原创无线自动识别系统电路的设计40分机部分41毕业论文设计.docx
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原创无线自动识别系统电路的设计40分机部分41毕业论文设计
西安工业大学北方信息工程学院
本科毕业设计（论文）
题目：
无线自动识别系统电路的设计
（分机部分）
系别：
电子信息系
专业：
通信工程
班级：
B090310
学生：
陈少雄
学号：
B09031002
指导教师：
沈保成
2013年06月
毕业设计（论文）任务书
系别电子信息系专业通信工程班级B090310姓名陈少雄学号B09031002
1.毕业设计（论文）题目：
无线自动识别系统电路的设计（分机部分）
2.题目背景和意义：
目前大型船只均装有国际通用AIS自动识别系统，来进行身份识别。
而对于中小型船只来说，AIS系统过于昂贵的价格和过于复杂的系统功能使得该系统不适用于中小型船只的基本身份识别。
本课题所设计的系统就是针对这一点，专为中小型船只的身份识别提供便利。
该系统主要用在对进出港口的船只进行识别，它由设在岸上的主机和装在船上的分机两部分组成。
船只进出港口时，主机发出问讯信号，船上分机收到该信号后，能自动发出应答信号。
主机收到该信号后，可识别出该船只的“身份”。
该系统具有一定的实用价值。
3.设计（论文）的主要内容（理工科含技术指标）：
1）为提高可靠性及保密性，主机和分机均采用无线编码信号，发射功率＞0.5W；2）主机收到分机信号后，能发出提示音并显示装置的编号；3）设计出电路图，装配图，并进行装配，调试。
4.设计的基本要求及进度安排（含起始时间、设计地点）：
本设计要求完成整个无线自动识别系统的功能设计，并进行装配调试。
设计工作要求严格按照学校的计划安排和各项规范进行，保质保量完成任务书中各项工作，技术指标满足要求并认真撰写学位论文。
1—3周：
查阅相关专业资料，选定方案，开题；
4—8周：
进行详细的方案设计、功能模块划分以及设备器件选型等，以及对硬件设备进行初步的了解和掌握，软件的初步应用和调试；
第9周——第10周：
利用Protel99完成电路图的封装，确保电路的可行；
第11周——第12周：
与主机进行接收发送的联调，实现课题的目的；
第13周——第15周：
撰写毕业论文，进行毕业答辩。
5.毕业设计（论文）的工作量要求撰写15000字论文
①图纸（幅面和张数）*：
A4（标准幅面210mm×297mm）
②其他要求：
提供完整的无线自动识别系统电路的设计，并完成与课题相关的3000字左右的英文文献资料翻译。
指导教师签名：
年月日
学生签名：
年月日
系主任审批：
年月日
说明：
1本表一式二份，一份由学生装订入册，一份教师自留。
2带*项可根据学科特点选填。
无线自动识别系统电路的设计（分机部分）
摘要
射频识别即RFID（RadioFrequencyIDentification）技术，又称电子标签、无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。
常用的有低频（125k~134.2k）、高频（13.56MHz）、超高频，无源等技术。
RFID读写器也分移动式的和固定式的，目前RFID技术应用很广，如：
图书馆，门禁系统，食品安全溯源等。
本课题主要用在对进出港口的船只进行识别，它由设在岸上的主机和装在船上的分机两部分组成。
船只进出港口时，主机发出问讯信号，船上分机收到该信号后，能自动发出应答信号。
主机收到该信号后，可识别出该船只的“身份”。
本课题基于FRID射频识别技术对进港船舶身份编号识别进行研究。
仅以设在船舶上的船载设备进行设计讨论。
关键词:
滤波放大；编码；调频；高频功率放大
DesignofWirelessAutomaticIdentificationSystemCircuits（TheExtensionPart）
Abstract
RadiofrequencyidentificationisRFID（RadioFrequencyIDentification）technology,alsoknownaselectronictags,radiofrequencyidentification,isakindofcommunicationtechnology,throughthespecifictargetradiosignalrecognitionandtoreadandwritedata,betweenwithoutrecognitionsystemwithspecificobjectivestoestablishmechanicaloropticalcontact.Commonlyusedwithlowfrequency（125k~134.2k）,ofRFIDtechnologyisverybroad,suchas:
library,accesscontrolsystemandfoodsafetytraceability.
