畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）射頻識(shí)別RFID系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)及調(diào)試

1、摘要摘要射頻識(shí)別（rfid）技術(shù)是近幾年隨著無(wú)線(xiàn)電技術(shù)和大規(guī)模集成電路的普及應(yīng)用而出現(xiàn)的一項(xiàng)先進(jìn)的自動(dòng)識(shí)別和數(shù)據(jù)采集技術(shù)。它的最大優(yōu)勢(shì)就是非接觸性。可以無(wú)需人工干預(yù)完成識(shí)別工作。本文研究了電感耦合rfid系統(tǒng)工作原理，討論了射頻識(shí)別系統(tǒng)的組成及各個(gè)部分包括天線(xiàn)、閱讀器和電子標(biāo)簽的作用。設(shè)計(jì)了射頻識(shí)別系統(tǒng)的總體方案和各個(gè)部分的硬件電路。進(jìn)行了射頻識(shí)別系統(tǒng)的電路調(diào)試，進(jìn)行了系統(tǒng)識(shí)別距離的測(cè)量和系統(tǒng)識(shí)別正確率的測(cè)量。結(jié)果表明，本文設(shè)計(jì)的基于電感耦合的rfid系統(tǒng)可以正確工作。該論文對(duì)今后進(jìn)行射頻識(shí)別系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的工作有一定的參考意義。關(guān)鍵詞：自動(dòng)識(shí)別 射頻識(shí)別 電子標(biāo)簽 閱讀器abstractabstr

2、actradio frequency identification (rfid) technology is an advanced automatic identification and data collection technology, appeared with the radio technology and the popularization of the large scale integrated circuit in recent years. the biggest advantage of this technology is that the property o

3、f non-contact. the identification work can be done without human intervention. the principle of the inductively coupled rfid systems were studied in this article, and the roles of the components of the rfid systems, including the antennas, readers and electronic tags were discussed. the overall prog

4、ram of the rfid system and the various parts of the hardware were designed. the circuit of the rf identification system was debugged, the distance and accuracy of the identification system were measured. the results show that the design of inductive coupling in rfid-based system can work properly. t

5、his study has some reference value on the development work of the radio frequency identification systems in the future. keywords: automatic identification rfid electronic tag reader unit目錄 i目錄第一章 緒論11.1 常見(jiàn)的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)11.2 射頻識(shí)別技術(shù)的概述31.3 研究?jī)?nèi)容5第二章 射頻識(shí)別技術(shù)工作原理72.1 電感耦合rfid系統(tǒng)工作原理72.2 射頻識(shí)別系統(tǒng)的組成92.2.1 天線(xiàn)102.2.2

6、閱讀器102.2.3 電子標(biāo)簽12第三章 射頻識(shí)別系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)153.1 總體方案選擇153.2 調(diào)制方案選擇163.3系統(tǒng)工作頻率163.4 天線(xiàn)選擇173.5 系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)17第四章 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)194.1 主要芯片介紹194.2 耦合線(xiàn)圈諧振計(jì)算214.3 電子標(biāo)簽設(shè)計(jì)224.3.1 電源模塊224.3.2 編碼電路244.3.3 調(diào)制電路254.4 閱讀器的設(shè)計(jì)264.4.1 發(fā)射模塊的設(shè)計(jì)264.4.2 解調(diào)電路294.4.3 解碼電路的設(shè)計(jì)31第五章 射頻識(shí)別系統(tǒng)的調(diào)試和測(cè)試355.1 線(xiàn)圈耦合調(diào)試355.2 系統(tǒng)識(shí)別距離的測(cè)量355.3 系統(tǒng)識(shí)別正確率的測(cè)量35第六章 總結(jié)37致謝

7、39參考文獻(xiàn)41第一章 緒論 5第一章 緒論 本章首先對(duì)一些常見(jiàn)的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)做簡(jiǎn)單的介紹，然后詳細(xì)介紹射頻識(shí)別技術(shù)。1.1 常見(jiàn)的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)自動(dòng)識(shí)別技術(shù)是將數(shù)據(jù)自動(dòng)采集和識(shí)讀，并且自動(dòng)輸入計(jì)算機(jī)的重要方法和手段。近二三十年來(lái)，自動(dòng)識(shí)別技術(shù)在全球范圍內(nèi)得到了迅猛的發(fā)展。自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的發(fā)展為計(jì)算機(jī)提供了快速、準(zhǔn)確采集和輸入數(shù)據(jù)的手段。常見(jiàn)的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)有條形碼識(shí)別技術(shù)、光學(xué)字符識(shí)別技術(shù)、生物識(shí)別技術(shù)、卡識(shí)別技術(shù)、視覺(jué)識(shí)別技術(shù)和射頻識(shí)別技術(shù)。條行碼技術(shù)條形碼是由一組規(guī)則排列的條、空以及相應(yīng)的數(shù)字組成，這種用條、空組成的數(shù)據(jù)編碼可以供條形碼讀寫(xiě)器識(shí)讀，而且容易譯成二進(jìn)制數(shù)和十進(jìn)制數(shù)。這些條和空具有

8、不同的組合方法，構(gòu)成不同的圖形符號(hào)，及各種符號(hào)體系（也稱(chēng)碼制），適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)合1。 條碼有一維碼和二維碼兩種。一維條碼信息密度小、需占用較大面積等缺點(diǎn)。二維碼的出現(xiàn)解決了這些問(wèn)題。二維碼可以攜帶大量的信息量，使用二維條碼時(shí)，可以脫離后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，因?yàn)槎S碼包含了存儲(chǔ)于后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息，可以直接通過(guò)閱讀條碼得到相應(yīng)的信息，俗稱(chēng)之為 “便攜式數(shù)據(jù)文件”。 條碼技術(shù)的特點(diǎn)：條形碼符號(hào)制作容易，掃描操作簡(jiǎn)單易行；信息采集的速度快，利用條碼掃描錄入信息的速度是鍵盤(pán)錄入的二十倍；可靠性高，誤碼率極低；靈活實(shí)用，條碼符號(hào)作為一種識(shí)別手段可以單獨(dú)使用，也可以和有關(guān)設(shè)備組成識(shí)別系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化識(shí)別，還可以實(shí)

9、現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)化管理；成本低，條碼識(shí)別系統(tǒng)涉及的識(shí)別符號(hào)成本以及識(shí)別設(shè)備成本都非常低2。 光學(xué)字符識(shí)別技術(shù) 光學(xué)字符識(shí)別(ocr,optical character recognition)是指通過(guò)掃描等光學(xué)輸入方式，對(duì)文本資料進(jìn)行掃描輸入，然后對(duì)圖像文件進(jìn)行分析處理，獲取文字及版面信息的過(guò)程。已有30多年歷史，近幾年又出現(xiàn)了圖像字符識(shí)別（image character recognition，icr）和智能字符識(shí)別（intelligent character recognition，icr），實(shí)際上這三種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的基本原理大致相同。 識(shí)別過(guò)程：圖像輸入、預(yù)處理 、版面分析 、字符切割 、字

10、符識(shí)別 、版面恢復(fù) 、后處理、校對(duì)。光學(xué)字符識(shí)別技術(shù)有三個(gè)重要的應(yīng)用領(lǐng)域：辦公自動(dòng)化中的文本輸入、郵件自動(dòng)處理、與自動(dòng)獲取文本過(guò)程相關(guān)的其他領(lǐng)域。這些領(lǐng)域包括：零售價(jià)格識(shí)讀，訂單數(shù)據(jù)輸入，單證、支票和文件識(shí)讀，微電路及小件產(chǎn)品的狀態(tài)及批號(hào)特征識(shí)讀等?；谠谧R(shí)別手跡特征方面的進(jìn)展，目前正探索在手跡分析及鑒定簽名方面的應(yīng)用2。光學(xué)字符識(shí)別技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是人眼可視讀、可以?huà)呙?；但是輸入速度和可靠性不如條形碼，數(shù)據(jù)格式有限，通常要用接觸式掃描器。卡識(shí)別技術(shù)常用的卡識(shí)別技術(shù)有兩種，即磁條卡技術(shù)和ic卡技術(shù)。其中，磁條卡技術(shù)屬于磁存儲(chǔ)器識(shí)別技術(shù)，而ic卡技術(shù)屬于電存儲(chǔ)器技術(shù)。 磁條卡技術(shù)磁條卡是一層薄薄的由定

