电子标签销码器的毕业设计(2011)

电子标签销码器学院：物理与机电工程学院专业：电子信息工程学号：200402124 姓名：林强指导老师：刘生建【摘要】电子标签在现代超市、图书馆、仓储等公共流通部门的防盗系统中应用越来越广泛. 电子标签及其销码本质为一种射频识别系统，其工作为非接触方式，有快捷、方便等优点. 本设计应用89C2051单片机、NE564模拟琐相环等芯片以及智能控制、频率合成、高频小信号检测等技术研制的电子标签系统，有较高的可靠性和实际应用价值.【关键词】电子标签、射频识别、频率合成摘要 (1)1 引言 (3)2 设计理论基础及方案 (3)2.1射频识别的工作原理 (3)2.2射频法设计思路 (4)2.3射频法设计方案 (5)2.4整体的框图设计 (5)3 单元电路设计 (5)3.1扫频电路的设计 (6)3.2功率放大电路的设计 (7)3.3发射天线的设计 (11)3.4检测电路的设计 (12)3.5单片机控制模块的设计 (13)3.6报警电路的设计 (14)4 软件设计 (15)5 系统调试 (15)5.1锁相环的主要参数与测试方法 (15)5.2压控振荡器的控制特性曲线 (16)5.3 NE564的压控扫频调试 (17)6设计总结 (18)参考文献 (19)附录 (21)射频识别（RFID）技术是一种无接触自动识别技术，其基本原理是利用射频信号及其空间耦合、传输特性，实现对静止的或移动中的待识别物品的自动机器识别[6]。

所涉及的关键技术大致包括：芯片技术、天线技术、无线收发技术、数据变换与编码技术、电磁传播特性。

设计一个电子标签销码器。

要求能识别电子标签，能对电子标签去活化处理，电子标签谐振频率为8.2MHz±10%。

设计主要参数如下。

⑴扫频步进：12.8kHz。

⑵扫频频率：85Hz。

⑶最大工作距离：45cm。

⑷最大工作速度：30枚/秒。

⑸额定功率：P≤10W。

⑹输入电源：～220V±20%（50Hz）。

2 设计理论基础及方案2.1 射频识别的工作原理射频识别系统一般由两个部分组成，即电子标签和阅读器。

应用中，电子标签附着在待识别物上，阅读器用于当附着电子标签的待识别物品通过其读出范围时，自动以无接触的方式将电子标签中的约定识别信息取出，从而实现自动识别物品或自动收集物品标识信息的功能[6]。

射频识别系统的基本模型如图2-1所示。

图2-1 射频识别系统的基本模型其中，电子标签又称为射频标签、应答器、数据载体；阅读器又称为读出装置，扫描器、通讯器、读写器（取决于电子标签是否可以无线改写数据）。

