【正文】 同時(shí)也要感謝 EII412 實(shí)驗(yàn)室的同學(xué)，在學(xué)習(xí)的過程中，他們給了我很大的幫助。最終的結(jié)果表明本文設(shè)計(jì)的電感耦合型射頻識(shí)別系統(tǒng)是可行的。 首先 ，詳細(xì)介紹了射頻識(shí)別技術(shù)，包括：射頻識(shí)別技術(shù)的發(fā)展、應(yīng)用領(lǐng)域、識(shí)別優(yōu)勢。第六章 總結(jié) 37 第六章 總結(jié) 射頻識(shí)別技術(shù)是自動(dòng)識(shí)別的高級形式， 它的最大優(yōu)勢是非接觸性 識(shí)別，可以無需人工干預(yù)地完成識(shí)別工作，有很廣闊的應(yīng)用前景。經(jīng)多次測量得 D=3cm。系統(tǒng)調(diào)試完成。通過調(diào)節(jié)振蕩電路中的可變電阻 R2（如圖 ）來改變系統(tǒng)的工作頻率。具體電路如圖 所示。 LM311 的輸出波形如圖 所示 30 RFID 自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì) 圖 解調(diào)電路 圖 編碼芯片工作時(shí)閱讀器天線波形 圖 B 編碼芯片工作時(shí)閱讀器天線波形 第 四 章 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 31 圖 C 低通濾波器的輸出波形 圖 解調(diào)電路的輸出波形 解碼電路的設(shè)計(jì) 在閱讀器電路設(shè)計(jì)中，采用專用的解碼芯片進(jìn)行解碼。檢波后的輸出要進(jìn)入低通濾波器如圖中的 R15 和 C11 就組成了一個(gè)低通濾波器，圖 使用了兩個(gè)低通濾波器。當(dāng) PT2262 不工作的時(shí)候，閱讀器天線上的波形如圖 所示，是一個(gè)穩(wěn)定的正弦波。 圖中的 LM358 作為放大芯片使用，可以提供兩級放大， LM311 是比較器芯片。 3 為地端， 6 腳為電源端， 4 和 5 腳是 B 路通道的輸入和輸出，此電路中B 路通道沒有使用。為了更方便的實(shí)現(xiàn)放大功能，同時(shí)也簡化電路的復(fù)雜度，選用驅(qū)動(dòng)芯片TC4423 來對振蕩電路的輸出方波進(jìn)行放大。 圖 使用 555 芯片構(gòu)造的振蕩電路 28 RFID 自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì) 圖 555 芯片振蕩電路的輸出波形 如果將振蕩電路的輸出直接的接到天 線上的話，即使天線諧振，電子標(biāo)簽的天線上電壓也會(huì)有點(diǎn)低，不足以提供電子標(biāo)簽的工作電壓。接通電源后電容 C3 開始充電，當(dāng)電容 C3 上端的電壓達(dá)到 2vcc/3 時(shí) 555 的 3 端將輸出低電平。 555 芯片構(gòu)造的振蕩電路的最大優(yōu)點(diǎn)是頻率可以調(diào)節(jié)，并且 555 芯片構(gòu)造的振蕩電路結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行時(shí)性能穩(wěn)定，調(diào)整方便、價(jià)格低廉。 如果使用 LC 振蕩電路來實(shí)現(xiàn)的話，電路相對較復(fù)雜 ,頻率調(diào)節(jié)不方便。其中發(fā)射模塊包括振蕩電路和放大電路。負(fù)載調(diào)制的具體電路如圖 所示。而模擬開關(guān)就有編碼信號來控制。負(fù)載調(diào)制的原理是：利用負(fù)載的大小變化來改變電壓的變化。其中 Dout 就是編碼芯片的輸出，它是一串高低電平。編碼芯片 PT2262 外部需要接振蕩電阻才能工作，振蕩電阻接的越大，編碼芯片輸出的編碼寬度越大，編碼就越慢。 24 RFID 自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì) 圖 電子標(biāo)簽中的整流電路 編碼電路 在此射頻識(shí)別系統(tǒng)中，我們采用專用的編碼芯片 PT2262 來進(jìn)行數(shù)據(jù)編碼。因?yàn)殡娙菽軌騼?chǔ)存電荷，通過電容放電能夠使電壓更加有驅(qū)動(dòng)能力。 