无线汉字收发1

1、无线识别论文 学校：天津理工大学 组员： 刘 洋（08 电器） 袁利东（08 集成） 张礼川 （09 电信） 指导老师：张涛 王欣 日期：2011.8.31010天津理工大学摘要无线识别装置由阅读器、应答器和耦合线圈三部分组成。阅读器与发射器收发装置相同。发射部分采用ASK调制技术。通过有源晶振产生4MHz载波，通过74HC00产生ASK调制信号。通过74HC04非门芯片产生高的电流。接收部分以NE5532高频功率放大芯片为主题，加电压比价器对波形整形。采用80C52单片机作为整个系统的控制部分，程序设计在C程序基础上编程实现；采用1602显示屏显示发送与接收到的汉字。经测试，整机功能齐全，各

2、项性能指标符合系统要求，发射与接收到得汉字基本上无错误。关键词：ASK 调制， ，存储转发； 目录摘要21 方案论证与比较41.1 调制方案选择：41.2 解调方案选择：41.3 多点通讯方案选择：42理论分析与参数计算、电路设计42.1收发电路分析-422无线收发电路设计-52.3阅读器处理模块设计-72.4应答器处理模块设计-72.5软件设计-73统测试与数据分析83.1系统距离设计-8 3.2系统稳定性设计-94系统功能95总结-91 方案论证与比较1.1 调制方案选择：方案 1：采用 FSK 调制，优点是具有较强的抗干扰能力。缺点是解调部分的硬件较为复杂。方案 2：采用ASK 调制，优

3、点是调制和解调的电路都相对简单，缺点是抗干扰能力较差。通过在干扰较小的频段选择合适的载频，由于本题目要求传输距离较近，并通过窄带滤波能够消除大部分干扰，所以本作品选择了 ASK 调制方式。1.2 解调方案选择：方案 1：对 ASK 信号放大与窄带滤波后，进行包络检波，再通过门限判决的方 法解调。该方案的成本低，缺点是抗干扰能力很差，窄带滤波器容易 偏频，难以调试。方案 2：对 ASK 信号放大后，采用调谐式解调器（Tone-Decoder）进行解调， 解调器本身是个窄带锁相环，能够省去窄带滤波器，且本身抗干扰能 力较强；本作品中采用该方案。1.3通讯方案选择： 由于采用外加电源对应答器供电，故

4、阅读器与应答器的收发模块相同。发射模块将所需要的文字信号和4MHz载波信号通过与非芯片形成ask信号然后经四个并联的非门芯片进行电流放大经LC串联放大后发出，接收模块将接收到的信号通过NE5532功率放大器进行放大，该放大器具有解调功能。后经过电压比较器对解调出的小电压进行升压以供单片机识别。单片机对信号进行处理在应答器处显示出汉字，同时将信号存储在存储器中，后将信号转发给阅读器。阅读器通过一系列的放大检波之后，将其显示出来。2理论分析与参数计算、电路设计2.1 收发电路分析1）载波频率的选择。电磁波能量分为磁场分量与电场分量两部分，线圈（环 形天线）对其中的磁场分量敏感而对电场分量不敏感。虽

5、然在理论上振荡频 率越高电磁波越容易被发射，但考虑到实际的测试环境中存在各种磁场干扰， 例如中波电台 500kHz-1.6MHz，短波电台 1.8MHz-29.7MHz，占据了题目所限 定频率范围的高端，因此我们选择 500kHz 以下的频率。又考虑到工频设备100Hz 磁场以及开关电源的磁场干扰大约数十 kHz 至 100kHz，由于我们要求的工作距离非常短，并且我们已有4MHZ有源晶振，故选取4MHZ作为载波。2）发射电路分析。该系统中，信息通过磁场耦合，而线圈发射的磁场强度正 比于线圈中的电流。线圈内阻很小，如果直接给线圈施加大电流激励，系统 功耗很大且能量几乎全部浪费在限流电阻上。为了

6、以较小的功耗来获得较大 的线圈电流，采用谐振式（丙类）放大器。经测量，直径6.5cm，10 匝空心线 圈的电感量 16uH，当谐振频率 f0=280kHz 时，与之并联的谐振电容 C0 的容量为：C0=1 /( 2pf0 )L0=0.02uF3）接收电路分析。 对于接收放大器来说，线圈是一个低阻抗的信号源，不要求 放大器具有高输入阻抗。ASK 解调对信号失真度要求也不严格，为了简化电路，我们选取NE5532功率放大器作为主体。放大后的信号通过解 调后还原成基带信号（数据流）送至单片机串口。2.2无线收发电路设计1耦合线圈的匹配理论电感耦合的无线识别装置耦合线圈用于产生磁通量，而磁通量用于向应答

7、器提供电源并在应答器与阅读器之间传送信息。因此，对耦合线圈天线的构造有以下几个基本要求：（1）使天线线圈的电流最大，用于产生最大的磁通量；（2)功率匹配，以最大程度地利用产生磁通量的可用能量；（3)足够的带宽，以无失真地传送用数据调制的载波信号。在天线设计中，还有一个参数很重要，那就是品质因数Q，较高的品质因数的值会使天线线圈中的电流强度大些，由此改善对应答器的功率传送。本设计电路中，采用直径小于1mm的漆包线密绕10匝，线圈直径为6.5cm。由于买到低功耗的单片机，故发挥部分使用耦合的电能为应答器供电不能很好的实现。因此采用外加电源供电的方式。这样就可以使应答器与阅读器使用相同的2收发模块。

