无线识别装置邓伟,来亮,李群组

z.学院暑期培训电子设计报告作品名称：无线识别装置学校全称：**学院系别班级：电子系09级电气队员：来亮群邓伟指导教师：查长军倩娟无线识别装置摘要：本系统采用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展卡号设置，PT2262对卡号进展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。关键词：应答器PT2262阅读器PT2272ASK包络检波正文：一、作品要求设计制作一套无线识别装置。该装置由阅读器、应答器和耦合线圈组成，其方框图参见图1。阅读器能识别应答器的有无、编码和存储信息。D阅读器应答器耦合D阅读器应答器耦合线圈耦合线圈外接单电源装置中阅读器、应答器均具有无线传输功能，频率和调制方式自由选定。不得使用现有射频识别卡或用于识别的专用芯片。装置中的耦合线圈为圆形空芯线圈，用直径不大于1mm的漆包线或有绝缘外皮的导线密绕10圈制成。线圈直径为6.6±0.5cm〔可用直径6.6cm左右的易拉罐作为骨架，绕好取下，用绝缘胶带固定即可〕。线圈间的介质为空气。两个耦合线圈最接近局部的间距定义为D。阅读器、应答器不得使用其他耦合方式。1．1根本要求〔1〕应答器采用两节1.5V干电池供电，阅读器用外接单电源供电。阅读器采用发光二极管显示识别结果，能在D尽可能大的情况下，识别应答器的有无。识别正确率≥80%，识别时间≤5秒，耦合线圈间距D≥5cm。〔2〕应答器增加编码预置功能，可以用开关预置四位二进制编码。阅读器能正确识别并显示应答器的预置编码。显示正确率≥80%，响应时间≤5秒，耦合线圈间距D≥5cm。1.2发挥局部〔3〕阅读器采用单电源供电，在识别状态时，电源供给功率≤2W。在显示编码正确率≥80%、响应时间≤5秒的条件下，尽可能增加耦合线圈间距D。〔4〕自己发挥局部。二、总体电路构造编码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无线识别装置总体图通过四位拨码开关预置四位二进制数，通过PT2262编码芯片产生编码波形，进过有源晶振进展载波，然后进过耦合线圈发射出去，而应答器局部通过耦合线圈将信号接收，进过AD603将信号放大，在通过包络检波和OP37放大，将串行信号给PT2272解码芯片，从而使相应的二极管点亮，从而完成整个信号的无线传播。三、方案论证1．总体方案论证与比拟 方案一：如图3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，承受到应答信号后，判别其是否有效，假设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，缺乏以驱动单片机。该方案不太适宜。89S5289S5289S5289S52耦合线圈耦合线圈串口无线传输应答器阅读器图3无线识别装置方案一方框图蜂鸣器振荡器拨码开关发光二极管检波整形 特点：系统组成简单，本钱低，功耗小，且PT2262起始工作电压低非常适合能量供给有限的场合。结合以上分析实际情况，我们采用方案二。2．调制方式论证与比拟 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，本钱高，尤其功耗较高，而且解调电路较为复杂。此题目要求低功耗，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。四、硬件设计1．应答器模块简单介绍了无线识别应答器的工作原理。应答器使用四个按键拨码开关进展编码设置，当任意按键拨下时，电路导通，开场工作，PT2262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L1辐射出去。1.1编码电路PT2262是和PT2272相匹配的遥控编码器，采用CMOS工艺制造。把数据和地址管脚并行输入的“地址/数据〞编码成适用于RF或者IR调制的串行码波形。PT2262有最多可达12位的三态〔悬空、接高电平、接低电平〕地址管脚，可提供531441〔或312〕种地址码，由此大大减少了地址码冲突的可能性，提高了抗非法代码扫描的能力。如下图，当/TE置0〔低电平〕时，PT2262将从A0～A5和A6/D5～A11/D0管脚输入的“地址/数据〞转换为专用的波形由DOUT输出。DOUT输出提供给RF调制器或IR转换器，然后用无线电波或红外线将“地址/数据〞信息发射出去。图4编码电路图1.2调制电路 我们是利用三极管的开关特性和4MHz有源晶振电路，将从PT2262出来的脉冲方波加在到高频的方波上，从而完成信号的调制。图5调制电路图1.3发射电路开场的时候我们才采用谐振方式将信号传递出去，但由于可变电容没有买到，谐振的频率点很难控制，且我们是利用有源方式，所以我们就直接利用线圈耦合的方式将信号传递给阅读器。2．阅读器模块2.1接收电路上面发射电路已经介绍，就是用直接耦合的方式。2.2前级放大电路因为通过直接耦合过来的信号非常小，如果直接进入包络检波电路，无法完成包络检波的任务，所以我们考虑将其放大后，在进展包络检波。