无线自动识别系统电路的设计(分机部分)的毕业设计.doc

西安工业大学北方信息工程学院 毕业设计(论文)开题报告题目：无线自动识别系统电路的设计（分机部分） 系 （部）： 电子信息系 专 业： 通信工程 班 级： B090310 学 生： 陈少雄 学 号： B09031002 指导教师： 沈保成 2012年12月23日1.毕业设计题目背景、研究意义及国内外相关研究情况1.1 题目名称及背景现代社会产品越来越丰富，数据管理需求也越来越高，人们需要将多种多样处于生产、销售、流通过程中的物品进行标识、管理和定位。采用传统的条形码进行物品标识将会带来一系列的不便：无法进行较远距离的识别，需要人工干预、许多物品无法标识等等。相反，由于无线自动识别(RFID)系统采用具有穿透性的电磁波进行识别，所以可以进行较远距离的识别，无须人工干预，可以标识多种多样的物品。 1.2 课题研究的意义无线自动识别即RFID（Radio Frequency IDentification）技术，又称电子标签、无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。常用的有低频（125k134.2k）、高频（13.56MHz）、超高频，无源等技术。RFID读写器也分移动式的和固定式的，目前RFID技术应用很广，如：图书馆，门禁系统，食品安全溯源等。射频识别系统最重要的优点是非接触识别，它能穿透雪、雾、冰、涂料、尘垢和条形码无法使用的恶劣环境阅读标签，并且阅读速度极快，大多数情况下不到100毫秒。有源式射频识别系统的速写能力也是重要的优点。可用于流程跟踪和维修跟踪等交互式业务。 1.3 课题研究的相关技术现状。目前，制约射频识别系统发展的主要问题是不兼容的标准。射频识别系统的主要厂商提供的都是专用系统，导致不同的应用和不同的行业采用不同厂商的频率和协议标准，这种混乱和割据的状况已经制约了整个射频识别行业的增长。许多欧美组织正在着手解决这个问题，并已经取得了一些成绩。标准化必将刺激射频识别技术的大幅度发展和广泛应用。 目前，RFID技术中所衍生的产品大概有三大类：无源RFID产品、有源RFID产品、半有源RFID产品。无源RFID产品发展最早，也是目前发展最成熟，市场应用最广的产品。比如，公交卡、食堂餐卡、银行卡、宾馆门禁卡、二代身份证等，这个在我们的日常生活中随处可见，属于近距离接触式识别类。其产品的主要工作频率有低频125kHz、高频13.56MHz、超高频433MHz，超高频915MHz。有源RFID产品，是最近几年慢慢发展起来的，其远距离自动识别的特性，决定了其巨大的应用空间和市场潜质。目前，在远距离自动识别领域，如智能监狱，智能医院，智能停车场，智能交通，智慧城市，智慧地球及物联网等领域有重大应用。有源RFID在这个领域异军突起，属于远距离自动识别类。产品主要工作频率有超高频915MHz，微波2.45GHz。 有源RFID产品和无源RFID产品，其不同的特性，决定了不同的应用领域和不同的应用模式，也有各自的优势所在。但在本系统中，我们着重介绍介于有源RFID和无源RFID之间的半有源RFID产品，该产品集有源RFID和无源RFID的优势于一体，在门禁进出管理，人员精确定位，区域定位管理，周界管理，电子围栏及安防报警等领域有着很大的优势。 半有源RFID产品，结合有源RFID产品及无源RFID产品的优势，在低频125kHz频率的触发下，让微波2.45G发挥优势。半有源RFID技术，也可以叫做低频激活触发技术，利用低频近距离精确定位，微波远距离识别和上传数据，来解决单纯的有源RFID和无源RFID没有办法实现的功能。简单的说，就是近距离激活定位，远距离识别及上传数据。半有源RFID是一项易于操控、简单实用且特别适合用于自动化控制的灵活性应用技术，识别工作无须人工干预，它既可支持只读工作模式也可支持读写工作模式，且无需接触或瞄准;可在各种恶劣环境下自由工作，短距离射频产品不怕油渍、灰尘污染等恶劣的环境，可以替代条码，例如用在工厂的流水线上跟踪物体;长距射频产品多用于交通上，识别距离可达几十米，如自动收费或识别车辆身份等2。2. 本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施2.1 课题的主要研究内容该系统主要用在对进出港口的船只进行识别，它由设在岸上的主机和装在船上的分机两部分组成。船只进出港口时，主机发出问讯信号，船上分机收到该信号后，能自动发出应答信号。主机收到该信号后，可识别出该船只的“身份”。该系统具有一定的实用价值。2.2 课题拟采用的设计方案 要求： a. 为提高可靠性及保密性，主机和分机均采用无线编码信号，发射功率0.5W； b. 主机收到分机信号后,能发出提示音并显示装置的编号； c. 设计出电路图，装配图，并进行装配，调试。2.3 课题实现的相关技术选择图1 电路原理图2.3.1 编码/解码功能实现 可用MC145026/MC145027实现。此芯片是摩托罗拉公司生产的用于通信配对使用的最新芯片。