11、向排列的鐵性氧化粒子組成的材料，用樹(shù)脂粘合在一起并粘在諸如紙或者塑料這樣的非磁性基材上。 磁條卡一般作為識(shí)別卡用，可以寫(xiě)入、儲(chǔ)存、改寫(xiě)信息內(nèi)容，特點(diǎn)是可靠性強(qiáng)、記錄數(shù)據(jù)密度大、誤讀率低，信息輸入、讀出速度快。由于磁卡的信息讀寫(xiě)相對(duì)簡(jiǎn)單容易，使用方便，成本低，從而較早地獲得了發(fā)展，并進(jìn)入了多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，如信用卡、銀行atm卡、機(jī)票、公共汽車(chē)票、自動(dòng)售貨卡等3。ic卡識(shí)別技術(shù)ic卡是指集成電路卡，我們一般用的公交車(chē)卡就是ic卡的一種，一般常見(jiàn)的ic卡采用射頻技術(shù)與ic卡的讀卡器進(jìn)行通訊，ic卡與磁卡是有區(qū)別的，ic卡是通過(guò)卡里的集成電路存儲(chǔ)信息，而磁卡是通過(guò)卡內(nèi)的磁力記錄信息。ic卡的成本一般比磁

12、卡高，但保密性更好。ic卡可包含一個(gè)微處理器使其成為真正的智能卡，或者只是簡(jiǎn)單地成為一個(gè)存儲(chǔ)卡。通過(guò)使用微處理器在卡上進(jìn)行認(rèn)證和對(duì)信息訪(fǎng)問(wèn)的控制，從而使ic卡達(dá)到更高的保密性。ic卡有更多的優(yōu)點(diǎn)：安全性高；ic卡的存儲(chǔ)容量大，便于應(yīng)用，方便管理；防磁、防靜電，抗干擾能力強(qiáng)1。生物識(shí)別技術(shù)所謂生物識(shí)別技術(shù)就是，通過(guò)計(jì)算機(jī)與光學(xué)、聲學(xué)、生物傳感器和生物統(tǒng)計(jì)學(xué)原理等高科技手段密切結(jié)合，利用人體固有的生理特性，（如指紋、臉象、虹膜等）和行為特征（如筆跡、聲音、步態(tài)等）來(lái)進(jìn)行個(gè)人身份的鑒定。1傳統(tǒng)的身份鑒定方法包括身份標(biāo)識(shí)物品（如鑰匙、證件、atm卡等）和身份標(biāo)識(shí)知識(shí)（如用戶(hù)名和密碼）但由于主要借助體外

13、物，一旦證明身份的標(biāo)識(shí)物品和標(biāo)識(shí)知識(shí)被盜或遺忘，其身份就容易被他人冒充或取代。 生物識(shí)別技術(shù)比傳統(tǒng)的身份鑒定方法更具安全、保密和方便性。生物特征識(shí)別技術(shù)具不易遺忘、防偽性能好、不易偽造或被盜、隨身“攜帶”和隨時(shí)隨地可用等優(yōu)點(diǎn)。視覺(jué)識(shí)別技術(shù) 視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)可以看作是這樣的系統(tǒng)：它能獲取視覺(jué)圖像，而且通過(guò)一個(gè)特征提取和分析的過(guò)程，能自動(dòng)識(shí)別限定的標(biāo)志、字符、編碼結(jié)構(gòu)等呈現(xiàn)在圖像內(nèi)的特征。隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，視覺(jué)識(shí)別技術(shù)可與其他自動(dòng)識(shí)別技術(shù)結(jié)合起來(lái)應(yīng)用2。射頻識(shí)別技術(shù)射頻識(shí)別技術(shù)的基本原理是電磁理論。射頻系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是不局限于視線(xiàn)，識(shí)別距離較遠(yuǎn)，射頻識(shí)別卡具有讀寫(xiě)能力，可攜帶大量數(shù)據(jù)，同時(shí)具有難以偽造

14、和智能性較高等特點(diǎn)。射頻識(shí)別和條碼一樣，是非接觸式識(shí)別技術(shù)。由于無(wú)線(xiàn)電波能“掃描”數(shù)據(jù)，所以rfid掛牌可做成隱形的，有些rfid識(shí)別產(chǎn)品的識(shí)別距離可以達(dá)到幾百米3。射頻識(shí)別的最大優(yōu)點(diǎn)是非接觸性，因此完成識(shí)別工作無(wú)需人工干預(yù)，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化且不易損壞，可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)的物體并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)電子標(biāo)簽，操作快捷方便。rfid識(shí)別的缺點(diǎn)是電子標(biāo)簽的成本相對(duì)較高，并且一般不能隨意扔掉，而多數(shù)條碼掃描壽命結(jié)束時(shí)可以扔掉。1.2 射頻識(shí)別技術(shù)的概述 射頻識(shí)別技術(shù)的基本概念rfid技術(shù)是射頻識(shí)別技術(shù)的簡(jiǎn)稱(chēng)，它是一種非接觸的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，其基本原理是利用射頻信號(hào)的空間耦合（電感耦合或電磁耦合）或反射的傳輸特性，實(shí)

15、現(xiàn)對(duì)被識(shí)別物體的自動(dòng)識(shí)別。rfid系統(tǒng)因應(yīng)用不同，其組成也會(huì)有所不同，但是基本都由電子標(biāo)簽和閱讀器兩大部分組成。電子標(biāo)簽和閱讀器都是由耦合芯片和芯片組成。所以，為了完成rfid系統(tǒng)的主要功能，必須具有兩個(gè)基本部分，即電子標(biāo)簽和閱讀器。有時(shí)為了更好的對(duì)識(shí)別數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與處理，在較大型的rfid系統(tǒng)中，還需要中間件、應(yīng)用系統(tǒng)軟件等附屬設(shè)備來(lái)完成對(duì)多閱讀器識(shí)別系統(tǒng)的管理3。射頻識(shí)別技術(shù)的發(fā)展rfid技術(shù)最早的應(yīng)用可追溯到第二次世界大戰(zhàn)中飛機(jī)的敵我目標(biāo)識(shí)別，但是由于技術(shù)和成本原因，一直沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用。近年來(lái)，隨著大規(guī)模集成電路、網(wǎng)絡(luò)通信、信息安全等技術(shù)的發(fā)展，rfid技術(shù)進(jìn)入商業(yè)化應(yīng)用階段。 近年來(lái)

16、在國(guó)外的很多國(guó)家和公司都投入了一定的力量來(lái)研究rfid技術(shù)。在美國(guó)產(chǎn)業(yè)方面，ti公司、intel公司等集成電路廠(chǎng)商目前都在rfid領(lǐng)域投入巨資進(jìn)行芯片開(kāi)發(fā)。在歐洲產(chǎn)業(yè)方面，歐洲的philips公司、st微電子公司在積極開(kāi)發(fā)廉價(jià)rfid芯片；checkpoint公司在開(kāi)發(fā)支持多系統(tǒng)的rfid識(shí)別系統(tǒng)。在日本，政府也將rfid作為一項(xiàng)關(guān)鍵的技術(shù)來(lái)發(fā)展。2004年7月，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省選擇了7個(gè)產(chǎn)業(yè)做rfid的應(yīng)用試驗(yàn)。韓國(guó)主要通過(guò)國(guó)家的發(fā)展計(jì)劃，再聯(lián)合企業(yè)的力量來(lái)推動(dòng)rfid的發(fā)展，雖然韓國(guó)關(guān)于rfid技術(shù)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)不夠明顯，但是在韓國(guó)政府的高度重視下，韓國(guó)關(guān)于rfid的技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用試驗(yàn)正