8、 发射部分：载波发生及驱动电路：直接采用有源晶振产生载波信号，为了推动后级的丙类功放，要求前级有一定的电流和功率驱动能力，但引入中间放大器会增加额外的功率损耗，使效率降低，同时也增加了电路各级之间匹配的复杂程度，故采用多个74HC04反相器的并联来增加驱动能力。 由于所需的通信距离非常的短，故我们将经过C3后的信号直接接向LC串联回路。从而将信号发出。 接收部分：我们将LC串联回路耦合接收到的信号首先进行功率放大，如图所示，由于NE5532P是高性能低噪声运放，具有较好的噪声性能，优良的输出驱动能力以及相当高的小信号与电源带宽。其输入失调电压0.5mV；偏置电流200nA；增益带宽积GB10M

9、Hz；转换速率9V/s；噪声5nV/(Hz1/2)(1kHZ)；消耗电流8mA；±3±22V电源；功耗1000mW。所以根据以上参数，我们选用NE5532P芯片，再接外围电路构成我们需要的功率放大电路。阅读器接收到的信号经过一定值电阻，然后通过NE5532P的2号脚正向输入，7号脚放大输出，1号脚通过接可调电阻来控制放大器的放大倍数。由于NE5532P是二级放大。根据外接电路可知，第一级放大倍数为1000/100=10倍。第二级因为外接一个1K可调电阻，放大倍数最大为1K/100=10倍。所以阅读器放大电路的理论放大倍数最大为100倍。耦合后的信号经放大器放大后，经检测其波

10、形与基带信号一致，也就是说放大器直接完成了包络检波和低通滤波的功能，但检测到电压达不到3V,故我们在其后加了一电压比较器以将长生的信号进行升压，达到所需要求。（如下图所示） 后将所检波出的信号直接接向单片机处理信号。 2.3阅读器处理模块的设计2.3应答器处理模块的设计2.4软件设计应答器的软件包含通信模块和数据的读取模块；阅读器软件包含通信 模块和显示块模和文字编码模块。如下图所示阅读器程序应答器程序流程图 3系统测试与数据分析3.1系统距离测试。测试方法：如图 6，固定阅读器，移动应答器找到两机能够正常直接通的距离3.2 系统正确性测试测试方法：使用键盘对阅读器随基输入汉字，在显示屏上显示

11、。观察应答器显示屏显示汉字是否相同。连续测试十次。对正确性做统计。4系统功能： 我们制作的系统可以在3CM的距离内实现阅读器通过键盘输入汉字，并在阅读器处的显示屏显示所输汉字。应答器接收到所需汉字并显示出汉字。应答器将信号传输给阅读器并显示接到的汉字。5总结我们对发射模块采用74HC00与非门芯片，NE555芯片完成系统信号的发射。为了节约成本，我们采用三极管搭建二级放大电路，并用LMC567 芯片完成解调。在阅读与应答器上，我们分别使用了两个单片机进行控制。由于缺少低功耗单片机，故我们对应答器采用外电源供电。 感想在这次比赛中，我们收获到了很多东西。通过搭建收发模块，我们更加系统的对ASK数

12、字调制我了深入的理解。通过编辑数字识别系统，我们对单片机的使用也越发成熟。在这四天三夜中，我们深刻体会到了时间的宝贵，我们真切感受到了团结合作的力量，我们也越发清楚我们的不足之处。在比赛期间，我们感受到了方案选则的重要。如果题目理解偏了即使水平再高，也不能有很好的发挥。在比赛期间，我们起先就因为对题目理解存在误差而耽误了很长时间，在做之前，一定要先把方案详细的设计好，磨刀不误砍柴工！同时我们体会到了经验的重要性。理论只有经过实践的检验才能真正发挥出他的作用。因为我们是在做实际的东西，我们只有掌握丰富的实际经验，才能在短时间内熟练的把东西做出来。只有在比赛之前积累丰富的经验，掌握各种模块的制作，

13、各种系统的制作，才能有足够的自信心，去应对各种问题。三个人是一个团队，是一个整体。我们三个人之间只有相互配合，互相帮助，分工协作，才能发挥出我们的最大力量。单丝不成线，独木不成林。三个臭皮匠，赛过诸葛亮。一个人水平再高，也不可能把所有的事情都轻松搞定。这次比赛给我们最多的是教训，是深刻的教训。由于在比赛期间，我们在整个系统的设计存在问题，使我们不仅没做出成果，而且浪费了大量宝贵的时间。我们也深刻体会到了我们知识的匮乏。在遇到问题时，所拿出的方案大都是在网上或书上找的，这些并不是我们自己之前用过的方案，经过仿真，实物焊接，不仅浪费了很多宝贵的时间，也存在了很多潜在的问题。我们在比赛期间，就为了做一个高频功率放大的模块，用了好几套方案，折腾了一两天，最后还没有成功做出来。在就今后的一个月里，我们要着重积累经验，同时进一步加深对基础理论的