【正文】 微波，工作 頻段為 和 。 根據(jù)應(yīng)答器與閱讀器作用距離的不 同，射頻識別系統(tǒng)可以分為： ★ 密耦合，作用距離為 01cm； ★ 疏耦合，作用距離為 1100cm； ★ 遠距離，作用距離為 1m以上。 根據(jù)應(yīng)答器的供電方式可以分為： ★ 無源（ passive)，無源應(yīng)答器有內(nèi)裝電池，在閱讀器的范圍之外時，應(yīng)答器處于無源狀態(tài)，在閱讀器的范圍之內(nèi)時，應(yīng)答器從閱讀器發(fā)出的射頻能量中提取其工作所需的電能。 ★ 半 無 源（ semipassive)，半 無 源應(yīng)答器裝有電池，但電池僅對應(yīng)答器內(nèi)要求供電維持?jǐn)?shù)據(jù)的電路或應(yīng)答器芯片工作所需的電壓作 輔助 支持，應(yīng)答器電路本身耗電很少。應(yīng)答器未進 入工作狀態(tài)前，一直處于休眠狀態(tài)，相當(dāng)于無源應(yīng)答器。當(dāng)進入閱讀器的閱讀范圍時，受到閱讀器發(fā)出的射頻能量的激勵，進入工作狀態(tài)時，用 于 傳輸通信的射頻能量與無源應(yīng)答器一樣源自閱讀器。 XXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 5 ★ 有源 (active)，有 源應(yīng)答器的工作電源完全由內(nèi)部電池供給，同時應(yīng)答器電池的能量供應(yīng)也部分地轉(zhuǎn)換為應(yīng)答器與閱讀器通信所需的射頻能量。 根據(jù)射頻識別系統(tǒng)的基本工作方式可以分為： ★ 雙工系統(tǒng)，在此系統(tǒng)中 應(yīng)答器的應(yīng)答相應(yīng)號與閱讀器的發(fā)射信號同時存在； ★ 時序系統(tǒng)，在此系統(tǒng)中，閱讀器的電磁場周期性地接通，在這些間隔中應(yīng)答器向閱讀器發(fā) 信號并被識別出來。 射頻識別系統(tǒng)的工作原理 射頻識別系統(tǒng) [1]是利用無線電波對記錄物體進行讀寫。射頻識別的距離可達到幾十厘米至幾米，并且可以傳輸大量的保密信息。 射頻識別系統(tǒng)的基本工作原理是閱讀器加電工作后發(fā)出定向查詢的射頻信號，當(dāng)應(yīng)答器進入讀寫器的有效查詢范圍內(nèi)，將自身存儲的電子信息發(fā)送給閱讀器，由應(yīng)答器發(fā)送的應(yīng)答信號經(jīng)閱讀器接收處理后獲得應(yīng)答器所存儲的電子信息。應(yīng)答器中所存儲的電子信息代表了待識別物體的標(biāo)識信息，應(yīng)答器相當(dāng)于待識別物體的身份認證 [3]。從而射頻識別系統(tǒng)實現(xiàn)了非接觸物體的識別目的 。 應(yīng)答器與閱讀器之間的數(shù)據(jù)傳輸 是 通過數(shù)據(jù)在空氣介質(zhì)中以無線電波的形式進行的。一般地，我們可以用兩個參數(shù)衡量數(shù)據(jù)在空氣介質(zhì)中的傳播，即數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣扰c數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x。 2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 基于射頻識別 (RFID）汽車防盜系統(tǒng)裝置是將射頻識別技術(shù)用于汽車防盜 技術(shù)中。該裝置包括安裝在汽車啟動鑰匙頂部的應(yīng)答器和汽車內(nèi)部控制著汽車發(fā)動機電子點火系統(tǒng)的 閱讀器。 當(dāng)一個具有正確識別碼的鑰匙插入點火開關(guān)后，汽車才能用正確的方式進行啟動。當(dāng) 點火 開關(guān)關(guān)閉時，閱讀器輸出 一 個 125kHz 的充電脈沖到 汽 車鑰匙頂部的應(yīng)答器。