17、在加速開(kāi)展，2005年3月，韓國(guó)政府耗資7.84億美元在仁川新建技術(shù)中心，主要從事rfid技術(shù)的研發(fā)和相關(guān)設(shè)備的生產(chǎn)。 國(guó)內(nèi)由于涉足rfid較晚，因而在該領(lǐng)域落后于發(fā)達(dá)國(guó)家，特別是在rfid芯片的設(shè)計(jì)生產(chǎn)方面還比較落后。我國(guó)很多企業(yè)對(duì)rfid的認(rèn)識(shí)還不夠，基礎(chǔ)設(shè)施的缺失也為rfid在我國(guó)的發(fā)展設(shè)置了障礙。目前我國(guó)rfid應(yīng)用市場(chǎng)上大的應(yīng)用項(xiàng)目寥寥可數(shù)。迄今為止最大的項(xiàng)目是學(xué)生證的防偽，用量以達(dá)到2000萬(wàn)；其次是火車(chē)車(chē)皮和集裝箱的識(shí)別，用量也達(dá)到百萬(wàn)左右。隨著rfid技術(shù)的重要性日益體現(xiàn)，我國(guó)政府也希望能夠在這項(xiàng)技術(shù)上有所創(chuàng)新。目前，我國(guó)已經(jīng)公布了多項(xiàng)基于rfid技術(shù)的國(guó)家發(fā)展計(jì)劃。例如，我國(guó)

18、公民將在未來(lái)開(kāi)始使用采用rfid技術(shù)的身份證1。射頻識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用rfid技術(shù)以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，逐漸地被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、商業(yè)自動(dòng)化和交通運(yùn)輸控制管理等領(lǐng)域。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展及其生產(chǎn)規(guī)模的不斷壯大，射頻識(shí)別產(chǎn)品的成本將不斷地降低，其應(yīng)用也將越來(lái)越廣泛。 在交通運(yùn)輸方面的應(yīng)用包括：電子收費(fèi)系統(tǒng)、電子車(chē)牌系統(tǒng)、城市交通跳讀管理系統(tǒng)、電子注冊(cè)管理系統(tǒng)等。例如，電子收費(fèi)系統(tǒng)被用于公路、大橋和隧道的電子自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)，它可以使用rfid技術(shù)，通過(guò)路側(cè)天線(xiàn)與車(chē)載電子標(biāo)簽之間的專(zhuān)用短程通信，不需要司機(jī)停車(chē)和收費(fèi)人員的操作，自動(dòng)完成收費(fèi)。在物流管理方面的應(yīng)用包括：零售環(huán)節(jié)、存儲(chǔ)環(huán)節(jié)、運(yùn)輸環(huán)節(jié)、配送

19、/分銷(xiāo)環(huán)節(jié)等。例如，零售環(huán)節(jié)中使用rfid技術(shù)有效跟蹤運(yùn)輸與庫(kù)存，可以改進(jìn)零售商的庫(kù)存管理，實(shí)現(xiàn)適時(shí)補(bǔ)貨，提高效率。 射頻識(shí)別技術(shù)還可以應(yīng)用在軍事物流上。美國(guó)是最早采用rfid進(jìn)行軍事物流管理的國(guó)家，美國(guó)每年經(jīng)國(guó)防物資利用與銷(xiāo)售系統(tǒng)處理的物資價(jià)值在六十億以上，采用射頻識(shí)別技術(shù)后，將極大地提高物資補(bǔ)給的效率。射頻識(shí)別技術(shù)還被用在物品防偽、郵政領(lǐng)域、電子商品監(jiān)視、定位系統(tǒng)身份識(shí)別等。射頻識(shí)別技術(shù)的優(yōu)勢(shì)射頻識(shí)別技術(shù)（rfid）是自動(dòng)識(shí)別的高級(jí)形式。rfid在近兩年已經(jīng)成為了市場(chǎng)的熱點(diǎn)。隨著微型集成電路、天線(xiàn)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，微型低功耗的智能rfid標(biāo)簽得到了很大發(fā)展，并且成本也大大降低。r

20、fid的最大優(yōu)勢(shì)是非接觸讀取數(shù)據(jù)，與其他的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)相比，它還具有攜帶數(shù)據(jù)量大、信息處理速度快、保密性高、識(shí)別距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)。rfid具有很強(qiáng)的環(huán)境適用性，抗干擾能力強(qiáng)，可在全天候下使用，幾乎不受惡劣環(huán)境的影響，同時(shí)還避免機(jī)械磨損。一種rfid系統(tǒng)還可以滿(mǎn)足多用途的要求，可以實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)識(shí)別。系統(tǒng)可靠性高，操作方便快捷。正因?yàn)閞fid系統(tǒng)的這些優(yōu)點(diǎn)，使它具有美好的應(yīng)用前景。1.3 研究?jī)?nèi)容本論文介紹了一些常見(jiàn)的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，詳細(xì)介紹了射頻識(shí)別技術(shù)的概念和原理。實(shí)現(xiàn)了射頻識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。下面是論文的章節(jié)安排第一章 主要介紹一些常見(jiàn)的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，詳細(xì)說(shuō)明了射頻識(shí)別技術(shù)的原理、發(fā)展及現(xiàn)狀、應(yīng)用和特點(diǎn)

21、。第二章 介紹射頻識(shí)別系統(tǒng)的工作原理以及系統(tǒng)的組成。第三章 射頻識(shí)別系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)，包括整體方案的選擇、調(diào)制方案的選取、天線(xiàn)的選擇、工作頻率的選擇。第四章 射頻識(shí)別系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)，包括電子標(biāo)簽和閱讀器的詳細(xì)實(shí)現(xiàn)過(guò)程。第五章 對(duì)射頻識(shí)別系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試和測(cè)試，包括系統(tǒng)的線(xiàn)圈耦合的調(diào)試和正確率、最大識(shí)別距離的測(cè)量。 第二章 射頻識(shí)別技術(shù)工作原理 13第二章 射頻識(shí)別技術(shù)工作原理本章的主要內(nèi)容是介紹電感耦合型射頻識(shí)別的工作原理和識(shí)別系統(tǒng)的組成。2.1 電感耦合rfid系統(tǒng)工作原理電感耦合原理電子標(biāo)簽與閱讀器之間通過(guò)天線(xiàn)架起空間電磁波傳輸?shù)耐ǖ?。電子?biāo)簽與閱讀器（也稱(chēng)讀寫(xiě)器）之間的電磁耦合包含兩種情況，即

22、近距離的電感耦合與遠(yuǎn)距離的電磁耦合。在本次設(shè)計(jì)中使用的是電感耦合。電感耦合的模型可以看作是變壓器模型，閱讀器的天線(xiàn)相當(dāng)于變壓器的初級(jí)線(xiàn)圈，電子標(biāo)簽相當(dāng)于變壓器的次級(jí)線(xiàn)圈，它們的耦合介質(zhì)是空間磁場(chǎng)。電感耦合rfid系統(tǒng)的工作原理：由閱讀器的發(fā)射電路通過(guò)天線(xiàn)發(fā)射某一特定頻率的射頻信號(hào)，形成閱讀器的有效識(shí)別區(qū)域。如果電子標(biāo)簽進(jìn)入到這個(gè)有效識(shí)別區(qū)域，就獲得能量而被激活，開(kāi)始工作，電子標(biāo)簽將自身的編號(hào)信息通過(guò)自身攜帶的天線(xiàn)發(fā)送出去，閱讀器接收到電子標(biāo)簽的調(diào)制信號(hào)，并進(jìn)行解調(diào)，得到想要的信息，然后進(jìn)行相關(guān)的處理。所謂的電感耦合實(shí)際上是從電子標(biāo)簽和閱讀器之間的通信及能量傳輸方式而言的。電感耦合依據(jù)的是電磁感

