无线识别装置论文

1无线识别装置摘要本装置采用凌阳61单片机作为主控器，配合常用编码解码芯片PT2262/2272实现阅读器对应答器的识别，编码数据的收发控制，以及信息的存储读写功能。使用ASK调制方式的收发模块很好的实现了应答器和阅读器之间的数据传输和能量交换。应答器采用干电池供电时，具有较高的正确率，较短的识别时间和较大的耦合线圈间距。在间距D等于线圈半径R（68CM）时，正确率达95，识别时间小于3秒。当应答器采用耦合线圈获得能量时，正确率不低于86，响应时间大约3686秒，间距在92CM时还能够很好的工作。并能够完成对应答器存储芯片的读写功能。另外可以显示存储器内的信息，接收信息可以语音提示。关键词无线识别天线耦合ASKABSTRACTTHISSYSTEMADOPTSSUNPLUS61ASTHECONTROLLER,ANDUSESTHECODEANDDECODINGCHIPPT2262/2272TOREALIZEIDENTIFYINGOFTHEREADINGMACHINEANDRECEIVINGCONTROLLINGOFTHECODINGDATA，ANDTHEWRITINGANDREADINGOFTHEINFORMATIONUSINGTHERECEIVINGANDSHOOTINGMODEOFASKTOREALIZETHEDELIVEROFDATAANDTRANSMISSIONOFENERGYBETWEENTHEANSWERINGMACHINEANDREADINGMACHINEWHENTHEANSWERINGMACHINEUSESTHEDRYBATTERY,ITHASHIGHCORRECTRATIO,SHORTIDENTIFYTIMEANDLONGDISTANCEOFTHECOUPLINGCOILWHENDISEQUALTOTHERADIUSOFTHECOILR68CM,THECORRECTRATIOIS95,THEIDENTIFYTIMEIS3SWHENTHEENERGYISOBTAINFROMTHECOUPLINGCOIL,THECORRECTRATIOISNOTLESS86,THEIDENTIFYTIMEIS422S,ANDITCANWORKWELLWHENTHEDISTANCEIS82CMITHASTHEABILITYOFREADINGANDWRITINGTOTHESAVINGCHIPOFTHEANSWERINGELSE,ITCANDISPLAYANDSPEECHTHEINFORMATIONOFTHESAVINGKEYWORDSTHEWIRELESSIDENTIFYANTENNACOUPLEASK一、方案论证与比较系统原理框图如图11所示，该系统主要由阅读器模块、应答器模块组成。阅读器模块以61单片机为控制核心，分为发送和接收两个通道。收发数据最终由发光二极管和液晶显示。应答器部分主要由线圈和存储芯片组成。线圈耦合储能供各模块工作同时实现系统的数据通信。储能芯片得电后定时向调制电路接收和发送数据。1、单片机选型方案一采用现在比较通用的51系列单片机。51系列单片机的发展已经有比较长的时间，应用比较广泛，各种技术都比较成熟，但此系列单片机是8位机，处理速度不是很快，资源不够充分，而且其最小系统的外围电路都要自己设计和制作，使用起来不是很方便，故未采用。方案二采用凌阳公司的SPCE061A单片机进行控制。SPCE061A凌阳单片机具有强大功能的16位微处理器，主频可以达到49MHZ，速度很快，可以直接用于测量时的数据采集；I/O口资源丰富，可以直接完成对键盘输入和显示输出的控制；存储空间大，能配合LCD液晶显示的字模数据存储。采用SPCE061A单片机，能将相当一部分外围器件结合到一起，使用方便，抗干扰性高。2结合题目的要求及SPCE061单片机的特点，本设计采用方案二。图11系统原理框图2、振荡电路的选择方案一采用晶体振荡器产生。方案二采用LC振荡器产生，配合PLL技术将信号锁定在所选频率上。通信系统中射频信号的频率稳定度要求很高。方案二采用锁相技术，频率稳定度相当高。但是要实现题目的要求，需要两个这样的电路，系统性价比升高。而晶振本身的稳定度就可以达到要求，故选方案一。3、调制方式的选择本系统属于数字信息传输系统，所以应选择数字信号调制方式。方案一采用振幅键控（ASK）方式。该方式电路结构简单，易于实现，能够满足题目要求的显示正确率大于80的要求，和提供应答器工作的能量。方案二移频键控（FSK）方式。可由频率选择法和载波调频发实现。两种方式的不同点在于后者不同的振荡频率由同一振荡器产生，因而产生的调制信号的前后相位是连续的，而前者信号的相位有相差使解调复杂。通过实验发现此方式所占用的频带宽度比ASK方式宽，对于题目有些冗余。方案三相移键控（PSK）。它是利用载波振荡相位的变化来传送数字信息的。与2ASK和2FSK的不同是，在2PSK调制中，应选择双极性的数字基带信号。此方式最适用于图表或图像信息的传送，并且使用有些麻烦。综合题目要求和三种调制方式的优缺点，选择方案一。4、编码方式。如果直接传送未经编码的原始基带数字信号，最大的问题是在接收端无法从接收到的比特流中提取同步信号，因此在传输二进制基带信号时需要对其进行编码。方案一计算机基本编码，方式有三种方式。