應(yīng)答 器接收到這個脈沖信號后就 使 電容器充電，從而使應(yīng)答器發(fā)射 一 個特定的代碼至閱讀器，信號的傳輸就發(fā)生在閱讀器的天線和應(yīng)答器的天線之間。閱讀器的控制模塊對此信號進行解碼并把它與存儲在微處理器內(nèi)存中的代碼進行比較。如果相同，控制模塊便啟動發(fā)動機的控制程序和點火開關(guān)；只要有一位不相同，系統(tǒng)就會發(fā)出相應(yīng)的報警信息。應(yīng)答器中有 32 個密碼位，因而其信號被其它接收機截獲也是不可能的。 基于射頻識別的汽車防盜整個裝置是由單片機 、 射頻卡讀寫電路 、 語音報警電路 、電源監(jiān)控電路 、 存儲器接口電路 、 鍵盤和應(yīng)答器組成。 射頻識別系統(tǒng)硬件 如 圖 21所示 ： XXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 6 圖 21 射頻識別系統(tǒng)硬件框圖 基站芯片 U2270B 的簡介 U2270B 是非接觸識別系統(tǒng)中典型的一種低頻讀寫基站芯片，它是應(yīng)答器和微 處理 器之間的接口。一方面負責(zé)應(yīng)答器和控制器的數(shù)據(jù)通信 ，另一方面向應(yīng)答器傳輸能量、交換數(shù)據(jù) 。 U2270B 主要由電源、放大器、濾波器、振蕩器、施密特觸發(fā)器、激勵器等組成， U2270B的組成框圖 如圖 ： 各引腳功能見表 。 表 U2270B的引腳功能 引腳 代號 功能 引腳 代號 功能 1 GND 地 9 COIL1 天線 1 2 OUTPUT 數(shù)據(jù)輸出 10 VEXT 外部電源 3 OE 數(shù)據(jù)輸出使能 11 DVS 天線驅(qū)動器電源 4 INPUT 信號輸入 12 Vbatt 電池電壓 5 MS 模式選擇 13 STANDBY 備用輸入 6 CFE 載波使能 14 VS 內(nèi)部電源 7 DGND 天線驅(qū)動器地 15 RF 載波頻率調(diào)節(jié) 8 COIL2 天線 2 16 HIPASS DC去耦 XXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 7 圖 U2270B的組成框圖 基站芯片 U2270B 的 基本工作原理是：振蕩器在 CEF 引腳 為高電平是 ,產(chǎn)生的射頻載波信號經(jīng)驅(qū)動由 Coil Coil2 引腳輸出，天線線圈產(chǎn)生一足夠強度的磁場為應(yīng)答器供電。應(yīng)答器用它的內(nèi)部數(shù)據(jù)調(diào)制磁場，從而在讀寫器的線圈上引起一個微小的電壓幅度調(diào)制信號，經(jīng)過外部整流器解調(diào)、耦合電容高通濾波，加到 INPUT 引腳，由內(nèi)部的低通濾波器濾波后，又經(jīng)帶負反饋的讀通道將放大器放大、再經(jīng)施密特觸發(fā)器抑制噪聲，最后經(jīng)集電極開路輸出級，從 OUTPUT 端送到微控制器的輸入口。數(shù)據(jù)輸出通過設(shè)置引腳可被允許或禁止。 射頻卡讀寫電路的設(shè)計 閱讀器電路的主要功能是：發(fā)出射頻載波，經(jīng)過天線耦合給 應(yīng)答器，為應(yīng)答器提供工作電源；進行數(shù)據(jù)信號的載波調(diào)制、解調(diào)和傳輸；與單片機進行雙向數(shù)據(jù)交換。它主要由讀寫基站芯片 U2270B 及外圍電路和讀寫天線組成。 電源的選擇 為了使系統(tǒng)電路 能適應(yīng)各種環(huán)境 ，首先要考慮電源的輸入問題， U2270B[4]具有 多種靈活的供電方式，能夠用一個已穩(wěn)壓的 (5V)或未穩(wěn)壓的（ 716V）外部電源或兩個外部已穩(wěn)壓的（ 5V 和 78V)電源供電。