23、應(yīng)定律，通過(guò)空間高頻交變磁場(chǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)耦合。電感耦合方式的電子標(biāo)簽幾乎都是無(wú)源的，電子標(biāo)簽工作的所有能量都是由閱讀器發(fā)送的電磁能量提供。高頻的強(qiáng)電磁場(chǎng)由閱讀器的天線(xiàn)線(xiàn)圈產(chǎn)生，并輻射到線(xiàn)圈周?chē)目臻g中，當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn)入到電磁場(chǎng)中時(shí)就發(fā)生電磁感應(yīng)，從而產(chǎn)生感應(yīng)電流，電子標(biāo)簽就獲得了工作的能量。如圖2.1所示。在識(shí)別的過(guò)程中，電子標(biāo)簽的調(diào)制模塊將自身的編碼信息調(diào)制到載波上，然后使用天線(xiàn)發(fā)送出去，此時(shí)閱讀器的天線(xiàn)通過(guò)電感耦合的方式將電子標(biāo)簽天線(xiàn)產(chǎn)生的電磁波接收下來(lái)，并進(jìn)行進(jìn)一步處理。通過(guò)這種耦合的方式，閱讀器可以對(duì)電子標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制1。圖2.1電感耦合型但是，電感耦合方式常常適用于低頻和中頻的射頻識(shí)別系統(tǒng)

24、，并且識(shí)別距離很近一般不大于1米。常見(jiàn)的作用距離是10-20cm。電感耦合的典型工作頻率是125khz、225khz和13.56mhz。負(fù)載調(diào)制原理在電感耦合型射頻識(shí)別系統(tǒng)中，電子標(biāo)簽的編碼信息需要調(diào)制以后，才能使用天線(xiàn)發(fā)射出去，負(fù)載調(diào)制是常用的一種調(diào)制方法。負(fù)載調(diào)制簡(jiǎn)單的說(shuō)，就是利用負(fù)載的變化來(lái)改變電源的電壓。下面通過(guò)舉一個(gè)例子來(lái)具體說(shuō)明一下，如圖2.2所示。圖中的電路有兩級(jí)，兩級(jí)電路之間通過(guò)天線(xiàn)耦合。如果v2不工作的話(huà)，天線(xiàn)1上的振蕩信號(hào)是穩(wěn)定的如圖2.2a所示。但是，當(dāng)v2工作的時(shí)候，三極管（在這個(gè)電路中相當(dāng)于一個(gè)開(kāi)關(guān)）就會(huì)周期性的導(dǎo)通，那么后一級(jí)電路的負(fù)載就會(huì)周期性變化。只要后一級(jí)的負(fù)

25、載發(fā)生變化，天線(xiàn)1上的電壓就會(huì)發(fā)生變化，負(fù)載周期性變化，那么天線(xiàn)1上的電壓也是周期性變化。如圖2.2b所示，電壓隨負(fù)載變化，但是頻率不變。上面的過(guò)程就是負(fù)載調(diào)制過(guò)程。對(duì)于負(fù)載調(diào)制的解調(diào)，一般要經(jīng)過(guò)檢波、放大、比較的過(guò)程，此過(guò)程將會(huì)在第四章中詳細(xì)說(shuō)明。圖 2.2負(fù)載調(diào)制電路圖 2.2a負(fù)載固定時(shí)閱讀器天線(xiàn)的波形圖 2.2b 負(fù)載變化時(shí)閱讀器天線(xiàn)的波形2.2 射頻識(shí)別系統(tǒng)的組成射頻識(shí)別是一種非接觸的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，一個(gè)射頻識(shí)別系統(tǒng)至少包括閱讀器、天線(xiàn)和電子標(biāo)簽。如圖2.3所示。下面對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)組成部分進(jìn)行說(shuō)明。圖 2.3 射頻識(shí)別系統(tǒng)圖2.2.1 天線(xiàn)無(wú)論閱讀器還是電子標(biāo)簽的正常工作，都離不開(kāi)天線(xiàn)或

26、耦合線(xiàn)圈。對(duì)于電子標(biāo)簽和閱讀器而言，天線(xiàn)是它們之間的空間接口。其實(shí)，天線(xiàn)是一種能夠?qū)㈦姶挪ㄞD(zhuǎn)換成電流信號(hào)，也可以將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電磁波的裝置。無(wú)線(xiàn)電發(fā)射模塊發(fā)射射頻信號(hào)，通過(guò)電纜輸送到天線(xiàn)上面，天線(xiàn)將射頻信號(hào)以電磁波的形式輻射出去。電磁波到達(dá)接收點(diǎn)后，也是由天線(xiàn)接收下來(lái)（但是天線(xiàn)所接收到的只是很小一部分），并通過(guò)電纜輸送到接收模塊。所以，天線(xiàn)是發(fā)射電磁波和接收電磁波的重要無(wú)線(xiàn)電設(shè)備，可以說(shuō)沒(méi)有天線(xiàn)就沒(méi)有無(wú)線(xiàn)電通信1。電感耦合射頻識(shí)別系統(tǒng)中，閱讀器的天線(xiàn)產(chǎn)生電磁波，并向電子標(biāo)簽提供工作能量，同時(shí)傳遞信息。所以天線(xiàn)的設(shè)計(jì)和選擇要符合一定的條件：天線(xiàn)線(xiàn)圈的電流達(dá)到最大，以便產(chǎn)生最大的磁通量；要有一定

27、的帶寬，保證信號(hào)的調(diào)制不會(huì)互相干擾；功率匹配，這樣能夠最大限度利用磁通量。天線(xiàn)有很多種形式和結(jié)構(gòu)，如平板天線(xiàn)、環(huán)形天線(xiàn)、螺旋天線(xiàn)等。在電感耦合rfid系統(tǒng)中主要使用環(huán)形天線(xiàn)。環(huán)形天線(xiàn)主要用于中、低頻射頻識(shí)別系統(tǒng)中，用來(lái)實(shí)現(xiàn)能量和數(shù)據(jù)的電磁耦合。2.2.2 閱讀器在無(wú)線(xiàn)射頻識(shí)別系統(tǒng)中，閱讀器是主要的組成部分之一。它在射頻識(shí)別系統(tǒng)中起到了舉足輕重的作用。在射頻識(shí)別系統(tǒng)工作過(guò)程中，通常由閱讀器在一個(gè)區(qū)域內(nèi)發(fā)送射頻能量形成電磁場(chǎng)。電子標(biāo)簽通過(guò)這一區(qū)域時(shí)被觸發(fā)，發(fā)送存儲(chǔ)在電子標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)，或根據(jù)閱讀器的指令來(lái)改寫(xiě)存儲(chǔ)在電子標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)?？偨Y(jié)起來(lái)閱讀器的功能是：完成與電子標(biāo)簽之間的通信；對(duì)需要傳送的數(shù)據(jù)進(jìn)

28、行編碼、解碼；對(duì)需要傳送的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和解密；同時(shí)識(shí)別多個(gè)電子標(biāo)簽，要有防碰撞功能。閱讀器可以作為單獨(dú)的整體存在，也可以嵌入到其他的應(yīng)用系統(tǒng)中。它可以單獨(dú)具有讀寫(xiě)、顯示、數(shù)據(jù)處理等功能，也可以與其他的系統(tǒng)聯(lián)合使用來(lái)完成對(duì)電子標(biāo)簽的操作3。閱讀器工作的頻率決定整個(gè)系統(tǒng)的工作頻率。閱讀器的功率直接影響射頻識(shí)別的距離。根據(jù)射頻識(shí)別體統(tǒng)的頻率不同，可以將閱讀器分為低頻閱讀器、高頻閱讀器和超高頻閱讀器。低頻和高頻閱讀器的發(fā)射功率較小，頻率較低，所以系統(tǒng)的識(shí)別距離就較小。但是低頻和高頻閱讀器的設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，體積也較小，價(jià)格也相對(duì)較低。超高頻的發(fā)射功率較大，頻率較高，所以系統(tǒng)的識(shí)別距離較大。但是超高頻閱讀器