Thistopicmainlyusedonimportandtheshipsinthetheship'sextensionoftwoparts.Ports,signal,theshipreceivedthesignalaftertheextension,canautomaticallysendaresponsesignal.Theidentifytheships"identity".
ThisprojectisbasedontheFRIDradiofrequencyidentificationtechnologytostudythearrivalofshipidentificationnumberrecognition.Theequipmentintheshipisonlydiscussedinthepaper.
KeyWords:
FilterAmplifier；Coding；FrequencyModulation；HighFrequencyPowerAmplifier
目录
1绪论1
1.1课题背景及研究的目的和意义1
1.2课题的要求及指标2
1.3研究者的工作任务2
1.4课题的内容简介2
2设计实现方案3
2.1实现原理3
2.2电路原理框图3
2.3实现分电路功能简介及所用芯片3
3子电路模块设计5
3.1滤波放大电路5
3.1.1电路原理图说明5
3.1.2芯片介绍5
3.1.3电路介绍6
3.2译码电路8
3.2.1电路原理图说明8
3.2.2芯片说明8
3.3触发电路（单稳态电路）9
3.3.1电路原理图说明9
3.3.2芯片说明9
3.4触发电路（多谐振荡电路）10
3.4.1电路原理图说明10
3.4.2芯片说明10
3.5编码电路11
3.5.1电路原理图说明11
3.5.2芯片说明12
3.6调制倍频电路14
3.6.1电路原理图说明15
3.6.2频率调制（FM）原理15
3.6.3芯片说明16
3.7高频功率放大电路18
3.7.1电路原理图说明18
4分机系统电路总原理20
5调试21
5.1硬件调试的目标21
5.2电路调试21
5.3PCB板的调试21
5.4印制电路板的设计步骤22
6结论23
参考文献25
致谢26
毕业设计（论文）知识产权声明27
毕业设计（论文）独创性声明28
附录1发送端原理图29
附录2接收端原理图30
1绪论
1.1课题背景及研究的目的和意义
我国已经跨入了全面建设小康社会的时期，建设“和谐社会”成为现阶段我国社会经济发展的一个重要目标，如何更好地加强水上运输监管设施的建设，确保人民生命财产安全，保护环境，保障经济的持续发展，成为港航部门的重中之重。
近年来，随着陆路交通逐步显现物流运量瓶颈，提高水运效率，改善水运监管环境逐步成为沿江各城市的发展战略。
在传统“黄金水道”的长三角和运河沿线地区，各个主要城市都在制定雄心勃勃的“水运强市”、“数字港航”工程计划，充分发挥其内河航运的优势，降低物流运输成本，提高经济社会的综合竞争力，以利于进一步支持经济建设的快速发展。
在实际业务环境中，信息技术获得了广泛和深远的应用。
各个内河港航城市均已投入大量人力物力加快信息网络化建设步伐和科技投入力度，例如建立健全整个航区的船舶中心数据库，依据港航管理业务实现船舶年审、进出港签证、稽征缴费、现场监管、信息综合利用等业务的信息化、网络化动态管理。
这些依靠先进信息技术的系统应用，实现了不停航检查，打破了“属地管理”的传统模式，为打造“数字港航”奠定了扎实的基础，但在这些系统的现场监管模块中，仍然采用人工录入船名船号的采集方式。
如果出现船名船号被遮盖、夜间看不清、船舶流量过大及操作者困乏的状况，这就可能造成船名船号无法实现自动识别，成为打造“数字港航”的最大瓶颈。
那么，有没有经济实用的办法解决船舶船号的自动识别呢？
有，这就是近几年走向成熟的新技术，即射频识别技术（RFID）。
RFID是起源于上世纪50年代的一项自动识别技术。
它利用射频方式进行非接触式通信交换数据以达到识别目的。
一个典型的RFID应用系统通常由标识特定目标物体的电子标签、接收电子标签信号的阅读器以及应用软件组成。
与传统的磁卡、接触式IC卡相比，RFID技术完成识别工作时无须人工干预，适合于实现系统的自动化操作且不易损坏，可识别高速运动物体并可同时识别多个射频卡，操作快捷方便。
电子标签可以采用特殊的封装方式，有效抵御油渍、灰尘污染等恶劣环境的腐蚀和侵袭。
射频识别系统按电子标签的供电方式可分为有源和无源两类。
无源标签所需工作能量需要从读写器发出的射频波束中获取，经过整流、存储后提供，成本较低，但射频功率较大。
有源标签本身带有微型电池，由于不需要射频供电，