编码芯片MC145026可对9位输入信息（地址位A1A5，数据位D6D9）进行编码，编码后每个数据位用两个脉冲表示：“1”编码为两个宽脉冲；“0”编码为两个窄脉冲；“开路”编码为一宽脉冲和一窄脉冲交叉。当TE端输入脉冲上升沿时，编码后的数据流开始由D0串行输出。对于每9位数据信息，能看作是个数据字，为了提高通信的安全性，编解码芯片对每个数据字发送两次，接收两次。 MC145027解码器用于接收MC145026输出的编码数据流。当解码器地址和编码器地址状态相并连续收到两组相同编码信号时，VT端由低电平跳变为高电平以指示接收有效，同时中断计算机进行接收。2.3.2 调制、倍频功能实现MC2831无线电发射专用集成电路是美国摩托罗拉公司生产的无线电调频(无线电技术的原理在于，导体中电流强弱的改变会产生无线电波。利用这一现象，通过调制可将信息加载于无线电波之上。MC2831是用于无线电话可调通讯设备的单片调频发送器，其内部由拾音放大器、导频振荡器、压控振荡器和电池检测器等组成。发信部分的工作原理是：由MIC送出的信号，由C24，R3耦和到IC1的5脚，经限幅放大、调制等处理后，由14脚输出，送入双工滤波器，滤出48 MHz后，由天线发射。为使手机能控制主机工作，还需发射一个导频信号。导频信号由导频振荡器产生，导频振荡器由IC1，IC2，R17，C30，C39等元件组成，导频信号也是送入IC1的5脚，处理后由14脚输出。晶振提供16 MHz的基准频率，经三倍频得48 MHz。由L1调整调制指数，D1用于电源的弱电检测。2.3.3 555定时器 555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为 555，用 CMOS 工艺制作的称为 7555，除单定时器外，还有对应的双定时器 556/7556。555 定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V16V工作，7555可在 318V 工作，输出驱动电流约为 200mA，因而其输出可与 TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。 555定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器C1的同相输入端的电压为2VCC /3，C2的反相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端TR的电压小于VCC /3，则比较器C2的输出为0，可使RS触发器置1，使输出端OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时TR端的电压大于VCC /3，则C1 的输出为0，C2的输出为1，可将RS触发器置0，使输出为0电平。 2.3.4 译码显示功能实现CD4511是一个用于驱动共阴极 LED（数码管）显示器的 BCD 码七段码译码器，特点：具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。可直接驱动LED显示器。 CD4511是一片CMOS BCD锁存/7 段译码/驱动器。其中a b c d 为 BCD 码输入，a为最低位。LT为灯测试端，加高电平时，显示器正常显示，加低电平时，显示器一直显示数码“8”，各笔段都被点亮，以检查显示器是否有故障。BI为消隐功能端，低电平时使所有笔段均消隐，正常显示时，B1端应加高电平。另外 CD4511有拒绝伪码的特点，当输入数据越过十进制数9(1001)时，显示字形也自行消隐。LE是锁存控制端，高电平时锁存，低电平时传输数据。ag是 7 段输出，可驱动共阴LED数码管。另外，CD4511显示数“6”时，a段消隐；显示数“9”时，d段消隐，所以显示 6、9 这两个数时，字形不太美观CD4511和 CD4518配合而成一位计数显示电路，若要多位计数，只需将计数器级联，每级输出接一只CD4511和LED数码管即可。所谓共阴LED数码管是指7段 LED 的阴极是连在一起的，在应用中应接地。限流电阻要根据电源电压来选取，电源电压5V时可使用300的限流电阻。2.3.5 功放功能实现在电子技术中，N/2(N为奇数)分频电路有着重要的应用，对一个特定的输入频率，要经N/2分频后才能得到所需要的输出，这就要求电路具有N/2的非整数倍的分频功能。CD4013是双D触发器，在以CD4013为主组成的若干个二分频电路的基础上，加上异或门等反馈控制，即可很方便地组成N/2分频电路。 设电路初始状态均在复位状态，Q1、Q2端均为低电平。当fi信号输入时，由于输入端异或门的作用(附表是异或门逻辑功能表)，其输出还受到触发器IC2的Q2端的反馈控制(非门F2是增加的一级延迟门，A点波形与Q2相同)。在第1个fi时钟脉冲的上升沿作用下，触发器IC1、IC2均翻转。