29、的設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，體積也相對(duì)較大。閱讀器的組成、雖然各種射頻識(shí)別系統(tǒng)在耦合方式、通信方式、數(shù)據(jù)傳輸方式以及工作頻率的選擇上存在著很大的區(qū)別，但是，rfid閱讀器的組成基本相同。主要由兩大基本模塊組成：信號(hào)控制與處理模塊和高頻接口模塊。此外，閱讀器還需要發(fā)射電磁能量的天線(xiàn)。如圖2.4所示。信號(hào)控制和處理模塊通常采用asic組件和微處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能。信號(hào)控制和處理模塊的主要功能：控制電子標(biāo)簽的通圖 2.4 閱讀器結(jié)構(gòu)圖信過(guò)程；對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和解密；信號(hào)的編碼和解碼；對(duì)電子標(biāo)簽身份識(shí)別。高頻接口模塊主要由發(fā)送器和接收器組成。通常高頻接口模塊又被稱(chēng)作射頻模塊，它的主要功能是：產(chǎn)生一定頻率的射頻信號(hào)，發(fā)

30、射射頻信號(hào)，激活電子標(biāo)簽并為其提供工作電壓；調(diào)制發(fā)射信號(hào)，對(duì)電子標(biāo)簽進(jìn)行寫(xiě)入操作：解調(diào)電子標(biāo)簽的射頻信號(hào)2。對(duì)于電感耦合的rfid體統(tǒng)，因?yàn)楣ぷ黝l率較低，所以閱讀器的高頻接口部分電路比較簡(jiǎn)單。通常電感耦合的rfid系統(tǒng)閱讀器的高頻接口如圖2.5。圖 2.5 電感耦合型rfid系統(tǒng)閱讀器的高頻接口部分閱讀器的結(jié)構(gòu)形式根據(jù)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的功能需求以及不同設(shè)備制造商的生產(chǎn)習(xí)慣，閱讀器有不同的結(jié)構(gòu)與外觀(guān)形式。根據(jù)天線(xiàn)和閱讀器模塊是否分離，可以分為分離式閱讀器和集成式閱讀器。常見(jiàn)的分離式閱讀器有固定式閱讀器，而典型的集成式閱讀器有手持閱讀器。根據(jù)閱讀器的應(yīng)用場(chǎng)合，可以分為固定式閱讀器、oem（origin

31、al equipment manufacturer原始設(shè)備制造商）模塊、工業(yè)閱讀器、手持閱讀器和讀卡器。2.2.3 電子標(biāo)簽電子標(biāo)簽（又稱(chēng)應(yīng)答器）作為射頻識(shí)別系統(tǒng)組成部分，它的作用也是不言而喻的。電子標(biāo)簽中存儲(chǔ)了可用的信息，通過(guò)電感耦合可以將此信息傳輸?shù)叫畔⒉杉到y(tǒng)中。電子標(biāo)簽的主要組成部分是耦合天線(xiàn)和標(biāo)簽芯片如圖2.6。耦合線(xiàn)圈的作用就是接收閱讀器發(fā)射出來(lái)的電磁波同時(shí)將標(biāo)簽芯片的信號(hào)以電磁波的形式發(fā)射出去。標(biāo)簽芯片的作用是，對(duì)天線(xiàn)接收的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和解碼等處理，同時(shí)將自身的信息進(jìn)行編碼、調(diào)制。圖 2.6 電子標(biāo)簽的組成每個(gè)電子標(biāo)簽都具有唯一的編碼，這些編碼被存儲(chǔ)到存儲(chǔ)模塊中。電子標(biāo)簽附著在物

32、體對(duì)象上，就可以對(duì)物體進(jìn)行識(shí)別。電子標(biāo)簽中的內(nèi)容可以被永久鎖定，也可以被修改?？偟膩?lái)說(shuō)對(duì)電子標(biāo)簽要具有一定的基本要求：具有一定的存儲(chǔ)容量；一定的工作環(huán)境下，標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)可以被讀出也可以被寫(xiě)入4。由于各種識(shí)別系統(tǒng)的原理和應(yīng)用領(lǐng)域不同，電子標(biāo)簽的原理、結(jié)構(gòu)和外觀(guān)也有很大的區(qū)別。根據(jù)分類(lèi)的方式不同，電子標(biāo)簽可以分為不同的類(lèi)型。1、按供電方式（1）有源標(biāo)簽有源電子標(biāo)簽是指電子標(biāo)簽內(nèi)部有電池提供標(biāo)簽工作的電壓。這種電子標(biāo)簽的工作距離相對(duì)較遠(yuǎn)，但是使用壽命較短、體積較大、成本較高、需要定期更換電池。此類(lèi)標(biāo)簽的工作環(huán)境受到很大限制，很多惡劣的環(huán)境不適合使用。（2）無(wú)源標(biāo)簽無(wú)源電子標(biāo)簽就是指電子標(biāo)簽內(nèi)部沒(méi)有電

33、池提供工作電壓。無(wú)源電子標(biāo)簽利用線(xiàn)圈耦合電磁波技術(shù)從閱讀器那得到能量，然后轉(zhuǎn)換成直流電源，為無(wú)源電子標(biāo)簽提供工作電壓。無(wú)源電子標(biāo)簽的使用壽命較長(zhǎng)、識(shí)別距離相對(duì)有源標(biāo)簽的要近。但是無(wú)源電子標(biāo)簽對(duì)工作環(huán)境要求很低。2、按電子標(biāo)簽的工作頻率（1）低頻標(biāo)簽低頻標(biāo)簽的工作頻率較低，工作頻率范圍為30khz到300khz，是型的電感耦合型標(biāo)簽，它的天線(xiàn)一般為線(xiàn)圈型天線(xiàn)。低頻標(biāo)簽一般為無(wú)源標(biāo)簽，工作能量通過(guò)電感耦合方式從閱讀器耦合線(xiàn)圈的輻射場(chǎng)中得到。其實(shí)rfid技術(shù)首先是在低頻得到廣泛應(yīng)用和推廣的。低頻電子標(biāo)簽的優(yōu)勢(shì)是：省電、價(jià)格低。缺點(diǎn)是：存儲(chǔ)數(shù)量較少、速度慢、識(shí)別距離近。（2）高頻標(biāo)簽高頻電子標(biāo)簽的工作

34、頻率要比低頻標(biāo)簽的頻率要高，其工作頻率一般為3到30mhz。但是它的天線(xiàn)發(fā)射出的仍然是波長(zhǎng)較長(zhǎng)的無(wú)線(xiàn)電波，工作原理和低頻的標(biāo)簽完全相同，所以它同樣是電感耦合型的電子標(biāo)簽，它的工作天線(xiàn)同樣是線(xiàn)圈型的。高頻標(biāo)簽的優(yōu)點(diǎn)是：速度快、識(shí)別距離較遠(yuǎn)。缺點(diǎn)是：價(jià)格太高。 （3）超高頻標(biāo)簽超高頻電子標(biāo)簽的工作頻率遠(yuǎn)高于低頻和高頻標(biāo)簽， 工作波長(zhǎng)較短，所以超高頻電子標(biāo)簽的工作方式多采用電磁反向散射耦合方式。 第三章 射頻識(shí)別系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 17第三章 射頻識(shí)別系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)本章的內(nèi)容是系統(tǒng)整體方案的選擇，以及調(diào)制方案和系統(tǒng)工作頻率的選取。3.1 總體方案選擇方案一：如圖3.1所示，在此方案中使用單片機(jī)。單片機(jī)用來(lái)編

