【正文】 別距離也沒(méi)有特別的要求。如果選取頻率較高，電路就會(huì)相對(duì)復(fù)雜，并且功耗就大。并且，如果頻率選擇較高，那么與之諧振的電容則可能非常小，由于分布電容的存在，調(diào)試將十分困難，要實(shí)現(xiàn)的話難度較大。所以最終選擇系統(tǒng)工作在低頻段，低頻系統(tǒng)的典型工作頻率是 125KHZ、 225KHZ 和 ，我們選取工作頻率為 125KHZ。 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。我們可以使用直徑不大于 1mm 的漆包線或帶有絕緣皮的導(dǎo)線密繞 10 圈制成，天線的直徑可以選擇 左右，繞成空心的。閱讀器與電子標(biāo)簽的天線之間的介質(zhì)是空氣。 系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu) 閱讀器的組成：振蕩電路、放大電路、解調(diào)電路、解碼電路等。電子標(biāo)簽的組成：整流電路、編碼電路、調(diào)制電路等。 電子標(biāo)簽 框圖如圖 所示 圖 電子標(biāo) 簽框圖 18 RFID 自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì) 閱讀器框圖如圖 所示 圖 閱讀器框圖 第 四 章 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 19 第四章 系統(tǒng) 實(shí)現(xiàn) 本章內(nèi)容是系統(tǒng)的詳細(xì)實(shí)現(xiàn)，包括電子標(biāo)簽和閱讀器的具體設(shè)計(jì)。 主要芯片介紹 555 芯片簡(jiǎn)介 555 集成電路開(kāi)始是作定時(shí)器應(yīng)用的，所以叫做 555 定時(shí)器或 555 時(shí)基電路。但后來(lái)經(jīng)過(guò)開(kāi)發(fā)，它除了作定時(shí)延時(shí)控制外，還可用于調(diào)光、調(diào)溫、調(diào)壓、調(diào)速等多種控制及計(jì)量檢測(cè)。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(hào)源、電源變換、頻率變換、脈沖調(diào)制等。由于它工作可靠、使用 方便、價(jià)格低廉，目前被廣泛用于各種電子產(chǎn)品中， 555 集成電路內(nèi)部有幾十個(gè)元器件，有分壓器、比較器、基本 RS 觸發(fā)器、放電管以及緩沖器等，電路比較復(fù)雜，是模擬電路和數(shù)字電路的混合體。內(nèi)部電路如圖 所示 圖 LM555 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 555 芯片有 8 個(gè)引腳，雙列直插型的。其中 6 腳稱(chēng)閾值端 (TH)，是上比較器的輸入； 2 腳稱(chēng)觸發(fā)端 (TR)，是下比較器的輸入； 3 腳是輸出端 (Vo)，它有 0 和 1兩種狀態(tài)，由輸入端所加的電平?jīng)Q定； 7 腳是放電端 (DIS)，它是內(nèi)部放電管的輸出，有懸空和接地兩種狀態(tài)，也是由輸 入端的狀態(tài)決定； 4 腳是復(fù)位端 (MR)，加上低電平時(shí)可使輸出為低電平； 5 腳是控制電壓端 (Vc)， 可用它改變上下觸發(fā)電平值； 8 腳是電源端， 1 腳是地端。其中工作電壓為 5v18v。 20 RFID 自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì) PT2262/PT2272 芯片簡(jiǎn)介 PT2262/PT2272 是一種 CMOS 工藝制造的低功耗低價(jià)格的通用編碼和解碼芯片 PT2262/PT2272 最多可有 12 位 (A0A11)三態(tài)地址端管腳 (懸空 ， 接高電平 ，接低電平 )， 任意組合可提供 531441 地址碼。 PT2262 最多可有 6 位 (D0D5)數(shù)據(jù)端管腳 ， 設(shè)定的地址碼和 數(shù)據(jù)碼從 17 腳串行輸出，可用于無(wú)線遙控發(fā)射電路。編碼芯片 PT2262 發(fā)出的編碼信號(hào)由：地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼組成一個(gè)完整的碼字，解碼芯片 PT2272 接收到兩次完全相同的碼字后才開(kāi)始解碼， VT 腳才輸出高電平，與此同時(shí)相應(yīng)的數(shù)據(jù)腳也輸出高電平。 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 。 