電源引腳有以下幾個， VEXT：天線預(yù)激勵器的電源電壓，也可以用來給外部電路（如微控制器等）供電，與一個 NPN 晶體管一起，它也建立天線線 圈激勵器的電源電壓 DVS。 Vs： 除驅(qū)動器外的內(nèi)部其它電路的電源電壓，利用XXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 8 STANDBY 引腳可將 Vs 與內(nèi)部電路斷開，使 U2270B 工作在低功耗方式，此時其消耗的電流僅為 3070uA。 Vbatt： 電池電源輸入端。下面是可選的三種供電方式。 單電源輸入 所有內(nèi)部電路均由單一 5V電源供電（ U2270B 的單電源工作方式 如圖 所示 ），在這種情況下， Vs、 VEXT 和 DVs用作輸入， Vbatt 不用，但也應(yīng)該連到電源正極上。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e vi s i onS i z eBD a t e : 6 M a r 20 11 S he e t of F i l e : C : \ U s e r s \ A dm i ni s t r a t or \ D e s kt op \ l s p\ L S \ p\ M yD e s i gn . dd bD r a w n B y:DVs V EXT Vs Vbatt Standby+5V+ 圖 U2270B 的單電源工 作方式 雙電源輸入 這種情況下，激勵器電壓 DVs 和預(yù)激勵器電壓 VEXT 工作在比其余電路更高的電壓上（ 78V） ,以得到較高的激勵器輸出幅度，從而得到較強的磁場（ U2270B 的雙電源工作方式 如圖 ）， Vs 連到 5V電源上，這種工作方式 大多數(shù) 用在要求增加通信距離的情況下。 圖 U2270B的雙電源工作方式 以上兩種 供電 方式， U2270B 都不能進入低功耗方式。 XXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 9 電池 供電模式 使 用這種工作模式時， Vs和 VEXT 由內(nèi)部電源產(chǎn)生（ U2270B 的電池供電工作方式 如圖 ），不需要外部穩(wěn)壓器。經(jīng) STANDBY 引腳 Vs可以被斷電，使 U2270B工作在低功耗方式。 VEXT 可為外部 NPN 晶體管的基極和外部電路（如微控制器等）供電（即使在低功耗）。 圖 U2270B 的電池供電工作方式 U2270B 的以上特性，使得它能適用于多種工作環(huán)境。本設(shè)計的汽車防盜裝置用的電源就是汽車內(nèi)部的 12V電平。 外圍元件的選擇 震蕩器頻率調(diào)整電阻 ： 片上振動器的頻率受 輸 入端的電流控制。其中的集成補償電路保證了寬的 溫度范圍并與電源電壓無關(guān)。具體可用 RF 和 Vs 引腳之間的固定電阻來調(diào)整，使其接近天線諧振頻率。確定電阻值可用下面經(jīng)驗公式： （ ） 本設(shè)計中，天線的諧振頻率 ?0 =125 kHz ,可計算出該電阻值為 110?。 耦合電容 ： 由于讀寫器天線串聯(lián)諧振時線圈兩端的高電壓 （ 瞬時值可 達 130V） ，整流流解調(diào)必須在外面進行， 外部解調(diào)電路 如圖 ，相應(yīng)元器件的耐壓值應(yīng)該大于 160V。 XXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 10 圖 外部解調(diào)電路 耦合電容 CIN（ 圖中的 C2） 對解調(diào)后的信號具有高通濾波作用， U2270B 內(nèi)部的低通濾波器則用來消除解調(diào)后的剩余載波信號和高頻干擾。二者的組合保證了有用 頻 帶的選通 (帶通 )， 其 頻率響應(yīng)高通特性的下 限 載 止 頻率 ， 取決于解調(diào)器的輸出阻抗、 LPF 的輸出阻抗 Ri（后者的典型值 為 220k? ）和輸入電容 CIN 的值。