無線漢字收發(fā)1

1、無線識別論文 學校：天津理工大學 組員： 劉 洋（08 電器） 袁利東（08 集成） 張禮川 （09 電信） 指導老師：張濤 王欣 日期：2011.8.31010天津理工大學摘要無線識別裝置由閱讀器、應答器和耦合線圈三部分組成。閱讀器與發(fā)射器收發(fā)裝置相同。發(fā)射部分采用ASK調(diào)制技術。通過有源晶振產(chǎn)生4MHz載波，通過74HC00產(chǎn)生ASK調(diào)制信號。通過74HC04非門芯片產(chǎn)生高的電流。接收部分以NE5532高頻功率放大芯片為主題，加電壓比價器對波形整形。采用80C52單片機作為整個系統(tǒng)的控制部分，程序設計在C程序基礎上編程實現(xiàn)；采用1602顯示屏顯示發(fā)送與接收到的漢字。經(jīng)測試，整機功能齊全，各

2、項性能指標符合系統(tǒng)要求，發(fā)射與接收到得漢字基本上無錯誤。關鍵詞：ASK 調(diào)制， ，存儲轉發(fā)； 目錄摘要21 方案論證與比較41.1 調(diào)制方案選擇：41.2 解調(diào)方案選擇：41.3 多點通訊方案選擇：42理論分析與參數(shù)計算、電路設計42.1收發(fā)電路分析-422無線收發(fā)電路設計-52.3閱讀器處理模塊設計-72.4應答器處理模塊設計-72.5軟件設計-73統(tǒng)測試與數(shù)據(jù)分析83.1系統(tǒng)距離設計-8 3.2系統(tǒng)穩(wěn)定性設計-94系統(tǒng)功能95總結-91 方案論證與比較1.1 調(diào)制方案選擇：方案 1：采用 FSK 調(diào)制，優(yōu)點是具有較強的抗干擾能力。缺點是解調(diào)部分的硬件較為復雜。方案 2：采用ASK 調(diào)制，優(yōu)

3、點是調(diào)制和解調(diào)的電路都相對簡單，缺點是抗干擾能力較差。通過在干擾較小的頻段選擇合適的載頻，由于本題目要求傳輸距離較近，并通過窄帶濾波能夠消除大部分干擾，所以本作品選擇了 ASK 調(diào)制方式。1.2 解調(diào)方案選擇：方案 1：對 ASK 信號放大與窄帶濾波后，進行包絡檢波，再通過門限判決的方 法解調(diào)。該方案的成本低，缺點是抗干擾能力很差，窄帶濾波器容易 偏頻，難以調(diào)試。方案 2：對 ASK 信號放大后，采用調(diào)諧式解調(diào)器（Tone-Decoder）進行解調(diào)， 解調(diào)器本身是個窄帶鎖相環(huán)，能夠省去窄帶濾波器，且本身抗干擾能 力較強；本作品中采用該方案。1.3通訊方案選擇： 由于采用外加電源對應答器供電，故

4、閱讀器與應答器的收發(fā)模塊相同。發(fā)射模塊將所需要的文字信號和4MHz載波信號通過與非芯片形成ask信號然后經(jīng)四個并聯(lián)的非門芯片進行電流放大經(jīng)LC串聯(lián)放大后發(fā)出，接收模塊將接收到的信號通過NE5532功率放大器進行放大，該放大器具有解調(diào)功能。后經(jīng)過電壓比較器對解調(diào)出的小電壓進行升壓以供單片機識別。單片機對信號進行處理在應答器處顯示出漢字，同時將信號存儲在存儲器中，后將信號轉發(fā)給閱讀器。閱讀器通過一系列的放大檢波之后，將其顯示出來。2理論分析與參數(shù)計算、電路設計2.1 收發(fā)電路分析1）載波頻率的選擇。電磁波能量分為磁場分量與電場分量兩部分，線圈（環(huán) 形天線）對其中的磁場分量敏感而對電場分量不敏感。雖