管腳功能 ： PT2262 管腳說(shuō)明 ，如表 41： 表 41 PT2262 管腳說(shuō)明 名稱(chēng) 管腳 功能 A0A11 1 1013 地址管腳 ,用于進(jìn)行地址編碼 ,可置為“ 0”，“ 1”，“ f” (懸空 ) D0D5 7 1013 數(shù)據(jù)輸入端，有一個(gè)為 “ 1” 即有編碼發(fā)出，內(nèi)部下拉 Vcc 18 電源正端（＋） Vss 9 電源負(fù)端（－） TE 14 編碼啟動(dòng)端，用于多數(shù)據(jù)的編碼發(fā)射，低電平有效； OSC1 16 振蕩電阻輸入端，與 OSC2 所接電阻決定振蕩頻率； OSC2 15 振蕩電阻振蕩器輸出端 VT 17 編碼輸出端 在具體的應(yīng)用中，外接振蕩電阻可根據(jù)需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，阻值越大振蕩頻率越慢， PT2272 管腳說(shuō) 明，如表 42： 第 四 章 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 21 表 42 PT2272 管腳說(shuō)明 名稱(chēng) 管腳 功能 A0A11 1 1013 地址管腳 ,用于進(jìn)行地址編碼 ,可置為“ 0”，“ 1”，“ f” (懸空 ) D0D5 7 1013 數(shù)據(jù)輸入端，有一個(gè)為 “ 1” 即有編碼發(fā)出，內(nèi)部下拉 Vcc 18 電源正端（＋） Vss 9 電源負(fù)端（－） DIN 14 數(shù)據(jù)信號(hào)輸入端，來(lái)自接收模塊輸出端 OSC1 16 振蕩電阻輸入端 ， 與 OSC2 所接電阻決定振蕩頻率； OSC2 15 振蕩電阻振蕩器輸出端 VT 17 解碼有效確認(rèn)輸出端 （常低）解碼有效變成高電平（瞬態(tài)） 使用注意事項(xiàng)： PT2262 和 PT2272 的地址碼只有完全相同才能配對(duì)使用，要不然就不能完成編碼、解碼工作。只要將 PT2262 和 PT2272 的 1～ 8 腳設(shè)置相同即可，例如，將 2262 的 3 腳接地， 4 腳接高電平的話，那么 2272 的 3 腳也接地， 4 腳也接高電平，這樣就能完成解碼了。 耦合線圈諧振計(jì)算 電子標(biāo)簽的能量是通過(guò)電感耦合從閱讀器得到的，電磁場(chǎng)由閱讀器的天線線圈產(chǎn)生，這種磁場(chǎng)穿過(guò)線圈橫截面和線圈周?chē)目臻g，因?yàn)槭褂玫念l率較低，所以電磁波的波長(zhǎng)比閱讀器和電子標(biāo)簽之 間的距離大的多，可以把閱讀器和電子標(biāo)簽之間的磁場(chǎng)看作是交變磁場(chǎng)。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(lái)工作。閱讀器的發(fā)射輸出端采用發(fā)射線圈和電容并聯(lián)構(gòu)成諧振回路。由 LC2/1f ?? ，其中 f 為系統(tǒng)的工作頻率，由閱讀器的振蕩電路頻率決定，此系統(tǒng)中頻率為 125KHZ。 L 為線圈的電感， C 為線圈兩端并聯(lián)的電容。用電感表測(cè)量?jī)蓚€(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 。經(jīng)計(jì)算得電容的大小為 。同理得到電子標(biāo)簽線圈所并聯(lián)的電容大小。微調(diào)閱讀器的發(fā)射頻頻率，通過(guò)該回路的諧振，使電子標(biāo)簽的線圈兩端電壓達(dá)到最大。 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。 電源模塊 電子標(biāo)簽采用的是無(wú)源的，工作電壓是通過(guò)電感耦合的方式從閱讀器得到。通過(guò)線圈耦合過(guò)來(lái)的是交流電壓。而電子標(biāo)簽需要的工作電壓是直流的，所以需要一個(gè)模塊來(lái)將交流電壓轉(zhuǎn)換為直流的。為了實(shí)現(xiàn)此功能我們需要一個(gè)對(duì)正負(fù)極有不同特性的元件，二極管就可以。二極管的典型特征就是單向?qū)ㄌ匦?。?dāng)二極管有正向電流流過(guò)時(shí)，二極管導(dǎo)通，有反向電流流過(guò)是二極管 截止。 一個(gè)簡(jiǎn)單的方法就是將二極管和電子標(biāo)簽的天線串聯(lián)，結(jié)果就是只有在一個(gè)方向上有電流流過(guò)二極管，然后再加一個(gè)電容來(lái)儲(chǔ)存這個(gè)電流，通過(guò)電容的周期性的放電，就可以提供直流電流了。如圖 所示（電阻 R 為負(fù)載）。 但是， 圖 簡(jiǎn)單的整流電流模型 上圖的整流模型不足以提供穩(wěn)定的直流電壓，并且電壓值也不夠要求。為了得到更高更穩(wěn)定的直流電壓，一種常見(jiàn)的整流電流就是使用整流橋。如圖 所示 第 四 章 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 23 圖 用整流橋進(jìn)行整流 在 T1 的正半周期內(nèi)，二極管 D1 和 D3 加上了正向電壓，此時(shí) D1 和 D3 導(dǎo)通，而對(duì)于 D2 和 D4 相當(dāng)于加了一個(gè)反向的電壓，此時(shí) D2 和 D4 截止，電路構(gòu)成了 TD1 、 R1 和 D3 的導(dǎo)通回路。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。