射频识别(RFID)系统的设计

通信电子线路课程设计报告院 （系）： 信息科学与工程学院 专业班级： 电信1702 学生姓名： 杜乾承 学 号： 20171106051 指导教师： 2019 年 12 月 23 日至2019 年 12 月 29 日课程设计任务书一、设计（调查报告/论文）题目课题：射频识别（RFID）系统的设计二、设计（调查报告/论文）主要内容完成阅读器电路中电源模块的制作和测试；13.56MHZ载波的产生电路的制作和测试；丙类功率放大器电路的制作和测试；二极管包络检波电路的制作和测试；利用比较器LM358进行信号调理电路的制作和测试；单片机的显示电路制作和实现；在应答器中完成前端接收电磁信号和桥式整流电路的制作和测试；单片机电源电路和复位电路和晶振电路的制作；单片机编码程序的实现和负载调制的实现。三、原始资料实验参考程序，参考实验讲义。四、要求的设计（调查/论文）成果 正确地完成阅读器和射频卡电路板的焊接，不虚焊和不短路；在焊接时留出电源和接地以及测试点； 分别完成阅读器和射频卡的单片机控制程序编写和烧写； 测试要分模块进行，进行每个模块测试波形的记录； 记录调试中问题和解决的办法； 撰写课程设计报号。五、进程安排1准备和审题，讲解原理0.5天，分组和发放元器件和焊接材料3硬件的焊接完成1.54编写代码 0.5天5调试和测试1.5天6 课程设计成果验收0.5天8撰写和提交课程设计报告0.5天六、主要参考资料见下发的课程设计资料指导教师（签名）： 20 年 月 日目录1课程设计的目的.12硬件设计与制作分析（阅读器）.22.1阅读器基本框图.22.2功放模块.22.3检波模块.32.4信号调理模块LM358的比例放大.32.5比较器模块.43软件编写流程图.54测试波形和结果.65心得体会.101课程设计的目的射频识别(RFID)技术是近几年随着无线电技术和大规模集成电路的普及应用而出现的一项先进的自动识别和数据采集技术。它的最大优势就是非接触性。可以无需人工干预完成识别工作。本次课程设计研究了电感耦合RFID系统工作原理，讨论了射频识别系统的组成及各个部分包括天线、阅读器和电子标签的作用。设计了射频识别系统的总体方案和各个部分的硬件电路。进行了射频识别系统的电路调试，进行了系统识别距离的测量和系统识别正确率的测量。本次课程设计对今后进行射频识别系统开发的工作有一定的参考意义，使学生增强了专业技能。2硬件设计与制作分析（阅读器）天线线圈2.1阅读器基本框图，如下2-1所示。功率放大器解调（检波比较）解码电路（单片机）数码显示高频振荡器图2-1阅读器RFID实验系统的工作过程是：接通阅读器电源后，高频振荡器产生13.56MHz方波信号，经功率放大器放大后输送到天线线圈，在阅读器的天线线圈周围会产生高频强电磁场。当应答器线圈靠近阅读器线圈时，一部分磁力线穿过应答器的天线线圈，通过电磁感应，在应答器的天线线圈上产生一个高频交流电压，该电压经过应答器的整流电路整流后再由稳压电路进行稳压输出直流电压作为应答器单片机的工作电源，实现能量传送。在阅读器中，由检波电路将经过ASK调制的高频载波进行包络捡波，并将高频成分滤掉后将包络还原为应答器单片机所发送的数字编码信号送给阅读器上的解码单片机。解码单片机收到信号后控制与之相连的数码管显示电路将该应答器所传送的信息通过数码管显示出来，实现信息传送2.2功放模块高频功率放大器是为应答器提供能量的电路，因此是整个RFID系统最重要的部分。衡量功率放大器的指标有两个：一个是要求输出功率大；一个是要求集电极的耗散功率低，效率高。非线性丙类功率放大器的电流导通角，效率可达到80%，通常作为发射机末级功放以获得较大的输出功率和较高的效率。非线性丙类功率放大器通常用来放大窄带高频信号(信号的通带宽度只有其中心频率的1或更小)，为了不失真地放大信号，它的负载必须是LC谐振回路。如图2-2所示。图2-2 高频功率放大电路2.3检波模块电路如图35所示,在高频信号正半周D1导通时，检波电流分三个流向：一是流向负载R11（4.7K），产生的直流电压是二极管的反相偏压，对二极管相当于负反馈电压，可以改变检波特性的非线性；二是流向负载电容C22(104)充电；三是流向负载R8（10K）作为输出信号。 因为包络检波电路会改变耦合线圈L2的Q值，使谐振回路谐振状态发生变化，为了减小检波电路对谐振状态的影响，采用松耦合方式，即在耦合线圈和检波电路之间串联一个小电容C23和一个电阻R12，使检波电路的阻抗远大于谐振线圈L2的阻抗，从而使检波电路对谐振状态的影响减小。 检波电路是连续波串联式二极管大信号包络检波器。