【正文】 送信號(hào)時(shí)使用的頻率稱為射頻識(shí)別系統(tǒng)的工作頻率）可以分為： ★ 低頻（ LF），工作頻率低于 135kHz,最常用的是 125kHz； ★ 高頻（ HF），工作頻率為 ； ★ 超 高頻（ UHF），工作頻率為 433MHz、 860MHz960MHz； ★ 微波，工作 頻段為 。 根據(jù)應(yīng)答器與閱讀器作用距離的不同，射頻識(shí)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(yuǎn)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(shí)，應(yīng)答器處于無源狀態(tài)，在閱讀器的范圍之內(nèi)時(shí)，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(duì)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(jìn)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(jìn)入閱讀器的閱讀范圍時(shí)，受到閱讀器發(fā)出的射頻能量的激勵(lì)，進(jìn)入工作狀態(tài)時(shí)，用 于 傳輸通信XXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 的射頻能量與無源應(yīng)答器一樣源自閱讀器。 ★ 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(shí)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(shí)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(hào)與閱讀器的發(fā)射信號(hào)同時(shí)存在； ★ 時(shí)序系統(tǒng)，在此系統(tǒng)中，閱讀器的電磁場(chǎng)周期性地接通，在這些間隔中應(yīng)答器向閱讀器發(fā)信號(hào)并被識(shí)別出來。 射頻識(shí)別系統(tǒng)的工作原理 射頻識(shí)別系統(tǒng) [1]是利用無線電波對(duì)記錄物體進(jìn)行讀寫。射頻識(shí)別的距離可達(dá)到幾十厘米至幾米，并且可以傳輸大量的保密信息。 射頻識(shí)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(hào)，當(dāng)應(yīng)答器進(jìn)入讀寫器的有效查詢范圍內(nèi)，將自身存儲(chǔ)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(hào)經(jīng)閱讀器接收處理后獲得應(yīng)答器所存儲(chǔ)的電子信息。應(yīng)答器中 所存儲(chǔ)的電子信息代表了待識(shí)別物體的標(biāo)識(shí)信息，應(yīng)答器相當(dāng)于待識(shí)別物體的身份認(rèn)證 [3]。從而射頻識(shí)別系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了非接觸物體的識(shí)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(jìn)行的。一般地，我們可以用兩個(gè)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。因應(yīng)答器發(fā)出的無線信號(hào)是很弱的，信號(hào)傳輸?shù)乃俣扰c 傳輸?shù)木嚯x就很有限。為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離、高速的傳輸，必須把要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號(hào)疊加在一個(gè)規(guī)則變化的信號(hào)比較強(qiáng)的電波上，這個(gè)過程就是調(diào)制，規(guī)則變化的電波就是載波。在射頻識(shí)別系統(tǒng)中 ，載波一般由閱讀器發(fā)出并進(jìn)行調(diào)制，而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的調(diào)制也有許多的方法，如調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相等，射頻識(shí)別系統(tǒng)一般采用調(diào)幅方式。 2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 基于射頻識(shí)別 (RFID）汽車防盜系統(tǒng)裝置是將射頻識(shí)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(dòng)鑰匙頂部的應(yīng)答器和汽車內(nèi)部控制著汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電子點(diǎn)火系統(tǒng)的 閱讀器。 當(dāng)一個(gè)具有正確識(shí)別碼的鑰匙插入點(diǎn)火開關(guān)后，汽車才能用正確的方式進(jìn)行啟動(dòng)。當(dāng) 點(diǎn)火 開關(guān)關(guān)閉時(shí)，閱讀器輸出 一 個(gè) 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(gè)脈沖信號(hào)后就 使 電容器充電，從而使應(yīng) 答器發(fā)射 一 個(gè)特定的代碼至閱讀XXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 器，信號(hào)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(duì)此信號(hào)進(jìn)行解碼并把它與存儲(chǔ)在微處理器內(nèi)存中的代碼進(jìn)行比較。如果相同，控制模塊便啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的控制程序和點(diǎn)火開關(guān)；只要有一位不相同，系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警信息。應(yīng)答器中有 32個(gè)密碼位，因而其信號(hào)被其它接收機(jī)截獲也是不可能的。 基于射頻識(shí)別的汽車防盜整個(gè)裝置是由單片機(jī) 、 射頻卡讀寫電路 、 語音報(bào)警電路 、電源監(jiān)控電路 、 存儲(chǔ)器接口電路 、 鍵盤和應(yīng)答器組成。 