電路構(gòu)成了 T D R1 和D4 的導(dǎo)通回路。這樣在一個(gè)周期內(nèi)電阻 R1 上就有直流電壓產(chǎn)生了。由于 T1 上的信號(hào)是正弦信號(hào)，這樣的過(guò)程會(huì)不斷的重復(fù)出現(xiàn)， R1 上就會(huì)有持續(xù)的直流電壓存在。 在此射頻識(shí)別系統(tǒng)中，我們就采用橋式整流電路來(lái)進(jìn)行整流。具體電路如圖 所示。雖然經(jīng)過(guò)整流橋以后就有直流電壓產(chǎn)生，但是這個(gè)直流電壓的大小不穩(wěn)定，不能夠作為電子標(biāo)簽的工作電壓。為了讓整流橋輸出的電壓更穩(wěn)定，我們?cè)谠O(shè)計(jì)電路的時(shí)候加入了大小為 10uf 的電解電容和一個(gè) 的普通電容，將它們并聯(lián)在整流橋的兩端。因?yàn)殡娙菽軌騼?chǔ)存電荷，通過(guò)電容放電能夠使電壓更加有驅(qū)動(dòng)能力。電容的后面并聯(lián)了一個(gè) 5V 的穩(wěn)壓二極管，這樣就將直流電壓穩(wěn)定在了 5v。因?yàn)殡娮訕?biāo)簽的工作電壓就設(shè)計(jì)為 5V。在圖 中 U 和地之間的電壓就為 5v。 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(zhuān)用的編碼芯片 PT2262 來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)編碼。四位的數(shù) 據(jù)通過(guò)四位撥碼開(kāi)關(guān)來(lái)進(jìn)行輸入。我們僅僅是識(shí)別數(shù)據(jù)，所以對(duì)于地址碼可以懸空不接。編碼有效位接地，使其一直有效。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。因?yàn)榇俗R(shí)別系統(tǒng)的工作頻率在 125KHz 左右，所以編碼寬度要相對(duì)大一些，這樣在調(diào)制好以后，更容易解調(diào)。最終選擇振蕩電阻為 。編碼芯片電路如圖 所示。其中 Dout 就是編碼芯片的輸出，它是一串高低電平。當(dāng)撥碼開(kāi)關(guān)的數(shù)值為 1101 時(shí)， Dout 的輸出波形如圖 所示 第 四 章 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 25 圖 編 碼芯片電路。 圖 PT2262 編碼波形 調(diào)制電路 編碼芯片的輸出需要調(diào)制才能夠通過(guò)天線發(fā)送出去。本識(shí)別系統(tǒng)采用負(fù)載調(diào)制。負(fù)載調(diào)制的原理是：利用負(fù)載的大小變化來(lái)改變電壓的變化。在此系統(tǒng)中使用的是電感耦合，電感耦合可以看成是變壓器模型，閱讀器的天線可以看作是變壓器的初級(jí)線圈，電子標(biāo)簽的天線可以看作是變壓器的次級(jí)線圈。次級(jí)線圈的負(fù)26 RFID 自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì) 載可以等效到初級(jí)線圈上，通過(guò)改變次級(jí)線圈的負(fù)載就可以等效改變了初級(jí)線圈上的負(fù)載了，就能引起初級(jí)線圈上電壓的變化。我們可以使用模擬開(kāi)關(guān)的方法來(lái)改變次級(jí)線圈兩端 的負(fù)載。而模擬開(kāi)關(guān)就有編碼信號(hào)來(lái)控制。模擬開(kāi)關(guān)選用三極管 S8050。當(dāng)編碼為高電平 時(shí) 三極管的集電極和發(fā)射極就導(dǎo)通，此時(shí)電子標(biāo)簽天線的負(fù)載就變大，那么閱讀器天線上的電壓就會(huì)變小。當(dāng)編碼為低電平時(shí)，三極管 S8050 的集電極和發(fā)射極之間是斷開(kāi)的，電子標(biāo)簽天線的負(fù)載就變小，那么閱讀器天線上的電壓就變大。負(fù)載調(diào)制的具體電路如圖 所示。 S8050 的集電極接整流橋的正端，發(fā)射極接的是地，而基極接的是編碼芯片 PT2262 的輸出。通過(guò)編碼來(lái)控制模擬開(kāi)關(guān)的通斷。 圖 電子標(biāo)簽部分電路， 閱讀器的設(shè)計(jì) 閱讀器由發(fā)射模塊、解調(diào)電路和解碼電路組成。其中發(fā)射模塊包括振蕩電路和放大電路。 發(fā)射模塊的設(shè)計(jì) 發(fā)射模塊的主要部分就是振蕩電路，振蕩電路可以使用有源晶振產(chǎn)生也可以使用 LC 振蕩電路來(lái)產(chǎn)生。 如果是用有源晶振實(shí)現(xiàn)的話，振蕩電路比較簡(jiǎn)單，但是產(chǎn)生的頻率固定不變，在電路設(shè)計(jì)好以后還要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試過(guò)程中，有可能需要微系統(tǒng)的工作頻率。所以使用有源晶振構(gòu)成的振蕩電路不合適。 如