35、碼和解碼，并用數(shù)碼管來(lái)顯示電子標(biāo)簽的信息。閱讀器的主要組成部分：?jiǎn)纹瑱C(jī)、接收電路等。電子標(biāo)簽的主要組成部分：?jiǎn)纹瑱C(jī)、調(diào)制電路等。此識(shí)別系統(tǒng)的工作過(guò)程：電子標(biāo)簽進(jìn)入閱讀器的有效工作區(qū)域后被激活，并通過(guò)線(xiàn)圈耦合得到工作能量，電子標(biāo)簽中的單片機(jī)讀取撥碼開(kāi)關(guān)的信息并發(fā)通過(guò)天線(xiàn)送出編碼信息，閱讀器接收到編碼信息后，對(duì)編碼信息進(jìn)行解調(diào)，然后通過(guò)單片機(jī)對(duì)其解碼并顯示。圖3.1 方案一的電路結(jié)構(gòu)方案二： 如圖3.2所示，此系統(tǒng)不采用單片機(jī)進(jìn)行編碼和解碼，而是采用通用的編碼芯片pt2262和解碼芯片pt2272,，使用發(fā)光二極管來(lái)顯示電子標(biāo)簽的四位撥碼開(kāi)關(guān)的信息。此識(shí)別系統(tǒng)的工作過(guò)程：電子標(biāo)簽進(jìn)入閱讀器的有效工

36、作區(qū)域后，通過(guò)線(xiàn)圈耦合得到工作能量，編碼芯片pt2262將撥碼開(kāi)關(guān)的信息進(jìn)行編碼然后調(diào)制發(fā)送，閱讀器接收到編碼信息后，進(jìn)行解調(diào)，然后再解碼，最后使用四位發(fā)光二極管顯示。圖 3.2 方案二電路結(jié)構(gòu)因?yàn)樵诖舜巫R(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，電子標(biāo)簽采用的是無(wú)源電子標(biāo)簽，電子標(biāo)簽的工作能量是通過(guò)耦合得到，這樣的能量很有限，不足以驅(qū)動(dòng)單片機(jī)這樣的芯片。但是pt2262和pt2272可以較好的完成四位二進(jìn)制數(shù)據(jù)的編碼和解碼，并且功耗低、價(jià)格低，對(duì)工作環(huán)境要求也比較低，非常適合能量供應(yīng)有限的場(chǎng)合。3.2 調(diào)制方案選擇方案一：直接調(diào)制直接使用fsk或ask調(diào)制，這樣的調(diào)制電路復(fù)雜，所以電路的功耗就會(huì)相對(duì)大一點(diǎn)，這對(duì)于無(wú)源

37、電子標(biāo)簽來(lái)說(shuō)，功耗太大是不行的。方案二：負(fù)載調(diào)制系統(tǒng)工作在低頻段，使用的是電感耦合，耦合部分可以使用變壓器模型來(lái)進(jìn)行分析。電子標(biāo)簽的線(xiàn)圈可以等效到閱讀器的線(xiàn)圈上。當(dāng)電子標(biāo)簽線(xiàn)圈的負(fù)載大小發(fā)生變化時(shí)，就會(huì)改變閱讀器線(xiàn)圈兩端的電壓。這就是負(fù)載調(diào)制。負(fù)載調(diào)制電路簡(jiǎn)單，功耗小。經(jīng)上比較，選擇方案二的調(diào)制方法。3.3系統(tǒng)工作頻率此系統(tǒng)的電子標(biāo)簽是無(wú)源的，所以功率較小，并且對(duì)識(shí)別距離也沒(méi)有特別的要求。如果選取頻率較高，電路就會(huì)相對(duì)復(fù)雜，并且功耗就大。并且，如果頻率選擇較高，那么與之諧振的電容則可能非常小，由于分布電容的存在，調(diào)試將十分困難，要實(shí)現(xiàn)的話(huà)難度較大。所以最終選擇系統(tǒng)工作在低頻段，低頻系統(tǒng)的典型工

38、作頻率是125khz、225khz和13.56mhz，我們選取工作頻率為125khz。3.4 天線(xiàn)選擇系統(tǒng)工作在低頻段，所以使用電感耦合方式，電感耦合的天線(xiàn)是環(huán)形的。我們可以使用直徑不大于1mm的漆包線(xiàn)或帶有絕緣皮的導(dǎo)線(xiàn)密繞10圈制成，天線(xiàn)的直徑可以選擇6.5cm左右，繞成空心的。閱讀器與電子標(biāo)簽的天線(xiàn)之間的介質(zhì)是空氣。3.5 系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu) 閱讀器的組成：振蕩電路、放大電路、解調(diào)電路、解碼電路等。電子標(biāo)簽的組成：整流電路、編碼電路、調(diào)制電路等。電子標(biāo)簽框圖如圖3.3a所示圖 3.3a 電子標(biāo)簽框圖閱讀器框圖如圖3.3b所示圖 3.3b 閱讀器框圖 第四章 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 33第四章 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 本章

39、內(nèi)容是系統(tǒng)的詳細(xì)實(shí)現(xiàn)，包括電子標(biāo)簽和閱讀器的具體設(shè)計(jì)。4.1 主要芯片介紹555芯片簡(jiǎn)介555集成電路開(kāi)始是作定時(shí)器應(yīng)用的，所以叫做555定時(shí)器或555時(shí)基電路。但后來(lái)經(jīng)過(guò)開(kāi)發(fā)，它除了作定時(shí)延時(shí)控制外，還可用于調(diào)光、調(diào)溫、調(diào)壓、調(diào)速等多種控制及計(jì)量檢測(cè)。此外，還可以組成脈沖振蕩、單穩(wěn)、雙穩(wěn)和脈沖調(diào)制電路，用于交流信號(hào)源、電源變換、頻率變換、脈沖調(diào)制等。由于它工作可靠、使用方便、價(jià)格低廉，目前被廣泛用于各種電子產(chǎn)品中，555集成電路內(nèi)部有幾十個(gè)元器件，有分壓器、比較器、基本r-s觸發(fā)器、放電管以及緩沖器等，電路比較復(fù)雜，是模擬電路和數(shù)字電路的混合體。內(nèi)部電路如圖4.1所示圖 4.1 lm555內(nèi)

40、部結(jié)構(gòu)圖 555芯片有8個(gè)引腳，雙列直插型的。其中6腳稱(chēng)閾值端(th)，是上比較器的輸入；2腳稱(chēng)觸發(fā)端(tr)，是下比較器的輸入；3腳是輸出端(vo)，它有0和1兩種狀態(tài)，由輸入端所加的電平?jīng)Q定；7腳是放電端(dis)，它是內(nèi)部放電管的輸出，有懸空和接地兩種狀態(tài)，也是由輸入端的狀態(tài)決定；4腳是復(fù)位端(mr)，加上低電平時(shí)可使輸出為低電平；5腳是控制電壓端(vc)，可用它改變上下觸發(fā)電平值；8腳是電源端，1腳是地端。其中工作電壓為5v-18v。pt2262/pt2272芯片簡(jiǎn)介 pt2262/pt2272 是一種cmos 工藝制造的低功耗低價(jià)格的通用編碼和解碼芯片pt2262/pt2272 最多

41、可有12 位(a0-a11)三態(tài)地址端管腳(懸空，接高電平，接低電平)，任意組合可提供531441 地址碼。pt2262最多可有6 位(d0-d5)數(shù)據(jù)端管腳，設(shè)定的地址碼和數(shù)據(jù)碼從17 腳串行輸出，可用于無(wú)線(xiàn)遙控發(fā)射電路。編碼芯片pt2262 發(fā)出的編碼信號(hào)由：地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼組成一個(gè)完整的碼字，解碼芯片pt2272 接收到兩次完全相同的碼字后才開(kāi)始解碼，vt 腳才輸出高電平，與此同時(shí)相應(yīng)的數(shù)據(jù)腳也輸出高電平。pt2262/pt2272芯片的特點(diǎn)：功耗低，價(jià)格低，外部元器件少，rc 振蕩電阻，工作電壓的范圍較寬，為2.6-15v。管腳功能：pt2262 管腳說(shuō)明，如表4-1：表 4-1

