廠家為了便于生產(chǎn)管理，出廠時(shí)遙控模塊的PT2262 和PT2272 的八位地址編碼端全部懸空，這樣用戶可以很方便選擇各種編碼狀態(tài)，用戶如果想改變地址編碼，只要將PT2262 和PT2272 的18 腳設(shè)置相同即可，例如將發(fā)射機(jī)的PT2262 的第1 腳接地第5 腳接正電源，其它引腳懸空，那么接收機(jī)的PT2272 只要也第1 腳接地第5 腳接正電源，其它引腳懸空就能實(shí)現(xiàn)配對(duì)接收。當(dāng)兩者地址編碼完全一致時(shí)，接收機(jī)對(duì)應(yīng)的D1D4 端輸出約4V 互鎖高電平控制信號(hào)，同時(shí)VT 端也輸出解碼有效高電平信號(hào)。用戶可將這些信號(hào)加一級(jí)放大，便可驅(qū)動(dòng)繼電器、功率三極管等進(jìn)行負(fù)載遙控開(kāi)關(guān)操縱。2.4 LM555原理圖2.6 LM555引腳圖表2.3 LM555管腳說(shuō)明編號(hào)名稱說(shuō)明1GND地線2TRIGGER觸發(fā)3OUTPUT輸出4RESET復(fù)位5CONTROL VOLTAGE控制電壓6THRESHOLD閥值7DISCHARGE放電8VCC電源LM555 管腳說(shuō)明如表2.3所示，其時(shí)基電路內(nèi)部由分壓器、比較器、觸發(fā)器、輸出管和放電管等組成，是模擬電路和數(shù)字電路的混合體。其中 6 腳為閥值端（TH），是上比較器的輸入。2 腳為觸發(fā)端（TR），是下比較器的輸入。3 腳為輸出端（OUT），有 0 和 1 兩種狀態(tài)，它的狀態(tài)由輸入端所加的電平?jīng)Q定。7 腳為放電端（DIS），是內(nèi)部放電管的輸出，它有懸空和接地兩種狀態(tài)，也是由輸入端的狀態(tài)決定。4 腳為復(fù)位端（R），叫上低電平（ 0.3V）時(shí)可使輸出端為低電平。5 腳為控制電壓端(CV )，可以用它來(lái)改變上下觸發(fā)電平值。8 腳為電源（VCC），1 腳為地（GND）。一般可以把 LM555 電路等效成一個(gè)大放電開(kāi)關(guān)的 R-S 觸發(fā)器。這個(gè)特殊的觸發(fā)器有兩個(gè)輸入端：閥值端（TH）可看成是置零端 R，要求高電平；觸發(fā)端（TR）可看成是置位端 S，低電平有效。它只有一個(gè)輸出端 OUT，OUT 可等效成觸發(fā)器的 Q 端。放電端（DIS）可看成由內(nèi)部放電開(kāi)關(guān)控制的一個(gè)接點(diǎn)，放電開(kāi)關(guān)由觸發(fā)器的反 Q端控制：反 Q=1 時(shí) DIS 端接地；反 Q=0 時(shí) DIS 端懸空。此外這個(gè)觸發(fā)器還有復(fù)位端 R，控制電壓端 CV，電源端 VCC 和接地端 GND。2.5本章小結(jié)本章論述了無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)的一些基本知識(shí)，本系統(tǒng)所用耦合線圈的匹配理論和系統(tǒng)所使用的PT2262/2272芯片和LM555的引腳說(shuō)明。廣東石油化工學(xué)院本科畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文：基于耦合線圈的匹配理論的無(wú)線識(shí)別裝置設(shè)計(jì)第三章 硬件模塊的設(shè)計(jì)3.1設(shè)計(jì)思路圖3.1無(wú)線識(shí)別裝置的總體設(shè)計(jì)示意圖12本設(shè)計(jì)是利用耦合線圈的匹配理論而制成的無(wú)線識(shí)別裝置。系統(tǒng)分為閱讀器與應(yīng)答器兩部分：閱讀器由耦合線圈、PT2272、發(fā)光二極管等組成；應(yīng)答器由耦合線圈、PT2262、撥碼開(kāi)關(guān)等組成。由單電源提供能量給閱讀器，耦合線圈為應(yīng)答器提供全部的能量，無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸串口異步通信與ASK調(diào)制等方法實(shí)現(xiàn)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?。