在此射頻識(shí)別系統(tǒng)中，我們就采用橋式整流電路來進(jìn)行整流。在 T1 的負(fù)半周期內(nèi)， D2 和 D4 加上了正向電壓，此時(shí)它們導(dǎo)通，而 D1 和 D3 加反向電壓它們截止。如圖 所示（電阻 R 為負(fù)載）。為了實(shí)現(xiàn)此功能我們需要一個(gè)對正負(fù)極有不同特性的元件，二極管就可以。 電子標(biāo)簽設(shè)計(jì) 電子標(biāo)簽由整流電路、調(diào)制電路和編碼電路組成。用電感表測量兩個(gè)線圈的電感分別為 22 RFID 自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì) 和 。電子標(biāo)簽的線圈必須要和電容構(gòu)成諧振回路，如果兩個(gè)線圈不能諧振，電子標(biāo)簽就不能得到足夠的能量來工作。 PT2262/PT2272 芯片的特點(diǎn)：功耗低，價(jià)格低， 外部元器件少 ， RC 振蕩電阻 ， 工作電壓 的 范圍 較寬，為 。其中工作電壓為 5v18v。此外，還可以組成脈沖振蕩、單穩(wěn)、雙穩(wěn)和脈沖調(diào)制電路，用于交流信號源、電源變換、頻率變換、脈沖調(diào)制等。電子標(biāo)簽的組成：整流電路、編碼電路、調(diào)制電路等。 第 三 章 射頻識(shí)別系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 17 天線選擇 系統(tǒng)工作在低頻段，所以使用電感耦合方式，電感耦合的天線是環(huán)形的。 系統(tǒng)工作頻率 此系統(tǒng)的電子標(biāo)簽是無源的，所以功率較小，并且對識(shí)別距離也沒有特別的要求。當(dāng)電子標(biāo)簽線圈的負(fù)載大小發(fā)生變化時(shí)，就會(huì)改變閱讀器線圈兩端的電壓。但是 PT2262 和 PT2272 可以較好的完成四位二進(jìn)制數(shù)據(jù)的編碼和解碼，并且功耗低、價(jià)格低，對工作環(huán)境要求也比較低，非常適合能量供應(yīng)有限的場合。此識(shí)別系統(tǒng)的工作過程：電子標(biāo)簽進(jìn)入閱讀器的有效工作區(qū)域后被激活，并通過線圈耦合得到工作能量，電子標(biāo)簽中的單片機(jī)讀取撥碼開關(guān)的信息并發(fā)通過天線送出編碼信息，閱讀器接收到編碼信息后，對編 碼信息進(jìn)行解調(diào)，然后通過單片機(jī)對其解碼并顯示。 總體方案選擇 方案一：如圖 所示，在此方案中使用單片機(jī)。高頻標(biāo)簽的優(yōu)點(diǎn)是：速度快、識(shí)別距離較遠(yuǎn)。低頻電子標(biāo)簽的優(yōu)勢是：省電、價(jià)格低。但是無源電子標(biāo)簽對工作環(huán)境要求很低。此類標(biāo)簽的工作環(huán)境受到很大限制，很多惡劣的環(huán)境不適合使用。 由于各種識(shí)別系統(tǒng)的原理和應(yīng)用領(lǐng)域不同，電子標(biāo)簽的原理、結(jié)構(gòu)和外觀也有很大的區(qū)別。 第 二 章 射頻識(shí)別技術(shù)工作原理 13 圖 電子標(biāo)簽的組成 每個(gè)電子標(biāo)簽都具有唯一的編碼，這些編碼被存儲(chǔ)到存儲(chǔ)模塊中。電子標(biāo)簽中存儲(chǔ)了可用的信息，通過電感耦合可以將此信息傳輸?shù)叫畔⒉杉到y(tǒng)中。根據(jù)天線和閱讀器模塊是否分離，可以分為分離式閱讀器和集成式閱讀器。通常高頻接口模塊又被稱作射頻模塊，它的主要功能是：產(chǎn)生一定頻率的射頻信號，發(fā)射射頻信號，激活電子標(biāo)簽并為其提供工作電壓；調(diào)制發(fā)射信號，對電子標(biāo)簽進(jìn)行寫入操作：解調(diào)電子標(biāo)簽的射頻信號 [2]。如圖 所示。但是超高頻閱讀器的設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，體積也相對較大。根據(jù)射頻識(shí)別體統(tǒng)的頻率不同，可以將閱讀器分為低頻閱讀器、高頻閱讀器和超高頻閱讀器。閱讀器可以作為單獨(dú)的整體存在，也可以嵌入到其他的應(yīng)用系統(tǒng)中。它在射頻識(shí)別系統(tǒng)中起到了舉足輕重的作用。 