125kHzRFID读写器的硬件设计_

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１２５ｋＨｚ ＲＦＩＤ 读ห้องสมุดไป่ตู้器的硬件设计
文 ／ 王萍 曾宝国
【摘 要 】 射 频 识 别 （Ｒ ＦＩＤ ） 是 利 用 无 线 方 式 对 电 子 数 据 载 体 （ 电 子 标 签 ） 进 行 识 别 的 一 种 新 兴 技 术 。本 文 针 对 工 作 频 率 为 １２５ｋＨｚ 的 电 子 标 签 ＡＴ８８ＦＲ ２５６－ １２ ， 介 绍 了 其 识 读 系 统 的 组 成 及 读 写 终 端 的 硬 件 设 计 。 【关 键 词 】 Ｒ ＦＩＤ 读 写 器 硬 件 设 计
４ 结束语 以上是本人在计算机机房工作多年中， 所总结的计算机故障及 维护的一些处理方法。前面我们已提到过计算机是高精密设备， 它 的 维 护 与 保 养 是 繁 重 的 、复 杂 的 ， 希 望 这 些 方 法 能 给 每 位 计 算 机 用 户提供方便， 减少不必要的经济损失。
（作者单位系陕西理工学院计算机科学与技术系）
射 频 识 别 技 术 （ＲＦＩＤ）是 近 年 迅 速 发 展 起 来 的 一 项 新 技 术 ， 它 利 用 射 频 信 号 通 过 空 间 耦 合 （交 变 磁 场 或 电 磁 场 ）实 现 非 接 触 式 信 息 传 递 ， 达 到 自 动 识 别 目 的 。 与 接 触 式 ＩＣ 卡 和 条 形 码 识 别 技 术 相 比 ， 射 频 识 别 技 术 最 大 的 优 势 在 于 特 别 适 合 对 数 量 大 、分 布 区 域 广 的 信 息 进 行 智 能 化 管 理 和 高 效 快 捷 地 运 作 ， 因 此 在 物 流 、交 通 航 运 、自 动 收 费、服务领域等方面有着广泛的应用前景。 针对工作频率为 １２５ｋＨｚ 的 电 子 标 签 ＡＴ８８ＦＲ２５６ － １２ ， 本 文 介 绍 了 其 识 读 系 统 的 组 成 及读写终端的硬件设计。
图 １ Ｒ ＦＩＤ 识 读 系 统 的 组 成 ２ 读写器的硬件设计 ２．１ 电源电路设计 ＥＭ４０９５ 和 ＡＴ８９Ｓ５２ 的 工 作 电 压 均 为 ＋５Ｖ， 可 用 ２２０Ｖ 市 电 经 整 流 、滤 波 、稳 压 后 输 出 稳 定 的 ＋５Ｖ 的 直 流 电 为 其 供 电 。＋５Ｖ 稳 压 器 采 用 ＣＷ７８０５ ， 其 应 用 电 路 如 图 ２ 所 示 。 图 中 ， 滤 波 电 容 Ｃ１ 和 Ｃ３ 的 值 为 １０００μＦ ， Ｃ２ 和 Ｃ４ 为 ０ ．３３μＦ 。 发 光 二 极 管 Ｄ 的 作 用 是 显 示 读 写 器 的电源是否接通， 若接通则 Ｄ 灯亮， 无接通则 Ｄ 灯灭。
１ 读写器的系统组成 本 文 所 研 究 的 ＲＦＩＤ 系 统 为 １２５ｋＨｚ 近 耦 合 射 频 识 别 系 统 ， 系 统 组 成 如 图 １ 所 示 。 ＲＦＩＤ 读 写 器 硬 件 主 要 由 三 部 分 构 成 ： 接 口 电 路 、 控制模块、射频模块及天线。控制中心或 Ｉ／Ｏ 设备通过接口电路与 控制模块通信， 向控制模块发送控制命令或接收来自控制模块的数 据 与 操 作 报 告 。 控 制 模 块 采 用 ＡＴＭＥＬ 公 司 生 产 的 ＡＴ８９Ｓ５２ 单 片 机 ， 实 现 过 程 控 制 、数 据 处 理 以 及 通 过 接 口 电 路 完 成 与 控 制 中 心 的 数 据 通信或 Ｉ／Ｏ 设备的数据传输。