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无线识别装置
无线识别装置设计论文
作品名称：
无线识别装置
参赛队员：
指导教师：
完成时间：
2011年7月15日
摘要：
通过基于PT2272解码芯片为核心，利用分立元件设计并实现了一种RFID阅读器。
射频卡以有源方式利用ASK调制将应答器所携带的信息调制并耦合出去,载波频率为4MHZ。
阅读器部分包括选频滤波、信号放大、包络检波、低通滤波以及解码显示等电路，选频滤波部分将应答器发出的信号接收交由AD603构成的放大器进行信号放大；放大后的信号通过二极管包络检波电路检出并送至低通滤波电路得到所需的基带信号；再由PT2272解码芯片对该信号进行解码并通过显示电路识别出应答器发出的信息。
其中应答器与阅读器之间的信息传递是通过耦合线圈实现的，电磁波通过该线圈在应答器和阅读器之间进行能量和信息的传递，耦合线圈由10匝小于1mm的漆包线紧密环绕绕制而成。
整个电路具有结构简单、低功耗、低成本的特点，可用于读取一般的射频卡，识别距离可达3～6cm，能够应用于普通门禁、公交等系统中。
关键词：
阅读器，ASK，包络检波，解码
·目录
1引言4
2无线识别阅读器总体电路设计4
2.1阅读器总体电路框图设计4
2.2阅读器总体电路图4
2.3应答器电路图5
3无线识别装置各主要电路设计6
3.1耦合线圈的匹配理论6
3.2运算放大电路分析7
3.3二极管包络检波电路分析7
3.4功率放大电路分析8
4.1整机调试与测试8
4.1.1线圈接收端的原始信号8
4.1.2包络检波后信号波形图9
4.1.3OP37放大后的波形图9
4.2.识别正确率测试10
4.3识别距离测试10
5结语11
1引言
当今各种智能化控制系统离不开数据信息的传输。
其中，无线数据传输是区别于传统有线传输的新型传输方式，系统不需要传输线缆且成本低廉。
射频识别技术是无线电技术在自动识别领域应用中的具体运用，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。
近年来，随着芯片技术，天线技术以及计算机技术的不断发展，RFID系统的体积，功耗越来越小，成本越来越低，功能日趋灵活，操作快捷方便，加上其擅长多目标识别，运动目标识别，方便物品跟踪和物流管理的突出特点，RFID系统日益广泛的应用于各种生产生活场所，扮演着越来越重要的角色，被评为“带来了一个进化的无线市场。
2无线识别阅读器总体电路设计
2.1阅读器总体电路框图设计
如图1所示，阅读器通过耦合线圈接收到信号，进行选频放大，通过AD603进行前级放大，后级检波，信号最终进入解码芯片进行解码，从而驱动二极管显示电路显示阅读器结果值。
图1阅读器组成方框图
2.2阅读器总体电路图
阅读器电路原理图，见图2所示，接收电路通过线圈耦合接受发射信号，通过AD603放大，用包络检波出原发射基带信号，输出信号再经过0OP37进行放大，最后通过与PT2262对应的解码芯片PT2272进行解码，恢复出原始信号，再通过高电平驱动二极管显示初始按键值。
图2阅读器电路图
2.3应答器电路图
本节简单介绍了无线识别应答器的工作原理。
如图3所示，应答器使用四个按键拨码开关进行编码设置，当任意按键拨下时，电路导通，开始工作，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，并经过8550三极管电路的功率放大，增加信号强度。
从耦合线圈L1辐射出去。
图3应答器电路原理图
3无线识别装置各主要电路设计
3.1耦合线圈的匹配理论
耦合线圈的匹配主要采用磁场耦合，信号通过晶振产生，通过两个绕制完全相同的线圈，进行信号的无线传输。
前级发射端加入功率放大模块，加强发射信号强度。
后级接收端线圈耦合后的信号同样经过运算放大，最终得到解调信号送到输出端。
本设计中的耦合线圈根据大学生电子竞赛的要求采用直径约为0.5mm的漆包线密绕10圈形成直径为6.5cm的线圈，线圈总长2.14米，厚度为5mm。
实测电感为14~20mH.
3.2运算放大电路分析
阅读器电路通过LC振荡接收到调制ASK信号后，首先进行信号放大，如图4所示，本设计选用AD603芯片和外围电路构成运算电路，接收到的信号通过AD603的3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。
图4阅读器运算放大电路
3.3二极管包络检波电路分析
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。
如图5所示，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，放电快。
在输入信号作用下，二极管导通和截止不断重复，直到充放电达到平衡后，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。
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，避免了惰性失真和负峰切割失真。
图5二极管包络检波电路图
3.4功率放大电路分析
如图6所示，为功率放大模块，三极管采用8550.输入端接入晶振信号，输出信号接入线圈，通过线圈耦合实现无线传输。
本模块电流增益有R7和R8，共同确定，实测放大倍数为3倍，所以该电路符合题目要求·
4.1整机调试与测试
4.1.1线圈接收端的原始信号
无线识别系统阅读器首先通过接收线圈接收经线圈耦合传送来的调制信号，如图7所示，调制信号为ASK信号，其中基带信号为编码芯片的编码脉冲值，载波为4MHZ晶振产生的正弦波信号。
图7接收端初步信号
4.1.2包络检波后信号波形图
线圈接收到信号后，通过包络检波得到解调后的信号，具体波形如下图所示：
图8解调后信号
4.1.3OP37放大后的波形图
经检波后，由于信号较弱，接入OP37运算放大。
电路设置为可调放大，最大放大倍数为100倍，放大后具体波形如下图所示：
图9放大后信号
4.2.识别正确率测试
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5cm，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：
2011-7-14
测试结果：
（见表1）
测试次数
应答器编码
阅读器识别结果
1
0001
0001
2
0010
0010
3
0100
0100
4
1000
1000
5
1111
1111
表1识别正确率与识别时间测试结果
测试结果分析：
在距离5cm的情况下，识别率为100%，误码率为0。
4.3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3cm，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：
2011-7-14
测试结果：
（见表2）
测试次数
识别距离（cm）
识别正确率（%）
1
1
100
2
2
100
3
3
100
4
4
100
5
5
100
6
6
80
表2识别距离测试结果
5结语
本次作品主要由两部分组成，阅读器和应答器。
中间通过线圈耦合传输信号，在初期制作时，线圈的耦合性很重要，耦合性的好坏决定了传输信号的强弱，以及检测电路是否能正常工作。
放大芯片的选择也很重要，实用AD603能很好的对高频信号进行放大，但由于AD603的增益带宽积为9MHZ,所以对4MHZ的频率信号只能放大2倍多，所以在检波电路之后又加入了OP37同相放大，最终驱动LED灯显示，制作过程中虽然遇到了很多问题。
但在共同努力下，我们还是解决了这些问题。
整理后的理解，我们相信我们能学到更多！
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