曼彻斯特编码，经它编码后基带信号的频带宽度比原始的基带信号增加了一倍，其缺点是效率较低。非归零（NRZ）编码，为了保证收发双方同步，必须在发送NRZ码的同时用另一个信道同时发送同步时钟信号。微分曼彻斯特编码，是曼彻斯特编码编码的改进，虽然抗干扰能力较好，但是大大加大了编码的复杂性。3方案二采用常用编码解码芯片PT2262/PT2272。PT2262每次发射时至少发射4组字码，PT2272只有在连续两次检测到相同的地址码加数据码才会把数据码中的“1”驱动相应的数据输出端为高电平和驱动VT端同步为高电平。因为无线发射的特点，第一组字码非常容易受零电平干扰，往往会产生误码，所以程序可以丢弃处理，对于本系统实现数据通信已经足够,所以采取方案二。5、功放电路方案一用分立原件设计，采用共射接法，使电路电压和电流同时放大，以满足信号的发射距离要求和为应答器电路供能。方案二采用集成运放。射频信号频率达20M，属中频段，现行专用中频运放不多，负载能力差。方案一运放增益可调并且性能易于掌控。考虑后级为耦合线圈，需要匹配设计，故选此方案6、ASK解调方案一包络解调法，包络解调是一种非相干解调，方案二同步解调法，也称相干解调，我们采用方案一。二、理论分析与计算单电源供电，采用外界直流稳压电源，其优点就是不用担心电池会随时间的长期使用而会有电压降低，电路如图21。AC1V2AC3V4D1BRIDGE2C1470UC2220UC4103C3104VIN1GND2VOUT3U1VOLTREG12JP1HEADER212JP2HEADER2图21直流稳压电源1、阅读器原理1、阅读器电路如图22所示图22阅读器电路其功能包括产生高频发射功率以启动应答器并提供能量；对发射信号进行调制，用于将数据传送给应答器。控制指令通过控制器送入编码芯片PT2262（附图）。经编码后作为开关控制量实现ASK调制。带通滤波器主要是滤除调制信号中的高次谐波和杂散信号，并且有隔离作用，阻断后级电路的阻抗影响。由于调制电路输出电压幅度太低，如果直接发射，一定达不到系统传输距4离要求。所以增加功率放大电路，实现数据的顺利通信。（附图）阅读器通过耦合线圈从应答器接收信号（附图），接收到的信号经解调后，送入PT2272进行解码（附图）。2272只有在连续两次检测到相同的地址码加数据码才会把数据码中的“1”驱动相应的数据输出端为高电平和驱动VT端同步为高电平，因为无线发射的特点，第一组字码非常容易受零电平干扰，往往会产生误码，所以程序可以丢弃处理。解码输出后进入单片机I/O口，进而单片机进行数据处理并作出一系列反应。2应答器电路天线是应答器与阅读器的一个重要组成部分，他们之间的通信中，天线主要用于产生能发射和接收射频信号磁通量，而磁通量用于给读写器提供电源并在读写器和卡片之间传送信息。主要由耦合线圈和调制电路组成。线圈通过耦合电磁波的能量，然后经整流稳压后为电路提供工作电源。；这样卡上的存储数据便可通过编码，调制发送出去实现与阅读器的数据通信，阅读器发射读或写指令时，调制电路实现信号的调制与解调。3、耦合线圈匹配理论根据互感原理，半径越大、匝数越多，天线间的互感系数就越大。本系统要求通信距离大于5CM,匝数10圈。设计天线时要注意天线的品质因数。通过计算选择线圈直径68CM优化读写器与应答器之间的耦合系数，确定天线线圈和电容，应答器利用天线耦合采集能量工作，进而发射接收信息。因此对阅读器天线有以下几个要求使天线线圈的电流变化率最高，用于产生最大的磁通量变化；功率匹配，以最大程度地利用产生磁通量的可用能量；足够的带宽来无失真地传送数据调制的载波信号。根据公式,要求两个LC电路调谐在相同的谐振频率上。如果谐振频率不匹配，零调制就会产生，从而降低系统的性能，设计阅读器工作在单一频率模式，取F020MHZ。电路部分由整流滤波电路和信息采集存储存储模块组成，都可等效为一定阻值的电阻。题目要求线圈10匝，直径68CM，根据频率计算公式得到串联电阻为100欧，Q值为30。当它并联一个电阻且频率在20MHZ时等效电阻为55欧。存储模块在工作时流通电流很小，电阻视为无穷大，在等效电路中几乎不影响振荡谐振频率应答器电路设计。应答器电路部分主要包括滤波电路，调制解调电路，存储模块。滤波电路，考虑到应答器的无源特性，所以选用半波整流然后加001U电容滤波，5为存储器，和调制电路供电，实现数据的通信。调制解调电路。电路图如图所示。该电路实现数据的收发功能。4、存储模块采用凌阳SPR4096存储进行扩展，其工作电压为33V，512K8BIT存储容量5、软件系统（识别装置工作流程图）如下键2且标志为0，1赋给数组1111，标志为置01110，删除0011，调用并显示0010，调用并显示标志位置1键3且标志为1，写入端口并发射开始初始化系统取键值标志位为1读IO口状态清看门狗键1且标志为0，0赋给数组0001，调用并显示清看门狗四四四四、测试方案与测试结果测试方案与测试结果测试方案与测试结果测试方案与测试结果（功耗问题NIHAO文件夹低功耗IC读写器文中）测试仪器20CM刻度尺，秒表，交流毫安表，交流电压表1最大感应距离测量给阅读器供电，将两耦合线圈套在由硬纸裹成的纸筒支架上，固定。不断拉开俩线圈距离，直到看到阅读器识别指示灯刚好熄灭为止测量两线圈的距离，作为响应最大距离。本系统实现的最大距离为87CM。2响应时间记录。