天線有很多種形式和結(jié)構(gòu)，如平板天線、環(huán)形天線、螺旋天線等。電磁波到達(dá)接收點(diǎn)后，也是由天線接收 下來（但是天線所接收到的只是很小一部分），并通過電纜輸送到接收模塊。 10 RFID 自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì) 圖 射頻識(shí)別系統(tǒng)圖 天線 無論閱讀器還是電子標(biāo)簽的正常工作，都離不開天線或耦合線圈。對于負(fù)載調(diào)制的解調(diào)，一般要經(jīng)過檢波、放大、比較的過程，此過程將會(huì)在第四章中詳細(xì)說明。但是， 當(dāng) V2 工作的時(shí)候，三極管（在這個(gè)電路中相當(dāng)于一個(gè)開關(guān)）就會(huì)周期性的導(dǎo)通，那么后一級電路的負(fù)載就會(huì)周期性變化。 負(fù)載調(diào)制簡單的說，就是利用負(fù)載的變化來改變電源的電壓。 8 RFID 自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì) 圖 電感耦合型 但是，電感耦合方式常常適 用于低頻和中頻的射頻識(shí)別系統(tǒng)，并且識(shí)別距離很近一般不大于 1 米。高頻的強(qiáng)電磁場由閱讀器的天線線圈產(chǎn)生，并輻射到線圈周圍的空間中，當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn)入到電磁場中時(shí)就發(fā)生電磁感應(yīng)，從而產(chǎn)生感應(yīng)電流，電子標(biāo)簽就獲得了工作的能量。如果電子標(biāo)簽進(jìn)入到這個(gè)有效識(shí)別區(qū)域，就獲得能量而被激活，開始工作，電子標(biāo)簽將自身的編號信息通過自身攜帶的天線發(fā)送出去，閱讀器接收到電子標(biāo)簽的調(diào)制信號，并進(jìn)行解調(diào)，得到想要的信息，然后進(jìn)行相關(guān)的處理。電子標(biāo)簽與閱讀器 （也稱讀寫器） 之間的電磁耦合包含兩種情況，即近距離的電感耦合與遠(yuǎn)距離 的電磁耦合。 第四章 射頻識(shí)別系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)，包括電子標(biāo)簽和閱讀器的詳細(xì)實(shí)現(xiàn)過程。實(shí)現(xiàn)了射頻識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。一種 RFID 系統(tǒng)還可以滿足多用途的要求，可以實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)識(shí)別。 RFID 在近兩年已經(jīng)成為了市場的熱點(diǎn) 。 射頻識(shí)別技術(shù)還可以應(yīng)用在軍事物流上。 在交通運(yùn)輸方面的應(yīng)用包括：電子收費(fèi)系統(tǒng)、電子車牌系統(tǒng)、城市交通跳讀管理系統(tǒng)、電子注冊管理系統(tǒng)等。目前，我國已經(jīng)公布了多項(xiàng)基于 RFID 技術(shù)的國家發(fā)展計(jì)劃。我國很多企業(yè)對 RFID 的認(rèn)識(shí)還不夠，基礎(chǔ)設(shè)施的缺失也為 RFID 在我國的發(fā)展設(shè)置了障礙。在日本，政府也將 RFID 作為一項(xiàng)關(guān)鍵的技術(shù)來發(fā)展。近年來，隨著大規(guī)模集成電路、網(wǎng)絡(luò)通信、信息安全等技術(shù)的發(fā)展， RFID 技術(shù)進(jìn)入商業(yè)化應(yīng)用階段。電子標(biāo)簽和閱讀器都是由耦合芯片和芯片組成。 射頻識(shí)別的最大優(yōu)點(diǎn)是非接觸性，因此完成識(shí)別工作無需人工干預(yù)，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化且不易損壞，可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)的物體并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)電子標(biāo)簽，操作快捷方便。 