RFID详细设计要点

1、中国民航大学电子信息工程 cdio初级项目简易的rfid识别系统详细设计报告（总体）总15页第1页编r1、设计方案本系统主要是基于rfid的简单射频识别系统，该系统基于51单片机控制，以无线通信为基础。该系统有如下优点： 识别时，无需接触；识别时间短；错误识别的概率相对较小；有良好的扩展性。这种系统进行功能扩展后可 用于停车场、交通道路管理、智能物业管理等多种场合。系统设计主要分阅读器、应答器两部分。各部分电路为：阅读器：1、电源2、电源控制器3、本振彳t号源4、功率放大放大电路5、包络检波电路6、带通滤波 电路7、方波整形电路8、电压比较电路9、51单片机控制电路。应答器：1、电源：2、拨码

2、电路3、编码电路：4、加密电路5、调制电路6、功放电路原埋概述：电路主要由阅读器与应答器两音b分构成。阅读器是可以利用射频技术来完成读取电子标签信息的设备，它通过发 射信号唤醒和传送命令给电子标签，并接受标签返回的信号，在经过对信号进行初步过滤和处理之后，将信息传送给 中央处理单兀处理得到有用的数据（并显不出来），从而完成对电子标签信息的获取与解析。阅读器的工作频率决定了rfid系统的工作频率，另外阅读器的发射频率又决定了识别距离的远近。应答器主要作为信息的载体储存了不同的信 息，应答器接受读写器的命令后开始工作，将存储的信息编他、加密、调制、放大后通过天线耦合到初级线圈，完成 信息的传输。系

3、统结构框图统系别识er的易简：称名目项7电源生电路1方波整形电路带通滤波电路4 at8m51单片机功率放大电路加密电路led数据显示2d转换芯片电压比较蛆一级譬放大 有带通海波电路一二检i功率检测开关整流电路f ask调制电路r 编码电路图i系统结构框图射频识别系统结构与组成阅读器：1、电源：给阅读器个各部分电路供电；2、电源控制器：控制发射端的接通与关闭；3、本振信号源：为检波与信号传输提供振荡信号；4、放大电路：增加信号功率便于传输与处理；5、包络检波电路：将调制信号解调得到有用的信号；6、带通滤波电路：滤除噪声和消除载波；7、方波整形电路：将得到的信号方波平滑整形；电压比较电路：使方波更

4、加适合数字处理；8、51单片机发送信号发射命令和对信号进行解码，控制 led显示应答器：1、电源：给应答器的拨码电路中的拨码开关供电；2、拨码电路：不同拨码的组合形成不同的信息;3、编码电路：将拨码电路产生的输入信号进行编码；4、加密电路：对编码的信号进行加密；5、调制电路：对本振与输入信号进行调制，使用与门或与非门;6、功放电路：放大调制信号，使其符合天线耦合传输的需要；2、各分系统或部件的技术、质量指标要求阅读器部分电路设计：一、本源振荡电路：为信号传输提供振荡信号；本设计采用并联谐振c-b型晶体振荡电路（也称皮尔斯电路）晶体振荡电路中，把晶体置于反馈网络的振荡电路之中，作为一感性元件，与

5、其他回路元件一起按照三端电路的基本 准则组成三端振荡器。由于石英晶体存在感性和容性之分，且在感性荣性之间有一条极陡峭的感抗曲线，而振荡器又 被限定在此频率范围内工作。该电抗曲线对频率有极大的变化速度，亦即石英晶体在这频率范围内具有极陡峭的相频 特性曲线。所以他具有很高的稳频能力，或者说具有很高的电感补偿能力。因此选用c-b型皮尔斯电路进行制作。为信号传输提供振荡信号；本设计采用并联谐振 c-b型晶体振荡电路（也称皮尔斯电路）。设计理由：具有很高的稳频能力（或者说具有很高的电感补偿能力），因此可产生更加稳定的频率。23二 4vccj 一 一 1主要技术指标：1、振荡频率：？。=13.56mhz、

6、工作环境温 度范围：-40 c+85c、电源电压：+12v、输出电压：1v主要参数：三极管工作在放大区，因此：r i = 30 k 11 , r 2 = 10 k 11 r 3 = 1 k j , l i = 2h反馈系数：f=c3/c1图2皮尔斯电路石英晶体选取：hc_49/u_13.56mh鼎振工作原理：晶体振荡电路中，把晶体置于反馈网络的振荡电路之中作为一感性元件，与其他回路元件一起按照三 端电路的基本准则组成三端振荡器。由于石英晶体存在感性和容性之分，且在感性容性之间有一条极陡峭的感抗曲线，而振荡器又被限定在此频率范围内工作。该电抗曲线对频率有极大的变化速度，亦即石英晶体在这频率范围内