閱讀器能夠識(shí)別距離為D的應(yīng)答器的信號(hào)并顯示識(shí)別結(jié)果，顯示正確率不會(huì)低于80%，識(shí)別距離D不會(huì)低于5cm，響應(yīng)時(shí)間不會(huì)大于5S。3.2 設(shè)計(jì)方案3.2.1總體方案論證與比較設(shè)計(jì)方案一：如圖3.2所示，通過(guò)51單片機(jī)和有源晶振振蕩器設(shè)計(jì)的無(wú)線識(shí)別系統(tǒng)。閱讀器的掃描應(yīng)答信號(hào)方式為串口通信方式，每當(dāng)閱讀器接受到應(yīng)答發(fā)出的信號(hào)后，它總能判別其是否為有效信號(hào)，如果判定為有效信號(hào)時(shí)則會(huì)按要求顯示應(yīng)答器所發(fā)出的信息，并通過(guò)蜂鳴的信號(hào)提示。當(dāng)應(yīng)答器處在閱讀器的正確識(shí)別距離時(shí)，應(yīng)答器會(huì)通過(guò)他們的線圈耦合獲得正常工作時(shí)所需要的工作能量，并讀取此時(shí)撥碼開(kāi)關(guān)相應(yīng)狀態(tài)，并通過(guò)耦合線圈發(fā)送應(yīng)答器此時(shí)的信號(hào)。特點(diǎn)：具有很高的顯示正確率是單片機(jī)異步串口通信方式的這種方式的優(yōu)勢(shì)。但是對(duì)于本次的設(shè)計(jì)任務(wù)，可能會(huì)因?yàn)轳詈暇€圈所提供的能量非常有限，以至于無(wú)法正常驅(qū)動(dòng)單片機(jī)。因此不采用該方案的設(shè)計(jì)。圖3.2無(wú)線識(shí)別裝置方案一方框圖設(shè)計(jì)方案二：如圖3.3所示，無(wú)線識(shí)別系統(tǒng)使用PT2262編碼芯片和PT2272解碼芯片組成。通過(guò)四位撥碼開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)答器進(jìn)行卡號(hào)設(shè)置，卡號(hào)編碼由PT2262負(fù)責(zé)進(jìn)行，耦合線圈負(fù)責(zé)把這個(gè)信號(hào)發(fā)射出去；當(dāng)閱讀器接收到耦合線圈發(fā)出的信號(hào)，則會(huì)讓PT2272解碼芯片負(fù)責(zé)把這個(gè)信號(hào)譯碼并輸出此時(shí)應(yīng)答器上的卡號(hào)，發(fā)光二極管負(fù)責(zé)顯示這個(gè)結(jié)果。特點(diǎn)：系統(tǒng)功耗小，實(shí)現(xiàn)功能簡(jiǎn)單便捷，而且PT2262對(duì)于起始工作電壓的要求非常低，正好適合這種能量供應(yīng)有限的場(chǎng)合。圖3.3無(wú)線識(shí)別裝置方案二方框圖結(jié)合以上方案的分析與實(shí)際情況的需求，我采用方案二。3.2.2 調(diào)制方式論證與比較方案一：頻移鍵控（FSK）。該方案設(shè)計(jì)的傳輸速率會(huì)比較快，而且對(duì)數(shù)據(jù)所判斷的正確率很高，但此設(shè)計(jì)的調(diào)制電路會(huì)比較復(fù)雜，所消耗的成本較高，功耗上的消耗很高，若在低功耗的情況下很難正常工作，而且設(shè)計(jì)的解調(diào)電路使用不夠人性化。由于設(shè)計(jì)方面的要求所提供的功耗較低，而且對(duì)通訊的正確率有一定的要求，如傳輸數(shù)據(jù)正確率不會(huì)低于80%，響應(yīng)時(shí)間不會(huì)超過(guò)5S，故我不選用該方案的設(shè)計(jì)。方案二：幅移鍵控（ASK）。該方案設(shè)計(jì)的調(diào)制電路得比較簡(jiǎn)單，其功耗方面的要求也相比FSK的低很多，設(shè)計(jì)的解調(diào)電路也比較簡(jiǎn)單，更符合使用于這種低速數(shù)據(jù)通信當(dāng)中，綜合各個(gè)方面考慮我選用該方案。