5、然在理論上振蕩頻 率越高電磁波越容易被發(fā)射，但考慮到實際的測試環(huán)境中存在各種磁場干擾， 例如中波電臺 500kHz-1.6MHz，短波電臺 1.8MHz-29.7MHz，占據(jù)了題目所限 定頻率范圍的高端，因此我們選擇 500kHz 以下的頻率。又考慮到工頻設備100Hz 磁場以及開關電源的磁場干擾大約數(shù)十 kHz 至 100kHz，由于我們要求的工作距離非常短，并且我們已有4MHZ有源晶振，故選取4MHZ作為載波。2）發(fā)射電路分析。該系統(tǒng)中，信息通過磁場耦合，而線圈發(fā)射的磁場強度正 比于線圈中的電流。線圈內(nèi)阻很小，如果直接給線圈施加大電流激勵，系統(tǒng) 功耗很大且能量幾乎全部浪費在限流電阻上。為了

6、以較小的功耗來獲得較大 的線圈電流，采用諧振式（丙類）放大器。經(jīng)測量，直徑6.5cm，10 匝空心線 圈的電感量 16uH，當諧振頻率 f0=280kHz 時，與之并聯(lián)的諧振電容 C0 的容量為：C0=1 /( 2pf0 )L0=0.02uF3）接收電路分析。 對于接收放大器來說，線圈是一個低阻抗的信號源，不要求 放大器具有高輸入阻抗。ASK 解調(diào)對信號失真度要求也不嚴格，為了簡化電路，我們選取NE5532功率放大器作為主體。放大后的信號通過解 調(diào)后還原成基帶信號（數(shù)據(jù)流）送至單片機串口。2.2無線收發(fā)電路設計1耦合線圈的匹配理論電感耦合的無線識別裝置耦合線圈用于產(chǎn)生磁通量，而磁通量用于向應答

7、器提供電源并在應答器與閱讀器之間傳送信息。因此，對耦合線圈天線的構造有以下幾個基本要求：（1）使天線線圈的電流最大，用于產(chǎn)生最大的磁通量；（2)功率匹配，以最大程度地利用產(chǎn)生磁通量的可用能量；（3)足夠的帶寬，以無失真地傳送用數(shù)據(jù)調(diào)制的載波信號。在天線設計中，還有一個參數(shù)很重要，那就是品質(zhì)因數(shù)Q，較高的品質(zhì)因數(shù)的值會使天線線圈中的電流強度大些，由此改善對應答器的功率傳送。本設計電路中，采用直徑小于1mm的漆包線密繞10匝，線圈直徑為6.5cm。由于買到低功耗的單片機，故發(fā)揮部分使用耦合的電能為應答器供電不能很好的實現(xiàn)。因此采用外加電源供電的方式。這樣就可以使應答器與閱讀器使用相同的2收發(fā)模塊。

8、 發(fā)射部分：載波發(fā)生及驅動電路：直接采用有源晶振產(chǎn)生載波信號，為了推動后級的丙類功放，要求前級有一定的電流和功率驅動能力，但引入中間放大器會增加額外的功率損耗，使效率降低，同時也增加了電路各級之間匹配的復雜程度，故采用多個74HC04反相器的并聯(lián)來增加驅動能力。 由于所需的通信距離非常的短，故我們將經(jīng)過C3后的信號直接接向LC串聯(lián)回路。從而將信號發(fā)出。 接收部分：我們將LC串聯(lián)回路耦合接收到的信號首先進行功率放大，如圖所示，由于NE5532P是高性能低噪聲運放，具有較好的噪聲性能，優(yōu)良的輸出驅動能力以及相當高的小信號與電源帶寬。其輸入失調(diào)電壓0.5mV；偏置電流200nA；增益帶寬積GB10M

9、Hz；轉換速率9V/s；噪聲5nV/(Hz1/2)(1kHZ)；消耗電流8mA；±3±22V電源；功耗1000mW。所以根據(jù)以上參數(shù)，我們選用NE5532P芯片，再接外圍電路構成我們需要的功率放大電路。閱讀器接收到的信號經(jīng)過一定值電阻，然后通過NE5532P的2號腳正向輸入，7號腳放大輸出，1號腳通過接可調(diào)電阻來控制放大器的放大倍數(shù)。由于NE5532P是二級放大。根據(jù)外接電路可知，第一級放大倍數(shù)為1000/100=10倍。第二級因為外接一個1K可調(diào)電阻，放大倍數(shù)最大為1K/100=10倍。所以閱讀器放大電路的理論放大倍數(shù)最大為100倍。耦合后的信號經(jīng)放大器放大后，經(jīng)檢測其波