射頻識(shí)別系統(tǒng)硬件 如 圖 21所示 ： 圖 21 射頻識(shí)別系統(tǒng) 硬件框圖 基站芯片 U2270B 的簡(jiǎn)介 U2270B是非接觸識(shí)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(fù)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(lì)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(hào) 功能 引腳 代號(hào) 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(dòng)器電源 4 INPUT 信號(hào)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(dòng)器地 15 RF 載波頻率調(diào)節(jié) XXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 8 COIL2 天線 2 16 HIPASS DC去耦 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(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)由 Coil Coil2引腳輸出，天線線圈產(chǎn)生一足夠強(qiáng)度的磁場(chǎng)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(chǎng)，從而在讀寫器的線圈上引起一個(gè)微小的電壓幅度調(diào)制信號(hào)，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(fù)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(jí)，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(jì) 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(jìn)行數(shù)據(jù)信號(hào)的載 波調(diào)制、解調(diào)和傳輸；與單片機(jī)進(jìn)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(gè)已穩(wěn)壓的 (5V)或未穩(wěn)壓的（ 716V）外部電源或兩個(gè)外部已穩(wěn)壓的（ 5V和 78V)電源供電。電源引腳有以下幾個(gè)， VEXT：天線預(yù)激勵(lì)器的電源電XXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 壓，也可以用來給外部電路（如微控制器等）供電，與一個(gè) NPN晶體管一起，它也建立天線線圈激勵(lì)器的電源電壓 DVS。 Vs： 除驅(qū)動(dòng)器外的內(nèi) 部其它電路的電源電壓，利用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(shí)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 u m b e r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 6 M a r 2 0 1 1 S h e e t o f F i l e : C : \ U s e r s \ A d m i n i s t r a t o r \ D e s k t o p \ l s p \ L S \ p \ M y D e s i g n . d d 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(lì)器電壓 DVs和預(yù)激勵(lì)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(lì)器輸出幅度，從而得到較強(qiáng)的磁場(chǎng)（ 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。 XXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 圖 U2270B 的雙電源工作方式 以上兩種 供電 方式， U2270B都不能進(jìn)入低功耗方式。 電池 供電模式 使 用這種工作模式時(shí)， 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(jì)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(dòng)器的頻率受 輸 入端的電流控制。其中的集成補(bǔ)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(yàn)公式： （ ） 本設(shè)計(jì)中，天線的諧振頻率 ?0 =125 kHz ,可計(jì)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(shí)線圈兩端的高電壓 （ 瞬時(shí)值可達(dá) 130V） ，整流流解調(diào)必須在外面進(jìn)行， 外部解 調(diào)電路 如圖 ，相應(yīng)元器件的耐壓值應(yīng)該XXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 大于 160V。 圖 外部解調(diào)電路 耦合電容 CIN（ 圖中的 C2） 對(duì)解調(diào)后的信號(hào)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(hào)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(dá)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(duì)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(duì)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=）。可通過引 腳 HIPASS設(shè)定。對(duì)于較低的增益， HIPASS腳用一個(gè)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(jì)算 ， Ri的值可設(shè)定為 。 () XXX 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 () 如果要求較高的增益，則只需一個(gè)電容 CHP 用于直流去耦 ,下限截至頻率 ?cut就按下面的公式計(jì)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 示 。 射頻電路的設(shè)計(jì) 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(gè)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(jì)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(duì)外接口 分別與單片機(jī)的兩條 I/O 線相連，用來對(duì) T5557 卡進(jìn)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?jiǎng)h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