电子标签与阅读器之间通过耦合元件实现射频信号的空间（无接触）耦合、在耦合通道内，根据时序关系，实现能量的传递、数据的交换。

发生在阅读器和电子标签之间的射频信号的耦合类型有两种。

⑴电感耦合：变压器模型，通过空间高频交变磁场实现耦合，依据的是电磁感应定律。

依据的是电磁波的空间传播规律。

电感耦合方式一般适用于中、低频工作的近距离射频识别系统。

典型的工作频率有125kHz、225kHz 和13.56MHz。

识别作用距离小于1m，典型作用距离为10cm~20cm。

电磁反向散射耦合方式一般适用于高频、微波工作的远距离射频识别系统。

典型的工作频率有：433MHz，915MHz，2.45GHz，5.8GHz。

识别作用距离大于1m，典型作用距离为3m~10m。

2.2射频法设计思路1比特（bit）是可以表示的最小信号单位，且仅需识别两种状态：“1”或“0”。

对具有1比特应答器的系统来说，意味着只有两种可表示状态：“响应范围内有应答器”或者“响应范围内无应答器”。

虽然功能简单，但1比特应答器的使用范围还是非常广泛的。

他的主要应用领域是在商场里的电子防盗器（EAS）。

电子标签防盗器由以下几部分构成：一个“阅读器”或检测器的天线、安全保密设备或标签以及一种可选的在付款后使用标签的去活化器。

对现代系统来说，商品的标签在起登录价码的同时就失效了。

有一些系统还使用另一种活化器，用这种活化器可以将去活化后的标签重新活化成为可以再次使用的。

所有系统的主要功能特性是：识别率或检测率与通道宽度（应答器和检波器天线之间的最大距离）有关。

在联邦德国工程师协会规范VDI4470的“货物安全系统规范”中，规定了对所安装的货物安全系统进行检查和测试的过程，该规范包含计算检测率的错误报警率的一些定义和测试过程。