其识别距离更远，读写器需要的功率较小，具有读写稳定、防冲突性能佳、携带物品信息量大等优点，这在船舶识别应用中都是关键的性能要求[1]。
1.2课题的要求及指标
该系统主要用在对进出港口的船只进行识别，它由设在岸上的主机和装在船上的分机两部分组成。
船只进出港口时，主机发出问讯信号，船上分机收到该信号后，能自动发出应答信号。
主机收到该信号后，可识别出该船只的“身份”。
该系统具有一定的实用价值。
本课题的要求及技术指标如下：
a．为提高可靠性及保密性，主机和分机均采用无线编码信号，发射功率＞0.5W；
b．主机收到分机信号后，能发出提示音并显示装置的编号；
c．设计出电路图，装配图，并进行装配，调试。
1.3研究者的工作任务
本课题所设计的方案由建立在基站上的主机和设置在船舶上的分机两部分组成，研究者的工作为分机部分的研究。
研究者完成本课题所需任务如下：
a．熟悉课题所属背景以及研究的目的和意义；
b．熟练掌握课题实现所需的软硬件的知识和使用方法，并利用Protel软件完成相关的电路图和程序；
c．对其进行调试和联调，确认能与主机部分进行有效的接收发送以及识别信号的功能；
d．将研究内容整理成论文。
1.4课题的内容简介
第一章：
简述无线自动识别系统船舶应用的背景意义，本课题的研究内容，要求和研究者的任务；
第二章：
陈述设计的大纲以及相关技术支持，原理图框架和结构；
第三章：
分述各个模块的结构以及实现所需芯片的结构功能和原理；
第四章：
对整个电路运作的原理进行陈述；
第五章：
对完成的电路进行PCB调试的方法，注意事项及调试结果；
第六章：
进行毕业设计的最后总结。
2设计实现方案
2.1实现原理
设在基站的主机发出信号后，船舶上的分机天线接收后解调，经过滤波放大电路对信号进行滤波放大，增强信号的强度。
经初步处理后的信号解码后传到触发电路后使其产生时钟脉冲促使编码电路开始工作，对信号进行编码，告诉主机接受到的信号的来源船只编号。
然后对编码后的信号进行调制及放大，增强信号的抗干扰能力以达到传送的要求。
最后将经多次处理后的信号发送出去给主机接受，这样分机的任务就算完成了。
2.2电路原理框图
整个系统分为接收端和发送端两大模块，其中接收端由滤波放大电路，译码电路和触发电路（单稳）组成；发送端由触发电路（多谐振荡），编码电路和调制倍频电路组成。
具体原理框图如图2.1所示。
图2.1系统电路原理框图
2.3实现分电路功能简介及所用芯片
滤波放大：
由天线接收到的信号因为易受天气等外界因素干扰，均以高频信号作为载波。
为了还原本来的信号，需要通过滤波放大电路进行变频放大。
这里用到MC3363芯片。
译码电路：
将编码器输入的二进制代码状态翻译成输出信号，以表示其原来含义的电路。
这里用到MC145027芯片。
编码电路：
对分机（各船舶）进行编号，并将其转换为可以用以通信，传输和存储的信号形式，用以区分各分机，这里采取二进制编码，范围0~99，用到MC145026芯片。
触发电路：
通过控制产生触发电平来使编码器工作。
这里用到NE555芯片。
调制倍频电路：
我们需要的信号由于频率、带宽以及易受干扰等原因，不适合直接用天线发射，所以就使用一个高频信号作为载波，把需要传输的信号混入载波中，通过天线发射，本课题中采用调频（FM）方式，提高我们需要的信号的抗干扰能力便于传输。
这里用到MC2833芯片。
高频功放电路：
高频功率放大电路用于发射机的末级，作用是将高频已调波信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，然后经过天线将其辐射到空间，保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平，并且不干扰相邻信道的通信。
这里用到三个三极管组成的电路进行功率放大。
此电路后接一个滤波电路，滤掉杂质信号[2]。
3子电路模块设计
3.1滤波放大电路
由天线接收到的信号因为易受天气等外界因素干扰，均以高频信号作为载波。
为了还原本来的信号，需要通过解调电路进行变频。
这里用到MC3363芯片。
3.1.1电路原理图说明
由天线接收到的高频信号经过LC选频电路甄选出49.7MHz的信号，经射频晶体管放大后，再经第一混频器放大并变频为10.7MHz的中频信号。
该中频信号外部滤波后输入第二混频器进一步放大并变频为455kHz的低中频信号，由18管脚经过两个非门送入MC145027芯片进行译码工作。
图3.1为MC3363芯片原理图。
图3.1MC3363原理图
3.1.2芯片介绍
MC3363是美国MOTOROLA公司生产的单片窄带VHF调频接收电路，主要应用于语音通讯和数据传输的无线接收机。