低通特性的上限截止頻率取決于所選的振蕩器頻率，典型值為 ?asc/ 18。這意味著如果采用二相或曼徹斯特編碼，數(shù)據(jù)率有可能達到 ?asc/25。 CIN 的值與應(yīng)答器的數(shù)據(jù)傳輸率線性相關(guān) ,表 了對常用的數(shù)據(jù)率 CIN所適合的值 ,即使用越高的數(shù)據(jù)率 ,其值應(yīng)越大 .這些值僅對曼徹斯特和二相碼有效。 表 數(shù)據(jù)傳輸率與輸入電容、去耦電容的關(guān)系 數(shù)據(jù)率 ?=125kHz 耦合電容 CIN 去耦電容 CHP F/32=F/64= 去耦電容 ： 差分放大器的增益 G,典型值為 30(CHP= 時）?？赏ㄟ^引腳 HIPASS設(shè)定。對于較低的增益， HIPASS 腳用一個電阻 RGain與電容 CHP串聯(lián)接地，增益 G和下限截止頻率 ?cut 可用下面的公式計算 ， Ri 的值可設(shè)定為 。 () () XXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 11 如果要求較高的增益，則只需一個電容 CHP 用于直流去耦 ,下限截至頻率 ?cut 就按下面的公式計算： () CHP的值與 CIN一樣，也與答 應(yīng)器的數(shù)據(jù)傳輸率線性相關(guān)，如表 。 射頻電路的設(shè)計 U2270B 應(yīng)用電路的形式取決于磁耦合情況。磁耦合因子 K 主要由 讀寫距離和天線 線圈決定。表列出了一個給定的磁耦合因子所適用的應(yīng)用 電路形式 。 表 磁耦合因子與適合的應(yīng)用電路形式 磁耦合因子 K 適合的應(yīng)用電路形式 K≥ 3% 自由調(diào)協(xié)振蕩器 K≥ 1% 二極管反饋振蕩器 K≥ % 二極管反饋 +頻率改變振蕩器 K≥ % 二極管反饋 +精確的 頻率調(diào)協(xié)振蕩器 本文設(shè)計的射頻電路如圖 ： 射頻載波 允許 /禁止端 (CFE）和讀數(shù)據(jù)輸出（ OUTPUT）對外接口 分別與單片機的兩條 I/O 線相連，用來對 T5557 卡進行數(shù)據(jù)讀寫。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e vi s i o nS iz eBD a t e : 22 M a r 2 01 1 S h e e t of F il e : C : \ D oc um e n t s a nd S e t ti ng s \ L i us ha \桌面 \楊毅的先不要刪啊 \ M y D e s i g bD r a w n B y:43 K75 k10 0K824. 7K47 0K68 k36 01. 35 m HA nt e nn a22 uF4. 7n f1. 2n FI N 41 481. 5n F68 0p F10 0n F4 * I N 4 1 4 8U 22 70 BB C 6 3922 uF22 uFV C CI / OG N DG N DD G N DI N P U TC o i l 1C o i l 2H I P A S SRFVS V E X T DVs V B a t tC F EAT89S511 2 VO u t pu tS t a n d byMS++OE 圖 U2270B 的應(yīng)用 XXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 12 在本路中，加入了兩個頻率調(diào)整環(huán)節(jié) [5]。一為閱讀器天線諧振頻率調(diào)整電路，可用單片機的輸出口在需要時輸出高或低電平，控制一 NPN 的三極管截 止 或?qū)?，從而增加或減少天線回路 的 諧振電容，使其諧振頻率等于應(yīng)答器天線的諧振頻率。二 為 振蕩器的