42、 pt2262 管腳說(shuō)明名稱(chēng)管腳功能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vt17編碼輸出端在具體的應(yīng)用中，外接振蕩電阻可根據(jù)需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，阻值越大振蕩頻率越慢，pt2272管腳說(shuō)明，如表4-2：表4-2 pt2272管腳說(shuō)明名稱(chēng)管腳功能a0-a111-8、10-13地址

43、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（）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)）使用注意事項(xiàng)：pt2262和pt2272的地址碼只有完全相同才能配對(duì)使用，要不然就不能完成編碼、解碼工作。只要將pt2262 和pt2272 的18 腳設(shè)置相同即可，例如，將2262的3腳接地，4腳接高電平的話(huà)，那么2272

44、的3腳也接地，4腳也接高電平，這樣就能完成解碼了。4.2 耦合線(xiàn)圈諧振計(jì)算電子標(biāo)簽的能量是通過(guò)電感耦合從閱讀器得到的，電磁場(chǎng)由閱讀器的天線(xiàn)線(xiàn)圈產(chǎn)生，這種磁場(chǎng)穿過(guò)線(xiàn)圈橫截面和線(xiàn)圈周?chē)目臻g，因?yàn)槭褂玫念l率較低，所以電磁波的波長(zhǎng)比閱讀器和電子標(biāo)簽之間的距離大的多，可以把閱讀器和電子標(biāo)簽之間的磁場(chǎng)看作是交變磁場(chǎng)。電子標(biāo)簽的線(xiàn)圈必須要和電容構(gòu)成諧振回路，如果兩個(gè)線(xiàn)圈不能諧振，電子標(biāo)簽就不能得到足夠的能量來(lái)工作。閱讀器的發(fā)射輸出端采用發(fā)射線(xiàn)圈和電容并聯(lián)構(gòu)成諧振回路。由，其中f為系統(tǒng)的工作頻率，由閱讀器的振蕩電路頻率決定，此系統(tǒng)中頻率為125khz。l為線(xiàn)圈的電感，c為線(xiàn)圈兩端并聯(lián)的電容。用電感表測(cè)量?jī)蓚€(gè)

45、線(xiàn)圈的電感分別為15.5uh和15.6uh。經(jīng)計(jì)算得電容的大小為0.1uf。同理得到電子標(biāo)簽線(xiàn)圈所并聯(lián)的電容大小。微調(diào)閱讀器的發(fā)射頻頻率，通過(guò)該回路的諧振，使電子標(biāo)簽的線(xiàn)圈兩端電壓達(dá)到最大。4.3 電子標(biāo)簽設(shè)計(jì)電子標(biāo)簽由整流電路、調(diào)制電路和編碼電路組成。4.3.1 電源模塊 電子標(biāo)簽采用的是無(wú)源的，工作電壓是通過(guò)電感耦合的方式從閱讀器得到。通過(guò)線(xiàn)圈耦合過(guò)來(lái)的是交流電壓。而電子標(biāo)簽需要的工作電壓是直流的，所以需要一個(gè)模塊來(lái)將交流電壓轉(zhuǎn)換為直流的。為了實(shí)現(xiàn)此功能我們需要一個(gè)對(duì)正負(fù)極有不同特性的元件，二極管就可以。二極管的典型特征就是單向?qū)ㄌ匦?。?dāng)二極管有正向電流流過(guò)時(shí)，二極管導(dǎo)通，有反向電流流過(guò)

46、是二極管截止。一個(gè)簡(jiǎn)單的方法就是將二極管和電子標(biāo)簽的天線(xiàn)串聯(lián)，結(jié)果就是只有在一個(gè)方向上有電流流過(guò)二極管，然后再加一個(gè)電容來(lái)儲(chǔ)存這個(gè)電流，通過(guò)電容的周期性的放電，就可以提供直流電流了。如圖4.2所示（電阻r為負(fù)載）。但是，圖 4.2 簡(jiǎn)單的整流電流模型上圖的整流模型不足以提供穩(wěn)定的直流電壓，并且電壓值也不夠要求。為了得到更高更穩(wěn)定的直流電壓，一種常見(jiàn)的整流電流就是使用整流橋。如圖4.3所示圖 4.3 用整流橋進(jìn)行整流在t1的正半周期內(nèi)，二極管d1和d3加上了正向電壓，此時(shí)d1和d3導(dǎo)通，而對(duì)于d2和d4相當(dāng)于加了一個(gè)反向的電壓，此時(shí)d2和d4截止，電路構(gòu)成了t1、d1 、r1和d3 的導(dǎo)通回路。

47、在t1的負(fù)半周期內(nèi)，d2和d4加上了正向電壓，此時(shí)它們導(dǎo)通，而d1和d3加反向電壓它們截止。電路構(gòu)成了t1、d2、r1和d4的導(dǎo)通回路。這樣在一個(gè)周期內(nèi)電阻r1上就有直流電壓產(chǎn)生了。由于t1上的信號(hào)是正弦信號(hào)，這樣的過(guò)程會(huì)不斷的重復(fù)出現(xiàn)，r1上就會(huì)有持續(xù)的直流電壓存在。在此射頻識(shí)別系統(tǒng)中，我們就采用橋式整流電路來(lái)進(jìn)行整流。具體電路如圖 4.4所示。雖然經(jīng)過(guò)整流橋以后就有直流電壓產(chǎn)生，但是這個(gè)直流電壓的大小不穩(wěn)定，不能夠作為電子標(biāo)簽的工作電壓。為了讓整流橋輸出的電壓更穩(wěn)定，我們?cè)谠O(shè)計(jì)電路的時(shí)候加入了大小為10uf的電解電容和一個(gè)0.01uf的普通電容，將它們并聯(lián)在整流橋的兩端。因?yàn)殡娙菽軌騼?chǔ)存電

48、荷，通過(guò)電容放電能夠使電壓更加有驅(qū)動(dòng)能力。電容的后面并聯(lián)了一個(gè)5v的穩(wěn)壓二極管，這樣就將直流電壓穩(wěn)定在了5v。因?yàn)殡娮訕?biāo)簽的工作電壓就設(shè)計(jì)為5v。在圖4.4中u和地之間的電壓就為5v。圖4.4 電子標(biāo)簽中的整流電路4.3.2 編碼電路在此射頻識(shí)別系統(tǒng)中，我們采用專(zhuān)用的編碼芯片pt2262來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)編碼。四位的數(shù)據(jù)通過(guò)四位撥碼開(kāi)關(guān)來(lái)進(jìn)行輸入。我們僅僅是識(shí)別數(shù)據(jù)，所以對(duì)于地址碼可以懸空不接。編碼有效位接地，使其一直有效。編碼芯片pt2262外部需要接振蕩電阻才能工作，振蕩電阻接的越大，編碼芯片輸出的編碼寬度越大，編碼就越慢。因?yàn)榇俗R(shí)別系統(tǒng)的工作頻率在125khz左右，所以編碼寬度要相對(duì)大一些，這樣

49、在調(diào)制好以后，更容易解調(diào)。最終選擇振蕩電阻為4.7m。編碼芯片電路如圖4.5a所示。其中dout就是編碼芯片的輸出，它是一串高低電平。當(dāng)撥碼開(kāi)關(guān)的數(shù)值為1101時(shí)，dout的輸出波形如圖4.5b所示圖 4.5a 編碼芯片電路。圖 4.5b pt2262編碼波形4.3.3 調(diào)制電路編碼芯片的輸出需要調(diào)制才能夠通過(guò)天線(xiàn)發(fā)送出去。本識(shí)別系統(tǒng)采用負(fù)載調(diào)制。負(fù)載調(diào)制的原理是：利用負(fù)載的大小變化來(lái)改變電壓的變化。在此系統(tǒng)中使用的是電感耦合，電感耦合可以看成是變壓器模型，閱讀器的天線(xiàn)可以看作是變壓器的初級(jí)線(xiàn)圈，電子標(biāo)簽的天線(xiàn)可以看作是變壓器的次級(jí)線(xiàn)圈。次級(jí)線(xiàn)圈的負(fù)載可以等效到初級(jí)線(xiàn)圈上，通過(guò)改變次級(jí)線(xiàn)圈的負(fù)