由于Q2端的反馈作用使得异或门输出一个很窄的正脉冲，宽度由两级D触发器和反相门的延时决定。当第1个fi脉冲下跳时，异或门输出又立即上跳，使IC1触发器再次翻转，而IC2触发器状态不变。这样在第1个输入时钟的半个周期内促使IC1触发器的时钟脉冲端CL1有一个完整周期的输入，但在以后的一个输入时钟的作用下，由于IC2触发器的Q2端为高电平，IC1触发器的时钟输入跟随fi信号(反相或同相)。本来IC1触发器输入两个完整的输入脉冲便可输出一个完整周期的脉冲，现在由于异或门及IC2触发器Q2端的反馈控制作用，在第1个fi脉冲的作用下得到一个周期的脉冲输出，所以实现了每输入一个半时钟脉冲，在IC1触发器的Q1端取得一个完整周期的输出。2.3.6高频功放功能实现高频功放需要三极管来实现。三极管的基本结构是两个反向连结的PN结面，可有pnp和npn 两种组合。三个接出来的端点依序称为发射极（emitter,E）、基极（base,B）和集电极（collector,C），名称来源和它们在三极管操作时的功能有关。发射极特别被标出，箭号所指的极为n型半导体，和二极体的符号一致。在没接外加偏压时，两个pn接面都会形成耗尽区，将中性的p型区和n型区隔开。三极管的电特性和两个pn结面的偏压有关，工作区间也依偏压方式来分类。（forward active），在此区EB极间的pn接面维持在正向偏压，而BC极间的pn接面则在反向偏压，通常用作放大器的三极管都以此方式偏压。图2(a）为一pnp三极管在此偏压区的示意图。EB接面的空乏区由于正向偏压会变窄，载体看到的位障变小，射极的空穴会注入到基极，基极的电子也会注入到射极；而BC接面的耗尽区则会变宽，载体看到的位障变大，故本身是不导通的。2.3.7 高频放大、混频、中放、解调功能实现该功能实现应用芯片MC3363完成，MC3363是美国MOTOROLA公司生产的单片窄带VHF调频接收电路，主要应用于语音通讯和数据传输的无线接收机。片内包含一个高放晶体管，振荡电路、混频电路、限幅放大器、积分鉴频器、场强指示驱动及载频检波电路等从天线输入到音频输出的二次变频所有的全部电路，同样包含了混频用一本振缓冲输出，FSK检波数据限幅比较器。具有低供电电压、低功耗、极高灵敏度和信噪比，广泛应用于语音和数字通讯的接收设备。载频信号从MC3363的Pin2输入，经内部的高放管进行高频放大后由Pin4输出，连接Pin4的是一个LC谐振高频变压器，中心频率为RF载频，经T1耦合到Pin1和Pin2进入第一混频级。内部振荡电路与Pin25和Pin26的LC元件组成第一本振级，与载频RF输入信号在内部进行混频，其差频10.7MHz第一中频信号经放大后由Pin23输出，经10.7陶瓷滤波器选频后由pin21送到内部的第二混频级。内部的振荡电路及Pin5和Pin6的外接晶体和电容构成了第二本振级，频率选比第一中频低一个中频（即二中频455kHz）的10.245MHz。10.7MHz第一中频信号与第二本振频率进行混频，其差频为：10.700-10.245=0.455MHz，也即455kHz第二中频信号。 第二中频信号由Pin7输出，由455kHz陶瓷滤波器选频，再经Pin9送入MC3363的限幅放大器进行高增益放大，限幅放大级是整个电路的主要增益级。Pin13的外接的LC元件组成455kHz鉴频谐振回路，经放大后的第二中频信号在内部进行鉴频解调，并经一级音频电压放大后由Pin16输出音频信号。Pin12和Pin13为场强指示驱动电路的外接元件端，调整Pin12的200k电阻可改变场强指示驱动电路的增益。MC3363内部还置有一级数据信号放大级，Pin17为输入端，Pin18为输出端。可对数据波形进行整形和放大。Pin10和Pin11为第二中放级的退耦电容。以保证电路稳定地工作。3. 本课题前期已开展工作a. 通过查阅资料了解了该课题的背景，研究意义和相关发展现状；b. 大致掌握了该课题的基本流程方框图；c. 粗略的了解了电路所需芯片的功能和使用；d. 计划了中后期工作的方案。 4.完成本课题的工作方案及进度计划（按周次填写）。13周：查阅相关专业资料，选定方案，开题；48周：进行详细的方案设计、功能模块划分以及设备器件选型等，以及对硬件设备进行初步的了解和掌握，软件的初步应用和调试；912周：进行硬件和软件的设计与初步调试，完成硬件电路的组装以及软件部分的 软件编程和程序；1315周:完成硬件和软件的设计，并对系统进行全面调试和测试，评估系统性能，总结提出改善新思路，并准备进行答辩。 指导教师： 年 月 日6 所在系审查意见： 系主管领导： 年 月 日注：1. 正文：宋体小四号字，行距22磅。2. 开题报告由各系集中归档保存。参考文献1 代彦波. 船舶自动识别系统及其关键技术研究D.哈尔滨工程大学, 2006.2 陈钰,丁婷. 基于RFID车辆信息交换系统的射频模块设计J. 物联网技术, 2012-10.3 孔令仲,唐鼎甲. 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