7、具有极陡峭的相频特性曲线。所以他具有很高的稳频能力，或者说具有很高的电 感补偿能力。因此选用c-b型皮尔斯电路进行制作。原理图二、功率放大电路：增加信号功率便于传输与处理；本设计采用丙类功率放大电路确定功放的工作状态：丙类高频功率放大器可工作在欠压状态、过压状态和临界状态。因欠压状态效率低，而过压状态严重失真，谐波分量大，为尽可能兼顾输出大功率、高效率，一般选用临界状态。3主要设计指标:l=41.1nh主要参数计算:c=3.3nf1、输出功率 pon 125mw 、谐振频率f=13.56mhz 、刀 65%、增益放大倍数a 501% = 13.56mhz2二.lc三级管工作在临界状态图3丙类功

8、率放大器丙类功放0 c=60 -90 ,这里为方便计算，设0c=70 o可得集电极电流余弦脉冲直流ico系数尸0.44 。设功放的输出功率为0.5wa% 0(70。)=0.25 ,集电极电流余弦脉冲基波icm1系数 1(70(1)集电极参数计算集电极电流脉冲的直流分量：ico=icmax*% 0( 0 c)=216*0.25=54ma电源提供的直流功率：pd=vccico=12v*54ma0.65w 集电极的耗散功率：pc=pd-po=0.65w-0.5w=0.15w 集电极的效率：刀=po/pd=0.5/0.65=77%(2)基极参数计算基极基波电流的振幅：ib1m=ibm*% 1(70 )

9、=9.5ma 基极输入的电压振幅：vbm=2pi/ib1m=5.3v(3)电源去耦滤波元件选择高频电路的电源去耦滤波网络通常采用 兀型lc低通滤波器，滤波电感可按经验取50100uh,滤波电感一般取0.01uf 三、低通滤波器：滤除剩余载波分量，设计采用二阶低通有源滤波器电路。在设计的过程中运用的是滤波器的快速算法设计理由：提高通带的增益放大倍数，避免信号过小导致检测困难，采用有源滤波电路图3低通滤波电路主要设计指标：1、通带增益av=5、截止频率f=125khz、品质因数q=0.707主要参数计算：通带增益： a v =截止频率品质因数:fc12二，rrc1c213 - a/f同相比例因数：

10、aaf = r5r4四、电压增益放大电路：增大调制信号的电压，便于检波。本设计采用二级甲类功率放大电路。设计理由：甲类功率放大电路，在信号全范围内均导通，非线性失真小，但输出功率和效率低，为弥补输出功率低的 缺点设置二级放大，因为输入信号为已调信号，其频率跨度很大使用丙类放大会对信号造成严重失真，因此选用线性 的功率放大器作为增益放大电路-12v主要设计指标：1、输出功率pon 125mw2、1 65%3、增益放大倍数：20主要参数:图5二级甲类功率放大电路原理图、电源供电为12v,晶体管用2n2219ic1 = 2ma, i c2 = 20ma c 1c2vce = 8vde:二 50五、检

11、波电路：将调制信号解调得到有用的信号。本设计采用二极管检波电路设计理由：二极管包络检波器具有电路简单，易于实现的优点主要设计指标:主要参数计算：1、输出波形频率：250khz、包络波形衰减率0产：；： 0.1v - k,ll- - - i m311n二 w 二 0,-二 vee - -12v 由此看出二 1 a时为带通的通带中心频率1由:三建=1可得：-由此便可变换为带通滤波器七、电压比较电路：使方波更加适合数字处理；本设计采用采用单电源运算放大器lm258做比较；检波以后的信号是模拟信号，需要经过比较器与判决门限母峪1范能隆愿为数字基带信号。它将一个模拟量电压 信号和一个参考固定电压相比较，

12、在二者幅度相等的附近，输更曳蛭喈巧色妖变，相应输出高电平或低电平。比较器 可以组成非正弦波形变换电路及应用于模拟与数字信号转换等做赢0, 2 - w0电压比较器的功能：比较两个电压的大小(用输出电压的高或低电平，表示两个输入电压的大小关系 )：当 +”输入端电压高于一”输入端时，电压比较器输出为高电平；当 +”输入端电压低于一”输入端时，电压比较器输出为低电平 .主要性能指标：1、比较电压：0.35v ;2、转换域宽度为为：0.1mv3、增益：av=2;主要元件：lm258集成芯片二二西二二二二二二二二；:二；图8电压比较电路.二二二；二；二二；二:二八、451单片机控制电路：发送信号发射命令

