利用51單片機實(shí)現簡(jiǎn)單射頻無(wú)線(xiàn)識別裝置系統

1 引言

射頻識別是一種非接觸式的自動(dòng)識別技術(shù)，它通過(guò)射頻信號自動(dòng)識別目標對象并獲取相關(guān)數據。射頻識別工作無(wú)須人工干預，非接觸，閱讀速度快，無(wú)磨損，不受環(huán)境影響，壽命長(cháng)，便于使用。目前，射頻識別技術(shù)在國外發(fā)展非常迅速，射頻識別產(chǎn)品種類(lèi)繁多，已廣泛用于工業(yè)自動(dòng)化、商業(yè)自動(dòng)化、交通運輸控制管理等眾多領(lǐng)域，如汽車(chē)、火車(chē)等交通監控；高速公路自動(dòng)收費系統；停車(chē)場(chǎng)管理系統；物品管理；倉儲管理；車(chē)輛防盜等。由于我國射頻識別技術(shù)起步較晚，除用于中國鐵路的車(chē)號自動(dòng)識別系統外，僅限于射頻公交卡的應用。

在此，給出一種實(shí)現簡(jiǎn)單射頻識別系統的方式。閱讀器和應答器均包含在單片機控制系統中，利用2ASK調制與解調電路以及匹配網(wǎng)絡(luò )電路，使整個(gè)系統的可識別有效距離約為10 cm，這已能夠符合一般應用的需求。

2 系統設計概述

系統設計主要分閱讀器、應答器、線(xiàn)圈3部分。閱讀器采用晶振1和晶振2，分別提供應答器的功率驅動(dòng)信號和數字調制信號。晶振1產(chǎn)生的振蕩信號經(jīng)過(guò)帶通濾波器處理后，進(jìn)行功率級放大，并通過(guò)匹配網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行阻抗變換，以最大效率從線(xiàn)圈發(fā)射出去，為應答器提供所需的工作能量。晶振2產(chǎn)生的信號經(jīng)過(guò)低通濾波器濾除高頻雜波后，送往開(kāi)關(guān)電路；手動(dòng)設置的信息，南單片機轉換為相應的控制信號，控制開(kāi)關(guān)的通斷，從而形成2ASK調制信號，與應答器進(jìn)行通信。此外，閱讀器還需將線(xiàn)圈上接收到的應答信號濾波放大并檢波，最終獲取有效信息，并由串口讀取。圖1給出閱讀器結構。

晶振產(chǎn)生振蕩信號后，經(jīng)低通濾波器去除高頻雜波，送往開(kāi)關(guān)電路，作為2ASK的載波信號?？刂崎_(kāi)關(guān)電路通斷的信號由操作者通過(guò)撥碼開(kāi)關(guān)手動(dòng)設置，并由單片機讀取后產(chǎn)生相應的控制信號。同時(shí)，應答器通過(guò)線(xiàn)圈接收功率驅動(dòng)信號，待整流濾波后，得到直流電平，然后作DC—DC變換，以獲取最終所需的直流電平，供整個(gè)應答器部分工作。圖2給出了應答器結構。

3 硬件電路

3.1 閱讀器與應答器2ASK調制解調電路

2ASK的載波信號是2MHz正弦波，它由有源晶振產(chǎn)生的方波經(jīng)過(guò)低通濾波器得到。數字調制信號從CPU的串口輸出，經(jīng)過(guò)模擬開(kāi)關(guān)MX7501控制信號通斷，產(chǎn)生了2ASK信號。Ll，L2，C1和C2構成了二階巴特沃茲低通濾波器，輸出為近似正弦波的2 MHz信號。R1與R4使LC濾波器阻抗匹配。當EN為0時(shí)，OUT為0；反之為S1通道信號。圖3給出閱讀器的2ASK調制電路。

圖4給出了解調電路。通過(guò)匹配網(wǎng)絡(luò )的2ASK信號幅度低，噪聲大，需要經(jīng)過(guò)三級處理才能解調出數字信號。首先通過(guò)OP37中高速運算放大器將信號放大5倍，再經(jīng)過(guò)高速比較器MAX910中的比較器A，將毛刺狀信號加寬，減小噪聲，D/A輸出經(jīng)L1，C1和C2組成的低通濾波器，取直流分量，這相當于包絡(luò )檢波。LC低通濾波器的截止頻率為480HZ。最后將該信號進(jìn)行比較整形，得到數字調制，再經(jīng)QB輸入到單片機串口。

3.2 發(fā)射電路

有源晶振產(chǎn)生的8MHZ方波經(jīng)帶通濾波器取出8 MHz的正弦信號，并通過(guò)功率放大器后輸出到線(xiàn)圈上。圖5中，L3，L4，C7和C8構成了二階8 MHz的巴特沃茲帶通濾波器，用以濾除諧波分量。VQ1為集射極跟隨器，用以調節R3，使其靜態(tài)工作電流約為1.5 mA，該級電路起到與信源隔離的作用。VQ2為丙類(lèi)放大器，調節R7和VQ2的基極偏壓使其工作在丙類(lèi)放大狀態(tài)。改變C2使其諧振，此時(shí)電源電流最小。再調節R4和VQ2的基極偏壓，使電源電流更小，輸出幅度更大，以處于丙類(lèi)放大狀態(tài)。L1為線(xiàn)圈，同時(shí)起到諧振電感的作用。C6為線(xiàn)圈的等效電容，經(jīng)測量，約為34 pF；C3為外接電容，它能使并聯(lián)回路諧振在8MHz。諧振時(shí)，L1上的電壓可達45V。閱讀器和應答器發(fā)射的另一個(gè)信號是2ASK信號，它經(jīng)過(guò)運算放大后，通過(guò)匹配網(wǎng)絡(luò )直接連接到線(xiàn)圈上。