片内包含一个高放晶体管，振荡电路、混频电路、限幅放大器、积分鉴频器、场强指示驱动及载频检波电路等从天线输入到音频输出的二次变频所有的全部电路，同样包含了混频用一本振缓冲输出，FSK检波数据限幅比较器。
具有低供电电压、低功耗、极高灵敏度和信噪比，广泛应用于语音和数字通讯的接收设备。
其特点如下：
a.输入带宽使用内部本地振荡器时为200MHz，使用外部本地振荡器时为450MHz
b.有射频放大器晶体管
c.是完整的双变频系统
d.工作电压低：
Vcc=2.0到7.0V
e.功耗电流小：
Vcc=3.0V时，Icc=3.6mA（典型值），不包括射频放大器晶体管
f.灵敏度高：
使用内部射频放大器晶体管，信纳比为12dB，输入典型值为0.3uV
g.有数据限幅比较器
K（US）;FranklinDchase（US）;mcneelymarkH（US）;ryantimothyJ（US）;sweetandrewP（US）;diadekstevenJ（US）;ronaldR（US）;gorisJmark（US）;malekthorA（US）,2002-5.
[16]BwnalohJosh（US）;RosenDaniel（US）;SimonDanielR（US）;FranklinDChase（US）Electroniconlinecommercecardwithcustomergeneratedtransactionproxynumberforonlinetransactions,1999-12.
[17]KimbarEW.Directcurrenttransmission[M].NewYork:
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[20]HastieT,RossetS,TibshiraniRetal.TheEntireRegularizationPathfortheSupportVectorMachine.JournalofMachineLearningResearch,2004.
致谢
在论文完成之际，本人要特别感谢指导老师沈保成老师的热情关怀和悉心指导。
在本人进行设计和撰写论文的过程中，沈保成老师倾注了大量的心血和汗水，无论是对待课题的讲解上，还是在对待问题的解答上，都十分的耐心。
在完成设计的这几个月时间里，沈老师每周都会于百忙之中抽出时间悉心指导，在理论知识上给予了本人极大地帮助。
在论文撰写上，无论是在论文的选题、构思和资料的收集方面，还是在论文的研究方法以及成文定稿方面，本人都得到了沈保成老师悉心细致的教诲和无私的帮助，特别是他广博的学识、深厚的学术素养、严谨的治学精神和一丝不苟的工作作风使本人终生受益，在此表示真诚地感谢和深深的谢意。
除此之外，还要感谢在整个设计过程中给予过本人帮助的所有老师和同学，是大家在遇到问题的时候一起讨论、一起努力研究，才能顺利解决所遇到的种种问题，最后完整顺利的实现整个毕业设计。
在此一并致以诚挚的谢意。
感谢所有关心、支持、帮助过本人的良师益友。
最后，向在百忙中抽出时间对本文进行评审并提出宝贵意见的各位专家表示衷心地感谢。
毕业设计（论文）知识产权声明
本人完全了解西安工业大学北方信息工程学院有关保护知识产权的规定，即：
本科学生在校攻读学士学位期间毕业设计（论文）工作的知识产权属于西安工业大学北方信息工程学院。
本人保证毕业离校后，使用毕业设计（论文）工作成果或用毕业设计（论文）工作成果发表论文时署名单位仍然为西安工业大学北方信息工程学院。
学校有权保留送交的毕业设计（论文）的原文或复印件，允许毕业设计（论文）被查阅和借阅；学校可以公布毕业设计（论文）的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存毕业设计（论文）。
（保密的毕业设计（论文）在解密后应遵守此规定）
毕业设计（论文）作者签名：
指导教师签名：
日期：
毕业设计（论文）独创性声明
秉承学校严谨的学风与优良的科学道德，本人声明所呈交的毕业设计（论文）是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，毕业设计（论文）中不包含其他人已经发表或撰写过的成果，不包含他人已申请学位或其他用途使用过的成果。
与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了致谢。
毕业设计（论文）与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。
毕业设计（论文）作者签名：
指导教师签名：
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