3.2.3 555時(shí)鐘電路的控制對(duì)象論證與比較設(shè)計(jì)方案一：閱讀器和應(yīng)答器都由555時(shí)鐘電路控制，也就是說(shuō)在閱讀器和應(yīng)答器當(dāng)中都會(huì)用到555時(shí)鐘電路。當(dāng)閱讀器向應(yīng)答器通過(guò)耦合線圈發(fā)射工作能量時(shí)應(yīng)答器此時(shí)只負(fù)責(zé)接收獲得能量，當(dāng)應(yīng)答器要對(duì)信號(hào)進(jìn)行編碼并發(fā)射編碼信號(hào)時(shí)閱讀器則會(huì)相應(yīng)地停止向應(yīng)答器輻射能量并且只負(fù)責(zé)接收應(yīng)答器此時(shí)所發(fā)來(lái)的編碼信號(hào)并對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的解碼和顯示，但是我們?cè)趯?shí)際工作中，卻很難保證閱讀器和應(yīng)答器同步，因此我不采用此設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)方案二：應(yīng)答器由555時(shí)鐘電路控制，閱讀器則不使用555時(shí)鐘電路。這個(gè)方案的設(shè)計(jì)就是為了讓閱讀器一直在工作，應(yīng)答器通過(guò)555定時(shí)電路控制其接收閱讀器發(fā)出的工作能量、并儲(chǔ)存起來(lái)以及對(duì)信號(hào)編碼并發(fā)送出去，可是因?yàn)閼?yīng)答器的輸出功率比較小，若閱讀器那邊一直不停歇地對(duì)應(yīng)答器發(fā)射能量信號(hào)，閱讀器就接收不到到應(yīng)答器的編碼信號(hào)，因此我也不采用此設(shè)計(jì)的方案。設(shè)計(jì)方案三：閱讀器由555時(shí)鐘電路控制，應(yīng)答器則不使用555時(shí)鐘電路。這個(gè)方案的設(shè)計(jì)就是為了讓?xiě)?yīng)答器器一直在工作，閱讀器通過(guò)555定時(shí)電路控制間歇性地工作，這樣就會(huì)讓閱讀器正常地接收到應(yīng)答器通過(guò)耦合線圈發(fā)出的編碼信號(hào)并對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的解碼和顯示。因此我采用該設(shè)計(jì)方案。3.2.4功率放大電路設(shè)計(jì)的論證與比較設(shè)計(jì)方案一：該方案的功率放大電路帶有2035與3355這兩種三極管組成的，如圖3.4所示。圖3.4采用3355和2035兩種三極管的功率放大電路這個(gè)放大電路雖然能夠滿足本設(shè)計(jì)的要求，但是由于3355對(duì)接地要求較高，而且如果在實(shí)際操作的過(guò)程中實(shí)驗(yàn)室的接地不完善，電烙鐵帶電，那么3355就會(huì)很容易燒壞，影響器件的正常工作，因此本設(shè)計(jì)中不適合采用該設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)方案二：該方案的功率放大電路為帶有2035與9014兩種三極管組成的，用9014代替3355這個(gè)三極管，如圖3.5所示。圖3.5采用9014和2053的功率放大電路該電路不僅能夠滿足本設(shè)計(jì)的要求， 相對(duì)于3355來(lái)說(shuō)，9014工作更加穩(wěn)定，實(shí)際操作簡(jiǎn)單，而且不易燒壞，因此本設(shè)計(jì)中采用該設(shè)計(jì)方案。3.2.3 閱讀器部分如圖3.6所示，振蕩電路產(chǎn)生的電磁能經(jīng)過(guò)后續(xù)的放大電路放大后，由耦合線圈的諧振耦合發(fā)射出去；應(yīng)答器發(fā)送過(guò)來(lái)的編碼信號(hào)會(huì)通過(guò)耦合線圈讓閱讀器接收，輸送到PT2272接收串口前會(huì)經(jīng)過(guò)檢波電路，對(duì)編碼信號(hào)進(jìn)行檢波比較， PT2272會(huì)對(duì)編碼信號(hào)進(jìn)行對(duì)應(yīng)解碼后并通過(guò)發(fā)光二極管輸出識(shí)別出來(lái)的結(jié)果。