13、和对信号进行解码，控制 led显示51单片机每隔一段时间发送一段指令给电源控制电路，使射频发送端导通，同时方波信号送到 a/d转换芯 片tlc0831中转换成数字信号，送入51单片机中进行 解码与存储处理，最后通过led显示屏将结果显示出来。图9单片机控制电路应答器部分电路设计：一、编码电路：主要性能指标：1、工作电压：5v ;2 、输出电压：5v ;3 、时钟频率：125khz ;c 11 lrp=g配r元僚vd5026、八位拨码开关p 1l图10编码电路图vd5026编码器是一种8位编码发射器，第1到8脚是编码的输入端，vd5026的第10到第13脚为数据输入线，第14 脚为发射指令端，当

14、此脚接地时，vd502前出端则发出一组编码脉冲，第15脚、第16脚是一个内置振荡器，外接几 十到几百千欧的电阻即可产生振荡，振荡频率为 fosc=1600/r (khz,式中r为外接电阻，单位为千欧。第17脚是编 码输出端，第18脚、第9脚分别是电源的正、负极。电路工作时，拨动拨码开关，产生不同的信息，由八个输入管脚 输入到vd5026编码器中，经处理后，由输出端输出一个串行的脉冲信号，由加密、调制电路进行进一步的处理。二、加密电路：加密电路主要对所产生的编码信息进行一定的加密，我们暂时选定将编码信息经过一个非门电路 作为信息的加密。三、调制电路：在rfid系统中，数字ask调制在系统的信息交

15、互中广泛使用，实现调幅的方法有很多，如平方律调幅、高电平调幅、斩波调幅和负载调制等，我们选用使用率较高的负载调制。当编码电路产生的信息经由非门加 密电路处理后，输入到负载调制电路，控制开关三极管的导通与断开。当编码电路输出为高电平时，开关三极管导通， r10中有电流通过，电路负载减小。当编码电路输出低电平时，开关三极管断开，基极与射极间没有电流通过，电路负载增大。在谐振时，并联振荡电路的谐振电阻由计算公式可知阻值数量级为1012,故其在并联负载电阻r11时可忽略不计，负载电阻接通时也可忽略不计主要性能指标：1、谐振频率：13.56mhz2、调制电阻：10kq主要元件：2n3906图九调制电路图

16、四、功率放大电路功率放大电路用来增大调制信号的电压，便于信号发送。设计采用二级甲类功率放大电路。甲类功率放大电路，在 信号全范围内均导通，非线性失真小，但输出功率和效率低，为弥补输出功率低的缺点设置二级放大，因为输入信号 为已调信号，其频率跨度很大使用丙类放大会对信号造成严重失真，因此选用线性的功率放大器作为增益放大电路。主要设计指标：1、输出功率pon 125mw、y 35%_平rstoo、增益放大倍数：20图十功率放大电路五、整流滤波电路wvt5qoq ： ：c2：；1：nu1r5lm7s12ct主要元件：12v 供电电源，晶体管用2n2219c3 ： ： c4 ：士330n100nf主要

17、性能指标： 12v 稳压输出主要元件： lm7812应答器天线之后为整流滤波电路，为编码芯 片提供12v的稳定直流电源。图十一直流稳压电路六、天线线圈主要性能指标：1、线圈直径：约8cm2、线圈阻值：约0.3 q主要元件：铜线阅读器和应答器之间进行信息交流需要天线线圈，暂定为手工绕制或网上定制，拟定工作时两线圈间距为3cm根据计算公式=k 22(a +)b/iinia2一 2(a2 r2)3/2式中，k = niini/2为常数。对dbz/da = 0的求解，可解得磁感应强度的最大值的条件为a=r,也就是说，当线圈半径a一定时，在r =a/t2 = 0.707a处时可获得最大场强。计算得出，线圈直径约为8cmi总系统的质量指标：1、传输距离：5cm左右；2、传输频率：13.56mhz;3、数据的时钟频率为：125khz;4、数据传输速率：125比特/秒；5、误码率：小于5%;6、阅读器可顺利将应答器的拨码信息在 led显示屏显示出来；7、天线传输效率达到50%以上；8、应答器采用无源电子标签设计；9、调制方法为ask负载调制3、对子系统或部件计划进度要求9. 19.15:初步方案设计完成9.159.30 :确定最终方案，完成各个部分电路的详细电路元件参数计算10.110.1