射频模块用于实现数据调制、解调及 收 发 信 号 ， 本 系 统 采 用 ＲＦＩＤ 专 用 无 线 基 站 芯 片 ＥＭ４０９５ 作 为 电 子 标 签 与 识 读 终 端 之 间 的 接 口 。电 子 标 签 采 用 Ａｔｍｅｌ 公 司 的 ＡＴ８８ＦＲ２５６ － １２ 无 源 可 读 写 标 签 ， 使 用 时 可 根 据 用 户 要 求 通 过 读 写 器 将 相 关 信 息 写 入 标 签 。当 标 签 进 入 读 写 器 的 工 作 范 围 内 时 ， 标 签 被 激 活 ， 读 写 器 发送读数据给标签， 标签根据接收到的读数据信号将存储单元中指 定的数据通过天线发送至读写器， 读写器再将处理后的数据通过接 口电路送回控制中心； 若需要修改标签的数据， 可由读写器发送写 数据信号给标签， 标签收到数据后自动修改内存数据。
图 ２ 电源电路原理图 ２．２ 射频收发模块电路设计 ＥＭ４０９５ 兼 容 多 种 传 输 协 议 （如 ＥＭ４ＯＯＸ、ＥＭ４１５０ 等 ）， 工 作 频 率 １００ｋＨｚ￣ １５０ｋＨｚ； 不 需 外 接 晶 振 ， 利 用 内 部 锁 相 环 ＰＬＬ 就 可 得 到 与 天 线匹配的谐振频率； 采用调幅同步解调技术， 具有睡眠模式， 与微控 制器的接口简单。 ＥＭ４０９５ 的 内 部 结 构 如 图 ３ 所 示 。接 收 模 块 由 采 样 保 持 器 、滤 波 器 、比 较 器 组 成 。ＤＭＯＤ－ ＩＮ 端 输 入 的 ＡＭ 信 号 在 ＶＣＯ 输 出 信 号 的 同 步 控 制 下 被 采 样 ， 采 样 输 出 信 号 由 端 脚 ＣＤＥＣ 外 接 的 电 容 隔 离 直 和 带 通 滤 波 采 样 （消 除 输 出 中 的 载 频 成 分 、高 频 和 低 频 噪 声 ） 后 ， 经 异 步
（作者单位系济南锅炉集团有限公司）
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（上 接 ８２ 页 ） 的维护和清理不用拆开机箱， 因此操作也比较简单。我从以下几方 面来分析维护：
（ １） 避免带电拔插 对 于 大 部 分 用 户 来 说 ， 使 用 的 仍 然 是 ＰＳ／ ２ 接 口 的 鼠 标 、键 盘 ， ＰＳ／ ２ 接 口 是 不 支 持 热 拔 插 的 ， 一 定 要 在 关 机 的 时 候 拔 插 鼠 标 、键 盘 ， 否 则 可 能 造 成 鼠 标 、键 盘 损 坏 ， 更 严 重 的 可 能 导 致 主 板 ＰＳ／ ２ 接 口 烧 毁 ， 得 不 偿 失 。当 然 ， 对 于 ＵＳＢ 接 口 的 鼠 标 、键 盘 而 言 ， 就 不 存 在 这 样 的 问 题 了 ， 当 然 采 用 ＵＳＢ 接 口 只 是 给 大 家 提 供 了 更 方 便 的 安 装 、拆 卸手段， 当然， 笔者并不鼓励大家在开机的状态下进行拔插。 （ ２） 定期维护 键盘的清洁主要就是定期清洁表面的污垢， 一般清洁可以用柔 软干净的湿布擦拭键盘， 最后用干布将键盘表面擦干， 必要的时候 要风干之后再开机使用。电容式键盘的很多故障是由于电容间不洁
图 ３ 射 频 芯 片 ＥＭ４０９５ 内 部 结 构 图 ＥＭ４０９５ 的 工 作 受 输 入 信 号 ＳＨＤ 和 ＭＯＤ 控 制 。 ＭＯＤ＝０ 时 ， 芯 片 工 作 于 只 读 模 式 ； ＭＯＤ＝１ 时 ， 芯 片 工 作 于 读 ／ 写 模 式 。 ＳＨＤ＝１ 时 ， 为 睡 眠 模 式 。 芯 片 供 电 之 后 ， ＳＨＤ 应 先 为 高 电 平 ， 以 初 始 化 芯 片 ， 然 后 再 接 低 电 平 ， 芯 片 即 处 于 收 发 状 态 。