振蕩電路和檢波電路是通過(guò)555定時(shí)電路控制其周期性地工作，電子開(kāi)關(guān)可以控制其單工切換,繼電器控制其獨(dú)立工作。PT2272耦合線圈發(fā)光二極管檢波電路振蕩電路單電源信號(hào)電磁能繼電器555定時(shí)器放大電路圖3.6 閱讀器組成方框圖3.2.4 應(yīng)答器部分如圖3.7所示，閱讀器經(jīng)過(guò)耦合線圈向應(yīng)答器發(fā)射電磁能，但并不足以驅(qū)動(dòng)應(yīng)答器，所以我要通過(guò)放大整流電路對(duì)電能進(jìn)行儲(chǔ)存，儲(chǔ)存在儲(chǔ)能電容里，電容電壓會(huì)通過(guò)電壓判斷電路進(jìn)行電壓判斷，當(dāng)電容電壓達(dá)到了正常工作的電壓時(shí)，應(yīng)答器就會(huì)開(kāi)始工作，此時(shí)撥碼開(kāi)關(guān)值就會(huì)通過(guò)PT2262芯片進(jìn)行讀取與編碼，編碼信號(hào)通過(guò)串口發(fā)送并經(jīng)過(guò)有源晶振產(chǎn)生載波信號(hào)，通過(guò)ASK調(diào)制后就會(huì)從耦合線圈發(fā)射出去。PT2262耦合線圈撥碼開(kāi)關(guān)放大整流電路ASK調(diào)制電路信號(hào)電磁能圖3.7應(yīng)答器組成方框圖3.3硬件的設(shè)計(jì)3.3.1 閱讀器主要電路圖3.8閱讀器主要電路圖如圖3.8所示為閱讀器的接收電路圖，通過(guò)采用有源晶振，9014和2053組成的放大電路通過(guò)耦合線圈接收信號(hào)，PT2272上接上2個(gè)發(fā)光二極管顯示是否接收到編碼信號(hào)，并通過(guò)4個(gè)發(fā)光二極管對(duì)應(yīng)顯示由應(yīng)答器傳來(lái)的編碼信號(hào)。3.3.2應(yīng)答器主要電路如圖3.9所示，通過(guò)四位撥碼開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)答器進(jìn)行卡號(hào)設(shè)置，卡號(hào)編碼由PT2262負(fù)責(zé)進(jìn)行，耦合線圈負(fù)責(zé)把這個(gè)信號(hào)發(fā)射出去。圖3.9應(yīng)答器電路圖3.3.3時(shí)鐘單元電路圖3.10閱讀器的時(shí)鐘單元如圖3.10所示就是閱讀器的時(shí)鐘單元的電路圖，其中LM555，R1，R2 ,C1組成了3秒左右周期的時(shí)鐘電路，占空比為5/6，3腳連著有源晶振和繼電器，晶振的工作與否用9014的導(dǎo)通與截止來(lái)控制，而控制耦合線圈與檢波電路的通斷的是繼電器。具體來(lái)講就是當(dāng)9014導(dǎo)通時(shí)，555輸出為1，使得有源晶振模塊開(kāi)始工作，斷開(kāi)繼電器控制的耦合線圈與檢波電路；當(dāng)有源晶振模塊停止工作時(shí)，555輸出為0， 連接由繼電器控制的耦合線圈與檢波電路，從而使PT2272開(kāi)始工作。之所以采用555時(shí)鐘電路控制閱讀器是因?yàn)楫?dāng)應(yīng)答器發(fā)射編碼信號(hào)到閱讀器的輸出功率不夠大，如果閱讀器一直在工作并通過(guò)耦合線圈向應(yīng)答器輻射能量，會(huì)使閱讀器沒(méi)有時(shí)間去接收應(yīng)答器發(fā)出的信號(hào)，所以閱讀器只有間歇性地向應(yīng)答器發(fā)射能量，才能確保閱讀器能夠接收到由應(yīng)答器發(fā)射來(lái)的編碼信號(hào)。在這個(gè)設(shè)計(jì)的電路中，555作為3秒周期而占空比為5/6的時(shí)鐘，采用這樣的占空比即使555大部分時(shí)間輸出的都是高電平，也可以讓晶振電路間歇性地工作2.5秒，然后停止0.5秒，利用這0.5秒的時(shí)間的話閱讀器就可以正常接收應(yīng)答器發(fā)送過(guò)來(lái)的編碼信號(hào)了。3.4閱讀器發(fā)射電路分析