射频技术的无线识别系统设计方案

O 引言

射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对 象并获取相关数据。射频识别工作无须人工干预、非接触、阅读速度快、无磨 损、不受环境影响、寿命长、便于使用。目前，射频识别技术在国外发展非常 迅速，产品种类繁多，已广泛用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管 理等众多领域，如汽车、火车等交通监控；高速公路自动收费系统；停车场管 理系统；物品管理；仓储管理：车辆防盗等。由于我国射频识别技术起步较 晚，除用于中国铁路的车号自动识别系统外，仅限于射频公交卡的应用。本文 给出一种实现简单射频识别系统的方式。阅读器和应答器均包含在

单片机控制

系统中，利用ASK 调制与解调电路以及匹配网络电路，使整个系统的可识别有 效距离

约为8. 3cm 有一定的使用价值。

1总体方案设计

无线射频识别（RFID ＞系统是由应答器、阅读器及应用支撑软件等几部分组 成。应答器采用直流电源供电，它主要由编码电路、载波振荡电路、调制电路 和发射电路构成。其原理如图1所示。该方案简单易行，电路简单。但这种应 答器必须采用电源供电，否则电路无法工作。

图1应答器发射电路的电踣原理图

将应答器看作有源应答器，在阅读器设计部分，将接收到的微弱电压信号进 行放大，在利用解调电路取出有用信号，经过判别电路后再利用解码芯片，最 后利用显示控制电路显示阅读器接收到的数据，其原理如图 2。所示该方案电

路设计简单，容易硬件实施，可行性好。

图2倒读嚣接收电路廉瑾图

2电路的理论分析与计算 2. 1耦合线圈的匹配理论

■出・

作为电磁能量的发射装置一耦合线圈，必须考虑其匹配问题。耦合线圈在无线识别系统的工作频率范围内表现为阻抗ZL,为了实现与系统的功率匹配，必须通过无源的匹配电路实现阻抗转换，使功率无反射地传输到耦合线圈。可以利用少量组件来实现相配的匹配电路。在现实应用中有多种不同的13. 56MHz 的无线识别系统采用了如图3的匹配电路。

闔3竣誘的简单匹配电踣

本设计使用了该匹配电路，实现了阻抗匹配。要确定匹配电路的参数，需要测量出线圈的电感LS和导线的欧姆电阻RLS

2.2应答器的发射电路分析

在应答器的发送器部分，首先由频率稳定的石英晶体振荡器产生所需的工作频率的信号。振荡器信号被馈送到由信号编码的基带信号控制的调制级。此基带信号就是键控的恒压信号，在此将二进制数据以串行码的形式表示出来。根据调制器的类型，执行对振荡器信号的ASK或FSK调制。此时基带信号会被直接馈送到频率合成器，再通过功率放大使调制后的信号达到所需电平，然后将调制后的放大信号输出耦合到初级线圈。

2.3阅读器接收电路分析

阅读器接收电路由耦合线圈、放大器、解调器、解码器和显示部分组成。通过耦合线圈所得的电压信号经过放大器放大后，再经解调器解调得到载波信号，再经解码器解码和显示电路得到应答器所发送的数据。

3程序及电路的设计与计算

3.1阅读器电路的设计计算

本次所设计的阅读器电路由耦合线圈、放大电路、解调电路、解码电路和单片机显示电路组成。耦合线圈及放大器电路设计如图4所示。为了使阅读器线

圈的耦合效率高，可将通过该线圈并联可调电容，使其谐振频率和应答器的工作频率一致，使阅读器线圈工作在谐振状态，并联谐振回路的谐振频率可由式(1＞计算：

BA __ •

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式中L 为线圈的自感系数，测试得L=12. 60卩H, f 为应答器的工作频率， 为13. 56MHz 由于具有并联电容器的阅读器线圈在谐振频率 13. 56-MHz 激励

时，电压明显上升，因此应答器的工作频率选为

13. 56MHz 理论计算出

C=10. 9pF 。

图4属于高频小信号放大器，S8050的fT 典型值为200MHz 则电流放大倍 0二注-眇I 倍

数约为： /

。数字恢复电路采用LM393如图5所示，它的作用

是将解调输出模拟信号恢复为数字信号，以便解码器识别。解码、 单片机显示 控制电路如图6所示。

VM0T7

IA

S16 单I 机显系控制电路

3. 2应答器电路设计计算

编码器设计由拨码开关和编码芯片 VD5026构成，信息由拨码开关生成。电 路图如图7所示。

载波振荡器采用74HC14构成的环行振荡器，功耗小，最小工作电压低，适 合于3V 电池供电。振荡器反馈中接入13. 56MHz 晶体滤波器，载波频率稳定度 高。

调制器由高速CMO 器件74HC00构成，实现ASK 调制。调制波形如图8所 示。调制输出信号经反向后直接送谐振回路。

“ W ~~Wwv ―—歸

3. 3程序设计

VD5027解码正确时，17管脚输出高电平，4位数据由管脚10、11、12、13 输出。

因此单片机设置为中断模式， VD5027的17管脚经反向后接在单片机的

中断0入口处。主程序为休眠等待状态，当有应答器且解码正确时，响应中断 服务子程

序，显示相应的信息。其流程如图

9所示。

1 I i

L I L

■ I ■fl

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1

图7握码塞电路