这个规范可以作为零售业中签订销售合同的基础，或用于对安装的系统在运行过程中的性能监视。

对厂商来说，顾客检查规范为安全项目的综合解决方案的优化和发展提供了有效的评价基准[nach VDI4470]。

射频（RF）法是运用L-C振荡回路工作的。

该振荡回路调到一个规定的谐振频率fH。

早期的方案是用焊接在塑料壳（硬标签）中的电容和卷绕的漆包线电感。

现代系统中采用在商品名牌薄膜的导体上蚀刻应答器线圈的方法。

为了使阻尼电阻不因过大而使谐振回路的品质因数变差，在25μm厚的聚乙烯薄膜上的铝导体厚度必须小于50μm。

生产电容器片必须使用10μm厚的中间薄膜。

如果人们将振荡回路移入到交变磁场附近，那么，能量便通过振荡回路的线圈感应出交变磁场能量（感应定律）。

如果交变磁场的频率f G与振荡回路的谐振频率f H相吻合，振荡回路就激发了谐振振荡。

此振荡过程从交变磁场取得能量。

因而，振荡线圈上的振荡过程，可以根据交变磁场中振荡线圈的短时电压变化或电流变化得到。

这种线圈电流的短时上升（或者线圈电压下降）被直观地称作降落（Dip）。

这种Dip的相对强度取决于两个线圈的距离，受激的振荡回路（在应答器里）的品质因数。

尤其是取决于两个线圈接近的速度，就是说，应答器的振荡回路以怎样的速度接近振荡器的线圈，后者的磁场当距离增加是减弱。

对防盗设备（电子防盗器）来说，通过设备的结构限定了两个线圈的最大距离。

同样，使用的材料也决定了振荡回路的品质因数。

设计者不能对进入振荡器的磁场的进入速度V施加限制，只能考虑以无限小的速度接近振荡回路时所产生的一个无限小的Dip。

为了保证可靠地识别粘帖在产品上的1比特应答器振荡回路，需要获得一个尽可能明显的Dip。

这是通过一个小技巧来实现的：使产生的磁场的频率不是恒定的，而是“扫频”的。

振荡器频率不断扫过最大和最小频率之间的范围。

8.2MHz±10%的频率范围供“扫频”系统使用。

如果扫频的振荡器频率正好命中了（在应答器里的震荡回路）谐振频率，则振荡回路就开始起振，并由此在振荡器线圈的电源电流中产生一个明显的Dip。

对扫频系统来说，在应答器的谐振频率的位置上的Dip取决于扫频速度（频率变化速度），而不是应答器的运动速度，并可调整最佳的识别率。

应答器的频率容许偏差受制造容许偏差或金属环境限制，但是，对识别的可靠性是没有影响的。

如果在付款处不揭下标签，就必须改变标签以防止启动电子防盗器。

为了实现这一目的，收银员收款后将被保护的产品放到一个装置上，即去活化器。

它产生一个足够强的磁场，其感生电压能破坏应答器的薄膜电容。

电容器设有固定的短路点，即所谓的浅凹（Dimples）。

因为，电容器的击穿是不可逆转的，并严重地坏了振荡回路，以至于回路不再被扫描信号激活。

为了产生所需的交变磁场，应该使用大面积的框形与普通闸门在一起，在较大的百货商店可以看到这着相当大的影响。

例如金属（如罐头）影响标签的谐振频率和检波器线圈的耦合，从而降低了检出率。

为了达到以上所说的闸门宽度和检出率，必须使用50×50mm的标签。

对系统生产者的一个很大挑战是：不仅有各种产品的材料性能问题，还有谐振频率问题（例如电缆卷）。

如果它们的谐振频率正处于8.2MHz±10%的扫频范围内，那么比定引起错误报警。

2.3射频法设计方案采用NE564的信号调频功能的扫频电路如图2-2所示。

图2-2 采用NE564的信号调频功能的扫频电路高频模拟锁相环NE564的最高工作频率可达到50MHz，采用+5V单电源特性，特别适用于高速数字通信中FM调频信号及FSK移频键控信号的调制，解调，无需外接复杂的滤波器。

利用NE564的调频功能，先让其工作在一固定频率，利用其调频特性进行频率的扫描。

通过输入NE564的调制。

2.4整体的框图设计根据设计方案，确定了整体的设计框图，它由扫描频率产生电路、功率放大电路、发射电路、检测电路、单片机控制模块、报警电路和稳压电源电路等7个模块构成，如图2-3所示。

图2-3 系统整体的设计框图3单元电路设计本系统的单元电路包括扫描电路、功率放大电路、发射电路、检测电路、单片机控制模块、报警电路和稳压电源电路。

3.1 扫频电路的设计锁相环路PPL(Phase Lock Loop)是一个能够跟踪信号相位的闭环自动控制系统，它在无线电技术的许多领域得到了广泛应用。

锁相技术的主要应用有调制、解调、频率合成、数字通讯的同步系统、FM立体声解码等。

锁相环具有载波跟踪特性，可作为一个窄带跟踪滤波器，提取淹没在噪声中的信号，可作为高频稳定的振荡器，经分频提供一系列具有高稳频率的信号，还可以进行高精度的相位与频率测量等[3]。

通用单片集成锁相环路及多种专用集成锁相环路的出现，使锁相环路逐渐变成了一个成本低、使用简便的多功能组件，为锁相技术在各个领域的广泛应用提供了条件。

现代电子技术中常常要求高精度和高稳定的频率，一般都用晶体振荡器来实现。

但是，晶体振荡器的频率单一，且其频率只能在极小的范围内微调：LC振荡器改变频率方便，但频率的稳定度和准确度又不够高。

目前很多通信设备都要求在一个宽的频率范围内提供大量稳定的频率点，这就需要采用频率合成技术。

频率合成器用于将一个高精度和高稳定度的标准参考频率，经过混频、倍频与分频等，最终产生大量具有同样精确度和高稳定度的频率源。

频率合成的方法很多，一般分为直接合成法和间接合成法。

其中利用锁相环路的实现方法就是间接合成法。

所谓的频率合成技术，就是将一个高稳定度和高精度的标准频率经过加、减、乘、除的四则运算方法，产生同样稳定度和精度的大量离散频率的技术。

频率合成器中的标准频率是由一个高稳定晶体振荡器产生的，这个高稳定晶体振荡器常称为频率标准。

由于频率标准决定了整个合成器的频率稳定度，因此，应尽可能地提高频率标准的稳定度和精确度。

从频率合成技术的发展过程来看，频率合成的方法可以分为3种：直接合成法、锁相环路法（也称间接合成法）和直接数字合成法。

相应地，频率合成器可分为3种：直接式频率合成器（DS）、锁相式频率合成器（PLL）和直接数字式合成器（DDS）。

频率合成器应用广泛，但在不同的使用场合，对它的要求则不完全相同。

大体来说，有如下几项主要技术指标。

●频率范围。

频率范围是指频率合成器输出最低频率和输出最高频率之间的变化范围。