图中R11为负载电阻，其阻值较大；C22为负载电容，它的取值应选取得在高频时，其阻抗远小于R11的阻值，可视为短路，而在调制频率比较低时，其阻抗远大于R12，可视为开路。线圈L4有存储电能的作用，能有效提高检波电路的输出信号电压。L4的规格与L1相同，用线径0.4mm的漆包线绕制3040圈，电感量为150200H。 图2-3包络检波电路2.4信号调理模块LM358的比例放大经过包络检波以及放大后的的信号存在少量的杂波干扰，而且电压太小，如果直接将检波后的信号送给单片机2051进行解码，单片机会因为无法识别而不能解码或解码错误。比较器主要是用来对输入波形进行整形，可以将正弦波或任意不规则的输入波形整形为方波输出。比较电路由LM358组成，如图2-4所示。图2-4 比较电路2.5比较器模块每个比较器有两个输入端和一个输出端。两个输入端一个称为同相输入端，用“”表示，另一个称为反相输入端，用“”表示。用作比较两个电压时，任意一个输入端加一个固定电压做参考电压（也称为门限电平，它可选择LM358输入共模范围的任何一点），另一端加一个待比较的信号电压。当“”端电压高于“”端时，输出管截止，相当于输出端开路。当“”端电压高于“”端时，输出管饱和，相当于输出端接低电位。信号送到LM358后先由电压跟随器进行阻抗配，完成包络的整形输出,然后进行电压比较。通过调整比较电平的电压值来得到二进制信号，比比较电平值大的电压判为高电平，用1表示；比比较电平的值小的电压判为低电平，用0表示。R5（10K）和20K可变电阻RP1给LM358的2脚比较端设定一个偏置电压，通过调整20K的可变电阻来控制比较电平的高低，使2脚的电平比3脚的比较电平值低0.5V左右即可。经过比较后的信号由1脚输出到解码单片机U3。 3软件编写流程图阅读器程序设计流程图，如图3-1所示。图3-1 阅读器程序设计流程图4测试波形和结果1.振荡电路测试门电路采用74LS04芯片。测量芯片12脚的波形，观察频率是否为13.56MHz，如图4-1所示。图4-1 芯片12脚波形2.测量功放管的波形接在高频功率放大管T1的C极检测，调整可调电阻RP2,观察示波器，使该点信号幅度达到最大。如图4-2所示。图4-2 功放管C极的波形3.谐振回路输出波形测试将数字存储示波器探头接在输出谐振回路元件C16/C17与L2连接点，检测该点的信号电压，加电后观察信号幅度，调整可调电容C16，使该点信号幅度达到最大，如图4-3所示。图4-3 谐振回路输出波形4.检波输入信号的检测数字存储示波器探头接在检波管D1的正极，观察到ASK调制信号。如图4-4所示。图4-4 检波输入信号波形5.检波输出信号的检测数字存储示波器探头接在检波管D1的负极，观察到检波输出信号。如图4-5所示。图4-5 检波输出信号波形6.同相比例放大后的检测示波器探头接到比例放大器的7脚上，观测经过同相比例放大器后的波形。如图4-6所示。图4-6 同相比例放大后的波形7.应答器耦合信号的检测数字存储示波器探头接在应答器天线L4耦合信号输入端a（tp1），检测该点的信号电压，将应答器天线L4靠近阅读器天线线圈L2，加电后观察信号幅度。如图4-7所示。图4-7 应答器耦合信号波形8.编码脉冲信号的检测数字存储示波器探头接在TX点上，检测单片机输出的编码脉冲信号，本组传输的学号为61，串行口为方式1，化为二进制加上起始位于结束位后为“0101111001”。如图4-8所示。图4-8 编码脉冲信号波形5心得体会深刻理解了rfid的含义。rfid是radiofrequencyidentification的缩写，即无线射频识别，俗称电子标签。最初在技术领域，应答器是指能够传输信息回复信息的电子模块，近些年，由於射频技术发展迅猛，应答器有了新的说法和含义，又被叫做智能标签或标签。rfid 电子电梯合格证的阅读器(读写器)通过天线与rfid电子标签进行无线通信，可以实现对标签识别码和内存数据的读出或写入操作。典型的阅读器包含有高频模块(发送器和接收器)、控制单元以及阅读器天线。rfid 射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无需人工干预，可工作于各种恶劣环境。rfid 技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。通过本次课程设计，我了解到了射频识别的相关功能，感觉到射频识别技术是一项在我们日常生活中举足轻重的人性化的科技。如:本例的学生信息管理系统。它不但可以读取学生的卡号，而且可以随时更