RFID详细设计要点

1、项目名称：简易的RFID识别系统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 页编号1、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、本振信号源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

2、电路。 应答器：1、电源：2、拨码电路 3、编码电路：4、加密电路 5、调制电路 6、功放电路原理概述：电路主要由阅读器与应答器两部分构成。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元处理得到有用的数据（并显示出来）,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，将存储的信息编码、加密、调制、放大后通过天线耦合

3、到初级线圈，完成信息的传输。系统结构框图 图1 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

4、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：1、 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

5、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。 主要技术指标： 1、振荡频率：。=13.56MHz 2、工作环境温 度范围：-40+85 3、电源电压：+12V 4、输出电压：1V 主要参数： 三极管工作在放大区，因此： 反馈系数：F=C3/C1 图2 皮尔斯电路 石英晶体选取：HC_49/U_13.5

6、6MHz晶振 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

7、。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。 主要设计指标：1、输出功率Po125mW 2、谐振频率f=13.56MHz 3、65%； 4、增益放大倍数50 主要参数计算： L=41.1nH C=3.3nF 三级管工作在临界状态 图3 丙类功率放大器 丙类功放c=6090，这里为方便计算，设c=70。可得集电极电流余弦脉冲直流ICO系数0(70)=0.25，集电极电流余弦脉冲基波ICM1系数1(70)=0.44。设功放的输出功率为0.5W。 （1）集电极参数计算集电极电流脉冲的直流分量：ICO=ICmax*0(c)=216*0.25=5

8、4mA电源提供的直流功率：PD=VCCICO=12V*54mA=0.65w集电极的耗散功率：PC=PD-PO=0.65w-0.5w=0.15w集电极的效率：=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)=9.5mA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

9、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 主要设计指标：1、通带增益Av=5 2、截止频率f=125KHz 3、品质因数Q=0.707 主要参数计算 ： 通带增益 ： 截止频率 ： 品质因数： 图3 低通滤波电路 同相比例因数： 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 主要设计指标：1、输出功率Po125

10、mW 2、65%； 3、增益放大倍数：20 4、电源供电为12V，晶体管用2N2219 主要参数： 图5 二级甲类功率放大电路原理图 五、检波电路：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：1、输出波形频率：250KHz 2、包络波形衰减率35%； 3、增益放大倍数：20 主要元件： 12V供电电源，晶体管用2N2219 图十 功率放大电路五、整流滤波电路主要性能指标： 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 直流稳压电路主要性能指标

11、：1、线圈直径：约8cm 2、线圈阻值：约0.3 主要元件： 铜线六、天线线圈 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。根据计算公式式中，为常数。对的求解，可解得磁感应强度的最大值的条件为，也就是说，当线圈半径一定时，在处时可获得最大场强。计算得出，线圈直径约为8cm。 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919.15：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10.110.15：修订方案，对各个电路进行仿真并进行测试数据记录10.1510.22：元件的采购与检测10.2311.