50、載就可以等效改變了初級(jí)線(xiàn)圈上的負(fù)載了，就能引起初級(jí)線(xiàn)圈上電壓的變化。我們可以使用模擬開(kāi)關(guān)的方法來(lái)改變次級(jí)線(xiàn)圈兩端的負(fù)載。而模擬開(kāi)關(guān)就有編碼信號(hào)來(lái)控制。模擬開(kāi)關(guān)選用三極管s8050。當(dāng)編碼為高電平時(shí)三極管的集電極和發(fā)射極就導(dǎo)通，此時(shí)電子標(biāo)簽天線(xiàn)的負(fù)載就變大，那么閱讀器天線(xiàn)上的電壓就會(huì)變小。當(dāng)編碼為低電平時(shí)，三極管s8050的集電極和發(fā)射極之間是斷開(kāi)的，電子標(biāo)簽天線(xiàn)的負(fù)載就變小，那么閱讀器天線(xiàn)上的電壓就變大。負(fù)載調(diào)制的具體電路如圖4.5所示。s8050的集電極接整流橋的正端，發(fā)射極接的是地，而基極接的是編碼芯片pt2262的輸出。通過(guò)編碼來(lái)控制模擬開(kāi)關(guān)的通斷。圖 4.5 電子標(biāo)簽部分電路，4.4

51、閱讀器的設(shè)計(jì)閱讀器由發(fā)射模塊、解調(diào)電路和解碼電路組成。其中發(fā)射模塊包括振蕩電路和放大電路。4.4.1 發(fā)射模塊的設(shè)計(jì)發(fā)射模塊的主要部分就是振蕩電路，振蕩電路可以使用有源晶振產(chǎn)生也可以使用lc振蕩電路來(lái)產(chǎn)生。如果是用有源晶振實(shí)現(xiàn)的話(huà)，振蕩電路比較簡(jiǎn)單，但是產(chǎn)生的頻率固定不變，在電路設(shè)計(jì)好以后還要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試過(guò)程中，有可能需要微系統(tǒng)的工作頻率。所以使用有源晶振構(gòu)成的振蕩電路不合適。如果使用lc振蕩電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的話(huà)，電路相對(duì)較復(fù)雜,頻率調(diào)節(jié)不方便。并且電路中存在分布電容，它對(duì)電路的影響是不能忽視的?？傮w來(lái)說(shuō)lc振蕩電路不易實(shí)現(xiàn)。我們采用555芯片來(lái)來(lái)構(gòu)造振蕩電路，555芯片構(gòu)成的振蕩電路可以產(chǎn)

52、生正弦波、方波和三角波，可以根據(jù)需要自己選擇。555芯片構(gòu)造的振蕩電路的最大優(yōu)點(diǎn)是頻率可以調(diào)節(jié)，并且555芯片構(gòu)造的振蕩電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行時(shí)性能穩(wěn)定，調(diào)整方便、價(jià)格低廉。系統(tǒng)中使用的電路如圖4.6所示。電路只要加上5v電壓，555芯片的3腳就能輸出方波。通過(guò)調(diào)節(jié)可變電阻r2可以改變輸出方波頻率。接通電源后電容c3開(kāi)始充電，當(dāng)電容c3上端的電壓達(dá)到2vcc/3時(shí)555的3端將輸出低電平。但是此時(shí)555內(nèi)部的放電三極管（如圖4.1所示）將導(dǎo)通，此時(shí)電容c3通過(guò)r2和r3開(kāi)始放電，當(dāng)電容c3的上端電壓降低到1vcc/3時(shí)，555的第3腳的電平開(kāi)始反轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠娖?，放電結(jié)束后555內(nèi)部放電三極管截止，v

53、cc開(kāi)始通過(guò)r1、r3和r2對(duì)c3開(kāi)始充電，當(dāng)c3兩端的電壓達(dá)到2vcc/3時(shí)，555芯片的第3腳輸出低電平。如此的過(guò)程重復(fù)出現(xiàn)，555芯片的第3腳就能輸出穩(wěn)定的方波。3腳輸出的波形如圖4.7所示。圖 4.6 使用555芯片構(gòu)造的振蕩電路圖 4.7 555芯片振蕩電路的輸出波形 如果將振蕩電路的輸出直接的接到天線(xiàn)上的話(huà)，即使天線(xiàn)諧振，電子標(biāo)簽的天線(xiàn)上電壓也會(huì)有點(diǎn)低，不足以提供電子標(biāo)簽的工作電壓。因?yàn)檎袷庪娐份敵龅姆讲](méi)有經(jīng)過(guò)放大，驅(qū)動(dòng)能力很弱，不能夠用來(lái)驅(qū)動(dòng)天線(xiàn)諧振。所以在振蕩電路的后面加個(gè)功率放大電路來(lái)增加驅(qū)動(dòng)能力。如果選用分立的原件來(lái)構(gòu)造這個(gè)放大電路那么電路要相對(duì)復(fù)雜，并且要涉及到阻抗匹配

54、的問(wèn)題，這樣設(shè)計(jì)起來(lái)是很麻煩的。為了更方便的實(shí)現(xiàn)放大功能，同時(shí)也簡(jiǎn)化電路的復(fù)雜度，選用驅(qū)動(dòng)芯片tc4423來(lái)對(duì)振蕩電路的輸出方波進(jìn)行放大。tc4423芯片的工作電壓范圍是4.5v至18v。tc4423的放大電路連接簡(jiǎn)單，不需要考慮匹配問(wèn)題，具體電路如圖4.8所示。圖 4.8 驅(qū)動(dòng)芯片所構(gòu)成的放大電路tc4423的1腳和8腳是懸空不接的，2腳是a路通道的輸入，7是a路通道的輸出。3為地端，6腳為電源端，4和5腳是b路通道的輸入和輸出，此電路中b路通道沒(méi)有使用。4.4.2 解調(diào)電路電子標(biāo)簽的調(diào)制方式選用的是負(fù)載調(diào)制，使用編碼信號(hào)來(lái)控制三極管的通斷來(lái)改變電子標(biāo)簽的負(fù)載，也就相當(dāng)于改變了閱讀器天線(xiàn)的負(fù)

55、載，改變了閱讀器天線(xiàn)上的電壓。要想把負(fù)載調(diào)制信號(hào)解調(diào)出來(lái)，首先要把調(diào)制信號(hào)通過(guò)二極管檢波，然后經(jīng)過(guò)低通濾波器，將濾波器輸出的信號(hào)放大，最后進(jìn)入比較器，還原出編碼信號(hào)。解調(diào)的具體電路如圖4.9所示。圖中的lm358作為放大芯片使用，可以提供兩級(jí)放大，lm311是比較器芯片。二極管d3為in60作檢波使用。d1和d2為in4148二極管，它們的作用是限幅。d1直接接到閱讀器的天線(xiàn)上。當(dāng)pt2262不工作的時(shí)候，閱讀器天線(xiàn)上的波形如圖4.9a所示，是一個(gè)穩(wěn)定的正弦波。但是，當(dāng)pt2262工作以后，它就會(huì)有輸出，而它的輸出就可以改變閱讀器天線(xiàn)的負(fù)載。pt2262開(kāi)始工作以后，閱讀器天線(xiàn)上的波形變?yōu)閳D4.9b所示。圖4.9b的波形要經(jīng)過(guò)檢波二極管d3檢波，如果不進(jìn)行檢波而直接進(jìn)行濾波的話(huà)，那么濾波的結(jié)果就成了零。檢波后的輸出要進(jìn)入低通濾波器如圖中的r15和c11就組成了一個(gè)低通濾波器，圖4.9使用了兩個(gè)低通濾波器。從低通濾波器輸出的波如圖4.9c所示。然后經(jīng)過(guò)兩級(jí)放大器放大，波形沒(méi)變，只是它的幅度