次数12345678910时间S325311378342502325461352321364次数11121314151617181920时间S325411328342322525431323338346线圈耦合供电测试结果表426采用线圈耦合时平均时间T36861显示正确率记录阅读器供电，将应答器线圈放于响应范围内。通过键盘上控制转换开关，然后写入数据（此时数据应出现在液晶显示上），按下发送开关。一定时间后，将应答器线圈拿出耦合范围。一定时间后，又将其放于响应范围内打开键盘接受开关，看液晶显示屏上是否有数据信号出现（此时数据应与预先写入单数据相同）。表42线圈耦合供电测试结果由记录算出误码率5/40122520。达到标准功率测量应答器工作于响应范围，用交流毫伏表测量电源干路电流，交流电压表测出电压，通过频率计算公式PUI计算电源消耗功率。经测量在12W左右，达到要求。总结从发挥部分出发，经过系统设计，基本实现全部要求。本系统同构耦合线圈的匹配设计实现了应答器的无源工作，传输距离达到92CM五五五五、总结总结总结总结本系统使用凌阳SPCE061单片机作为主控制器，功能强大、性能可靠、体积小、电路简单的特点。精度控制也比较高。本无线识别装置测试运行效果良好，达到了预期的目的，其性能指标均达到了题目要求。用凌阳SPCE061单片机提高了该系统的优越性，集中体现在实现功能齐全、外围电路简单以及可维护性强。它的软件编程采用C和汇编混合编程来实现，两种工作语言完美结合极大的简化了编程过程，丰富了编程思想，给开发者提供了极大的方便。参考文献参考文献参考文献参考文献1童诗白华成英模拟电子技术基础第三版北京高等教育出版社2张肃文高频电子线路第四版北京高等教育出版社3卿太全李萧郭明琼常用数字集成电路原理与应用北京人民邮电出版社4孙景琪曹小秋周洪直通信广播电路原理与应用北京北京工业大学出版社5谭浩强C程序语言设计第二版北京清华大学出版社设置数0000001001011100101011100101100001010001显示数0000001001011100101011100101110001010000设置数1010000010000111100101011000110010101110显示数1110000010000111100101011000110011101110设置数0000001001011100101011100101100001010001显示数0000001000011100101010100101110001010000设置数1010000010000111100101011000110010101110显示数10100000100001111001010110001110111011107无线识别控制论文附件数据测量用干电池时测量表一测量结果为T2683S采用线圈耦合时测量表二次数12345678910时间S325311378342502325461352321364次数11121314151617181920时间S325411328342322525431323338346测量平均时间T3686采用线圈耦合时测量结果表三由记录算出误码率5/40122520。达到标准用干电池时测量结果表四次数12345678910时间S358233290350271289266223210265次数11121314151617181920时间S238247232235286257402234292321设置数0000001001011100101011100101100001010001显示数0000001001011100101011100101110001010000设置数1010000010000111100101011000110010101110显示数1110000010000111100101011000110011101110设置数0000001001011100101011100101100001010001显示数0000001000011100101010100101110001010000设置数1010000010000111100101011000110010101110显示数10100000100001111001010110001110111011108由记录算出误码率3/4072520。达到标准TITLENUMBERREVISIONSIZEBDATE11SEP2007SHEETOFFILEI竞竞无无无无无无DDBDRAWNBYL1C1C4ELECTRO1VIN1GND2VOUT3U1C2C312JCON21234D1BRIDGE1118217316415514613712811910JPHEADER9X2C7CAPC15CAPC1CAPC10CAPC7CAPC8CAPC2CAPC5CAPC14CAPC13CAPC9CAPC6CAPC4CAPC3CAPR5RES2R6RES2R4RES2R2RES2R1RES2R3RES2L1INDUCTOR1L2INDUCTOR1NPNYCRYSTALC11CAPC12CAPC15CAPVCCPORT2天无3310应应应应应应应AC1V2AC3V4D1BRIDGE2C1470UC2220UC4103C3104VIN1GND2VOUT3U1VOLTREG12JP1HEADER