射頻識(shí)別技術(shù) 射頻識(shí)別技術(shù)的基本原理是電磁理論。 生物識(shí)別技術(shù)比傳統(tǒng)的身份鑒定方法更具安全、保密和方便性。通過使用微處理器在卡上進(jìn)行認(rèn)證和對信息 訪問的控制，從而使 IC 卡達(dá)到更高的保密性。由于磁卡的信息讀寫相對簡 單容易，使用方便，成本低，從而較早地獲得了發(fā)展，并進(jìn)入了多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，如信用卡、銀行 ATM 卡、機(jī)票、公共汽車票、自動(dòng)售貨卡等 [3]。 卡識(shí)別技術(shù) 常用的卡識(shí)別技術(shù)有兩種，即磁條卡技術(shù)和 IC 卡技術(shù)。 光學(xué)字符識(shí)別技術(shù)有三個(gè)重要的應(yīng)用領(lǐng)域：辦公自動(dòng)化中的文本輸入、郵件自動(dòng)處理、與自動(dòng)獲取文本過程相關(guān)的其他領(lǐng)域。 條碼技術(shù)的特點(diǎn)：條形碼符號制作容易，掃描操作簡單易行；信息采集的速度快，利用條碼掃描錄入信息的速度是鍵盤錄入的二十倍；可靠性高，誤碼率極低；靈活實(shí)用，條碼符號作為一種識(shí)別手段可以單獨(dú)使用，也可以和有關(guān)設(shè)備組成識(shí)別系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化識(shí)別，還可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)化管理；成本低，條碼識(shí)別系統(tǒng)涉及的識(shí)別符 號成本以及識(shí)別設(shè)備成本都非常低 [2]。 條碼有一維碼和二維碼兩種。自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的發(fā)展為計(jì)算機(jī)提供了快速、準(zhǔn)確采集和輸入數(shù)據(jù)的手段。該論文對今后進(jìn)行射頻識(shí)別系統(tǒng)開發(fā)的工作 有一定的參考意義。 本文研究了電感耦合 RFID 系統(tǒng)工作原理，討論了射頻識(shí)別系統(tǒng)的組成及各個(gè)部分包括天線、閱讀器和電子標(biāo)簽的作用。摘要 摘要 射頻識(shí)別（ RFID）技術(shù)是近幾年隨著無線電技術(shù)和大規(guī)模集成電路的普及應(yīng)用而出現(xiàn)的一項(xiàng)先進(jìn)的自動(dòng)識(shí)別和數(shù)據(jù)采集技術(shù)。設(shè)計(jì)了射頻識(shí)別系統(tǒng)的總體方案和各個(gè)部分的硬件電路。 關(guān)鍵詞 ：自動(dòng)識(shí)別 射頻識(shí)別 電子標(biāo)簽 閱讀器 摘要 ABSTRACT Radio Frequency Identification (RFID) technology is an advanced automatic identification and data collection technology, appeared with the radio technology and the popularization of the large scale integrated circuit in recent years. The biggest advantage of this technology is that the property of noncontact. The identification work can be done without human intervention. The principle of the inductively coupled RFID systems were studied in this article, and the roles of the ponents of the RFID systems, including the antennas, readers and electronic tags were discussed. The overall program