考虑到其实高频信号，很容易失真，所以我们利用高增益带宽积的放大器AD603.它是美国ADI公司的专利产品，是一个低噪、90MHz带宽增益可调的集成运放，如增益用分贝表示，则增益与控制电压成线性关系，压摆率为275V/μs。该集成电路可应用于射频自动增益放大器、视频增益控制、A/D转换量程扩展和信号测量系统。设计AD603的增益，可设置位三种形式。模式一：将VOUT与FDBK短路，即为宽频带模式〔90MHz宽频带〕，AD603的增益设置为-11.07dB~+31.07dB.模式二：VOUT与FDBK之间外接一个电阻RE*T，FDBK与N端之间接一个5.6uF的电容频率补偿。根据放大器的增益关系式，选取适宜的RE*T，可获得所需要的模式一与模式三之间的增益值。当RE*T=2.15千欧时，增益围为-1~+41dB。模式三：VOUT与FDBK之间开路，FDBK对N连接一个18uF的电容用于扩展频率响应，该模式为高增益模式，其增益围为+8.92~+51.07dB，带宽为9MHz.如下图，我们采用的是模式三。增益G(dB)与控制电压VG之间的关系为：G〔dB〕=40VG+30，我们通过改变电位器的阻值，从而改变VG的值，进而改变放大器的增益。图6前置放大电路图2.3包络检波电路二极管包络检波电路主要由二极管和RC低通滤波电路组成。如下图，二极管导通时，输入信号向C充电，充电时常数为RC，充电快；二极管截止时，C向R放电，放电慢。在输入信号作用下，二极管导通和截止不断重复，直到充放电到达平衡后，输出信号跟踪了输入信号的包络。如果参数选择不当，二极管包络检波器会产生惰性失真和负峰切割失真[4]。惰性失真是由于RC过大而造成的，负峰切割失真主要是由于交直流等效电阻不同造成的。本设计R选择510，电容C选择104，经仿真，满足设计要求，防止了惰性失真和负峰切割失真。图7包络检波电路图2.4后级放大电路由于经过包络检波之后的信号峰峰值很小，无法驱动PT2272,所以我们采用OP37将信号放大至TTL电平即可。在实际调试中我们发现OP37的放大倍数过大和过小都无法将二极管点亮，分析其主要原因是：假设放大的太大，低电平无法识别；假设放大太小，高电平无法识别。图8后置放大电路图2.5解码电路PT2272是遥控解码器，和PT2262相匹配，采用CMOS工艺制成。PT2272最多可有12位三态地址，提供531441(3的12次方)个地址，由此大大减少了地址码冲突的可能性，提高了抗非法代码扫描的能力。同时PT2272对应不同的应用可有不同的选择：多种数据输出管脚组，锁存输出或瞬态输出型。我们采用的是瞬态输出型。图9解码电路图如下图，当解码之后的信号经OP37放大后峰峰值到达5V时，就可以驱动PT2272将所需的二进值码转化成上下电平，从而将相应的二极管点亮。五、组装与调试1．识别正确率与识别时间测试 测试方法：阅读器接+5V外接电源，将阅读器与应答器之间耦合线圈距离设置为10cm，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：2011-7-1测试结果：〔见表2〕 识别距离：10cm测试次数应答器编码阅读器识别结果识别时间〔s〕1000100011.02001000101.33010001001.24100010001.45111111111.2表1测试结果分析：在距离10cm的情况下，识别率为100%，误码率为零。2．识别距离测试 测试方法：阅读器接+5V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：2011-7-1测试结果：表2测试次数识别距离〔cm〕识别正确率〔%〕19100210100 3．识别时功耗测量 测试方法：阅读器接+5V和-2.86v外接电源，应答器+5v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，测量外接电源供电电压U与供电电流I。应答器和阅读器的功耗之和即为识别装置识别时功耗。 计算公式：识别装置识别功耗P：P=UI 测试时间：20 测试结果：表3测试次数供电电压U〔V〕供电电流I〔A〕功耗P〔W〕15.000.020.12-2.860.010.02835.000.030.15总共耗0.278测试仪器：DT9205万用表4．测试波形4.1PT2262出来之后的的波形：图104MHz晶振出来之后的的波形：图114.3耦合之后的波形：图124.4波络检波之前后的波形：图134.5OP37放大前后的波形：图14六、报告总结1、到达程度本系统可完成以下功能：1.应答器具有编码预置功能，可以用开关预置四位二进制编码。阅读器能正确识别并显示应答器的预置编码。显示正确率≥80%，响应时间≤5秒，耦合线圈间距D≥5cm。2.在识别状态时，电源供给功率≤2W。在显示编码正确率≥80%、响应时间≤5秒的条件下，。耦合线圈间距可达10cm。2、作品缺陷本系统供电不完全符合题意，其主要原因是所选芯片供电电压的限制，有待改良。3、设想改良如果想有进一步的改良的话，在系统供电方面改良，选用适宜的芯片，满足题目要求。在应答器局部可以采用无源设计思路，通过线圈谐振将阅读器的能量传递给应答器，为应答器供电