10、形與基帶信號一致，也就是說放大器直接完成了包絡檢波和低通濾波的功能，但檢測到電壓達不到3V,故我們在其后加了一電壓比較器以將長生的信號進行升壓，達到所需要求。（如下圖所示） 后將所檢波出的信號直接接向單片機處理信號。 2.3閱讀器處理模塊的設計2.3應答器處理模塊的設計2.4軟件設計應答器的軟件包含通信模塊和數(shù)據(jù)的讀取模塊；閱讀器軟件包含通信 模塊和顯示塊模和文字編碼模塊。如下圖所示閱讀器程序應答器程序流程圖 3系統(tǒng)測試與數(shù)據(jù)分析3.1系統(tǒng)距離測試。測試方法：如圖 6，固定閱讀器，移動應答器找到兩機能夠正常直接通的距離3.2 系統(tǒng)正確性測試測試方法：使用鍵盤對閱讀器隨基輸入漢字，在顯示屏上顯示

11、。觀察應答器顯示屏顯示漢字是否相同。連續(xù)測試十次。對正確性做統(tǒng)計。4系統(tǒng)功能： 我們制作的系統(tǒng)可以在3CM的距離內(nèi)實現(xiàn)閱讀器通過鍵盤輸入漢字，并在閱讀器處的顯示屏顯示所輸漢字。應答器接收到所需漢字并顯示出漢字。應答器將信號傳輸給閱讀器并顯示接到的漢字。5總結我們對發(fā)射模塊采用74HC00與非門芯片，NE555芯片完成系統(tǒng)信號的發(fā)射。為了節(jié)約成本，我們采用三極管搭建二級放大電路，并用LMC567 芯片完成解調(diào)。在閱讀與應答器上，我們分別使用了兩個單片機進行控制。由于缺少低功耗單片機，故我們對應答器采用外電源供電。 感想在這次比賽中，我們收獲到了很多東西。通過搭建收發(fā)模塊，我們更加系統(tǒng)的對ASK數(shù)

12、字調(diào)制我了深入的理解。通過編輯數(shù)字識別系統(tǒng)，我們對單片機的使用也越發(fā)成熟。在這四天三夜中，我們深刻體會到了時間的寶貴，我們真切感受到了團結合作的力量，我們也越發(fā)清楚我們的不足之處。在比賽期間，我們感受到了方案選則的重要。如果題目理解偏了即使水平再高，也不能有很好的發(fā)揮。在比賽期間，我們起先就因為對題目理解存在誤差而耽誤了很長時間，在做之前，一定要先把方案詳細的設計好，磨刀不誤砍柴工！同時我們體會到了經(jīng)驗的重要性。理論只有經(jīng)過實踐的檢驗才能真正發(fā)揮出他的作用。因為我們是在做實際的東西，我們只有掌握豐富的實際經(jīng)驗，才能在短時間內(nèi)熟練的把東西做出來。只有在比賽之前積累豐富的經(jīng)驗，掌握各種模塊的制作，

13、各種系統(tǒng)的制作，才能有足夠的自信心，去應對各種問題。三個人是一個團隊，是一個整體。我們?nèi)齻€人之間只有相互配合，互相幫助，分工協(xié)作，才能發(fā)揮出我們的最大力量。單絲不成線，獨木不成林。三個臭皮匠，賽過諸葛亮。一個人水平再高，也不可能把所有的事情都輕松搞定。這次比賽給我們最多的是教訓，是深刻的教訓。由于在比賽期間，我們在整個系統(tǒng)的設計存在問題，使我們不僅沒做出成果，而且浪費了大量寶貴的時間。我們也深刻體會到了我們知識的匱乏。在遇到問題時，所拿出的方案大都是在網(wǎng)上或書上找的，這些并不是我們自己之前用過的方案，經(jīng)過仿真，實物焊接，不僅浪費了很多寶貴的時間，也存在了很多潛在的問題。我們在比賽期間，就為了做一個高頻功率放大的模塊，用了好幾套方案，折騰了一兩天，最后還沒有成功做出來。在就今后的一個月里，我們要著重積累經(jīng)驗，同時進一步加深對基礎理論的