幅移键控ASK系统电路设计

摘要本设计是基于耦合线圈的无线识别装置。系统由阅读器与应答器两部分组成：阅读器由PT2272、耦合线圈、发光二极管等组成；应答器由SC2262、耦合线圈、拨码开关等组成。阅读器采用单电源供电，应答器能量全部来自耦合线圈，无线数据传输采用串口异步通信与ASK调制等方法实现。阅读器能够识别靠近的应答器并显示识别结果，显示正确率80%，响应时间5S,识别距离D5cm。AbstractThis design is based on SCMs wireless identification devices. Identification System have two components the Reader machine and the Responser card: the Reader machine is made up of PT2272, coupling coil, buzzer and composition; Responser card is made up of SC2262, coupling coil, switch for code. The system make use of many wireless communication technologies such as the Reader machine single power supply, the Responser cards power all from the transponder coupling energy, serial asynchronous communication and ASK modulation, achieving identifing Responser card that approach the Reader machine and show recognition results with the correct rate 80%, responsing time 5S, identification distance D 5 cm.无线识别装置一、 方案论证与比较1总体方案论证与比较方案一：如图1所示，采用单片机与有源晶振振荡器组成无线识别系统。阅读器：用串口通信方式扫描应答信号，接受到应答信号后，判别其是否有效，若有效则显示应答器信息，并蜂鸣提示。应答器：当靠近阅读器时，通过线圈耦合获得工作能量，读取拨码开关状态，发送应答信号。特点：采用单片机异步串口通信方式，具有较高的显示正确率。但对于本设计任务，考虑到耦合能量有限，不足以驱动单片机。该方案不太合适。89S5289S52耦合线圈耦合线圈串口无线传输应答器阅读器图1 无线识别装置方案二方框图蜂鸣器振荡器拨码开关发光二极管检波整形 方案二：如图2所示，采用PT2262编码芯片，与PT2272解码芯片组成无线识别系统。应答器通过四位拨码开关进行卡号设置，PT2262对卡号进行编码并通过耦合线圈发射出去；阅读器通过耦合线圈接收信号并交给PT2272解码芯片译码输出应答器卡号，由发光二极管显示。特点：系统组成简单，成本低，功耗小，且PT2262起始工作电压低非常适合能量供应有限的场合。编码芯片解码芯片发光二极管四位拨码开关耦合线圈耦合线圈无线传输应答器阅读器图2 无线识别装置方案一方框图结合以上分析实际情况，我们采用方案二。2调制方式论证与比较方案一：频移键控（FSK）。传输速率快，数据正确率高，但调制电路复杂，成本高，尤其功耗较高，而且解调电路较为复杂。本题目要求低功耗，且对通讯指标要求不是很苛刻，如传输数据正确率80%，响应时间 5S，故不宜选用该方案。方案二：幅移键控（ASK）。调制电路简单，功耗较低，常用于简单的低速数据通信，解调电路也十分简单，满足本设计任务要求，综合考虑我们选用该方案。二、总体设计1阅读器部分如图3所示，电能由振荡电路产生经后续多级放大电路放大，通过耦合线圈发送出去；阅读器通过耦合线圈接收应答器发送的信号，信号经检波电路检波后送给PT2272串口接收，PT2272对编码信号进行解调后输出识别结果。震荡电路与检波电路是独立周期工作的，周期由35产生，独立工作由继电器控制。PT2272耦合线圈发光二极管检波电路振荡电路单电源信号电磁能继电器35定时器放大电路2应答器部分如图4所示，应答器通过耦合线圈谐振耦合获取能量，再经放大整流电路向储能电容充电获得系统工作所需电能；当电容电压经电压判断电路判断达到指定幅值时，应答器开始工作，SC2262读取拨码开关值，并通过串口发送编码信号，此时有源晶振产生载波信号，编码信号再经ASK调制，从耦合线圈辐射出去。SC2262耦合线圈图4应答器组成方框图拨码开关放大整流电路ASK调制电路电能信号电磁能3总体电路图1阅读器电路，见图52应答器电路，见图6图5阅读器主要电路图图5应答器电路图三、主要电路设计1耦合线圈匹配理论采用线圈与可变电容组成并联谐振回路，测试得线圈电感为11uH,可变电容容量为525PF，谐振频率：可得谐振频率为：21MHZ到9MHZ之间。对回路进行谐振频率测量得到谐振频率为11.4MHZ。因而，阅读器采用11.0952MHZ有源晶振产生接近与谐振频率的能源载波频率。应答器采用11.0952MHZ有源晶振作为载波频率。2.阅读器发射电路分析主振电路采用有源晶振作为振荡器，频率稳定，电路简单，调试容易而且输出幅度大。有源晶振输出的方波，经过二阶低通滤波器滤除高次谐波，得到稳定的正弦波输出，经Q6及其外围电路组成的第一级放大电路后送至由Q9 及其外围电路组成的功率放大电路进行功率放大，最后输出至C45和L21组成的并联谐振回路辐射出去，为应答器提供能量。3阅读器接收电路分析 图中，从555来的控制信号经过74LS04反相后控制继电器的吸合，当继电器吸合时，C1与耦合线圈接通，Q1及其外围电路组成了以及电压放大电路，放大后的信号经二极管检波后送至LM311进行比较，还原波形。四、识别装置工作流程图1阅读器工作流程图，见图52应答器工作流程图，见图6能量辐射，持续2.5S2272译码芯片译码显示应答器信息结束图5 识别装置阅读器工作流程图图6 识别装置应答器工作流程图获得电能读取拨码开关状态发送信号结束开始2262编码芯片编码ASK调制开始接收信号，持续0.5S放大，检波，整形五、测试方法与测试数据1耦合线圈电感量大小与谐振频率测试方法：直接用LC METER测耦合线圈电感量，用射频信号发生器与示波器测试耦合线圈并联一电容后的谐振频率。测试数据：（见表2）测试时间：2007-9-3测试项目测试仪器测试结果耦合线圈电感量SE Model LC-9243 LC METER11.0H谐振频率Hp E4400B 信号发生器Aglient 54622D 示波器11.4MHZ表1耦合线圈电感量大小与谐振频率测试结果分析：谐振频率为11.4MHZ，因而采用载波频率为11.0592MHZ，可微调电容实现谐振。2整机调试与测试1识别正确率与识别时间测试测试方法：阅读器接+15V外接电源，将阅读器与应答器之间耦合线圈距离设置为5cm，拨动拨码开关改变应答器编码，观察阅读器显示输出的识别结果。测试时间：2007-9-6测试结果：（见表2）识别距离：5cm测试次数应答器编码阅读器识别结果识别时间（s）10001（1）0001（1）3s20010（2）0010（2）3s30100（4）0100（4）3s41000（8）1000（8）3s51111（F）1111（F）3s 测试结果分析：在距离5cm的情况下，识别率为100%，误码率为零。表2识别正确率与识别时间测试结果2识别距离测试测试方法：阅读器接+15V外接电源，将阅读器与应答器之间耦合线圈起始距离设置为5cm，每次增加识别距离1cm，观察阅读器识别正确率，直到识别正确率80%，此时，耦合线圈之间的距离即为本识别装置的最大识别距离。测试时间：2007-9-6测试结果：（见表3）测试次数识别距离（cm）识别正确率（%）1510026100表3识别正确率与识别时间测试结果3识别时功耗测量测试方法：阅读器接+15V外接电源，将阅读器与应答器之间耦合线圈距离设置为5cm，阅读器识别结果正确的情况下，测量外接单电源供电电压U与供电电流I。多次测量取