天 线 感 生 到 的 ＡＭ 信 号 中 携 带 的 数 据 经 解 调 模 块 解 调 后 由 ＤＭＯＤ－ ０ＵＴ 端 输 出 。 ＲＤＹ／ ＣＬＫ 端 用 于 向 微控制器提供芯片内部的状态以及与收发信号同步的参考时钟。 ＳＨＤ＝１ 时 ， ＲＤＹ／ ＣＬＫ 端 输 出 低 电 平 ； ＳＨＤ 由 高 电 平 变 为 低 电 平 后 ， 经 过 约 ３５ｍｓ ， ＲＤＹ／ ＣＬＫ 端 输 出 同 步 时 钟 信 号 ， 该 参 考 时 钟 信 号 的 出 现 表 示 发 射 模 块 和 接 收 模 块 已 经 启 动 。 通 过 查 询 ＲＤＹ／ ＣＬＫ 端 信 号 状 态 ， 微 控 制 器 即 可 确 定 从 ＤＭＯＤ－ ＯＵＴ 端 接 收 数 据 的 时 刻 。 由 ＥＭ４０９５ 构 成 的 射 频 收 发 模 块 电 路 如 图 ４ 所 示 ， ＬＡ、ＣＲＥＳ、 ＣＤＶ１ 和 ＣＤＶ２ 组 成 ＬＣ 串 联 谐 振 天 线 ， 谐 振 频 率 为 ｆ０ ＝１ ／ ［２π×（ＬＡ、 Ｃ０ ）１ ／ ２ ］， 其 中 Ｃ０ ＝ ＣＲＥＳ＋ＣＤＶ１‖ＣＤＶ２ 。 天 线 的 工 作 电 流 与 谐 振 电 路 Ｑ 值 有 关 ， 可 在 天 线 线 圈 ＬＡ 上 并 联 一 个 电 阻 调 节 Ｑ 值 。
图 ４ 射频收发／ 控制模块电路设计 ２．３ 控制模块电路设计 微 控 制 器 ＡＴ８９Ｓ５２ 负 责 启 动 ＥＭ４０９５ 并 接 收 由 ＥＭ４０９５ 解 调 的 编 码 数 据 。 ＥＭ４０９５ 的 ＤＭＯＤ － ＯＵＴ 端 接 Ｐ１ ．０ ， ＳＨＤ 接 Ｐ１ ．１ ， ＭＯＤ 接 Ｐ１ ．２ ， ＲＤＹ／ ＣＬＫ 端 接 Ｐ３ ．４ ， 用 作 编 解 码 的 同 步 时 钟 。
［２］张 继 锋 ， 岳 光 溪 ， 方 肇 洪 循 环 流 化 床 锅 炉 水 冷 壁 壁 温 的 计 算 研 究 〔１７． 锅 炉 技 术 ． １９９８， ３３（１２）：ｌ 一 ４． ［３］ 吕 俊 复 ， 金 晓 钟 ， 岳 光 溪 ， 等 ． ７５ｔ ／ ｈ 水 冷 异 型 分 离 器 循 环 流 化 床 锅 炉 物 料 平 衡 热 态 测 试 〔１７． 清 华 大 学 学 报 ， １９９７， ３８（３）： ８ 一 １１．
（２）每 班 应 对 油 质 化 验 一 次 ， 主 要 检 查 其 水 分 和 杂 质 。 （３）合 理 调 整 冷 油 器 进 出 口 油 温 在 规 定 允 许 范 围 内 。 定 期 检 查 冷 油 器 水 侧 出 口 有 无 油 花 ， 防 止 冷 油 器 内 部 漏 油 。切 换 冷 油 器 时 ， 应 将冷油器内空气排尽， 操作时应缓慢， 防止油压波动或瞬间断油。 （４）冬 季 使 用 油 加 热 器 时 ， 必 须 先 将 油 系 统 建 立 循 环 后 ， 再 投 入 加热装置。 （５）合 理 调 整 高 低 压 汽 封 ， 一 不 要 使 低 压 汽 封 两 端 冒 汽 太 大 ， 稍
净所致。某些键位出现反应迟钝的现象， 需要打开键盘进行内部除 尘处理。对于机械键盘的有些按键故障， 一般是键帽下弹性部件的 问题， 在没有备件的情况下可以用一些不太常用的按键替换一下。 鼠标按照结构鼠标可以分成机械式和光电式。对于机械式鼠标， 橡 胶球带入的粘性灰尘附着在传动轴上， 会造成滚轴转动不均甚至被 卡住， 导致灵敏度降低。只需要将鼠标翻过来， 打开底盖， 取出橡胶 球 ， 用 沾 有 无 水 酒 精 的 棉 球 清 洗 橡 胶 球 和 滚 轴 ， 晾 干 后 重 新 装 好 。在 使用光电鼠标的时候， 要特别注意保持感光板的清洁和感光状态良好。