RFID详细设计

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页编号统系别识FR的易简：称名目项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到初级线圈，完成 信息的传输。系统结构框图电源A功率放大电路天电源控制器频率合成器带通滤波电路整流电 路本源振荡电 路电路AT89C51片 机时钟产一 生电路二极管包络检 波电路方波整形电路本地振功率放大电路f ASKI制电路产LED数据显示A/D 转 换 心 片电压比较电路加密电路带通滤波电路二级甲类放大器功率检测开关编码电路拨码开关电源图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：一、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（或者说具图2皮尔斯电路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、工作环境温 度范围：-40 C+85C、电源电压：+12V、输出电压：1V主要参数：三极管工作在放大区，因此：R i 30 K , R 210 KR 31 K , L i 2 H反馈系数：F=C3/C1石英晶体选取：HC_49/U_13.56MH揭振工作原理：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。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。主要参数计算:C=3.3nF主要设计指标:1、输出功率 Pon 125mW、谐振频率f=13.56MHz、刀 65%、增益放大倍数A 5013.56MHz三级管工作在临界状态图3丙类功率放大器丙类功放0 c=60 -90 ,这里为方便计算，设0 c=70 % 0(70 )=0.25 ,集电极电流余弦脉冲基波ICM1系数 1(70，可得集电极电流余弦脉冲直流ICO系数 尸0.44。设功放的输出功率为0.5WA(1)集电极参数计算集电极电流脉冲的直流分量：ICO=ICmax, 0( 0 c)=216*0.25=54mA电源提供的直流功率：PD=VCCICO=12V*54mA0.65w集电极的耗散功率：PC=PD-PO=0.65w-0.5w=0.15w集电极的效率：刀=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兀型 LC低通滤波器，滤波电感可按经验取50- 100uH滤波电感一般取 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0.01uf。图3低通滤波电路主要设计指标：1、通带增益Av=5、截止频率f=125KHz、品质因数Q=0.707主要参数计算通带增益：截止频率： fc I2RR2C1C2品质因数： Q yA-同相比例因数：Aaf-R5R4四、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I 11“gl 才 HO主要设计指标：1、输出功率Po 125mW、y 65%、增益放大倍数：20、电源供电为12V,晶体管用2N2219主要参数：I2mAic2 20mAC 1C 2VCE 8V DE图5二级甲类功率放大电路原理图50五、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。主要设计指标:主要参数计算：w0=3b0kHzRC2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1、输出波形频率：250KHz、包络波形衰减率 125mW( 胃口 kQ、y 35%LR5 乏1g主要元件：12V 供电电源，晶体管用2N2219、增益放大倍数：20图十功率放大电路五、整流滤波电路图十一直流稳压电路主要性能指标： 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。六、天线线圈主要性能指标：1、线圈直径：约8cm2、线圈阻值：约0.3 Q主要元件：铜线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3cm1根据计算公式0小1aBzC/_2 _23/22(ar )式中，koiiNi/2为常数。对dBz/da 0的求解，可解得磁感应强度的最大值的条件为 a遍r ,也就是说，当线圈半径a一定时，在r a/42 0707a处时可获得最大场强。计算得出，线圈直径约为8cmi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9. 19.15: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10.2311.15:各个部分电路的焊接与调试测试11.1512.15 :成品的电路的测试与调整并对测试数据进行记录12.1512.30 :进行报告的填写与答辩准备任务、时间第蜩甄周制周翁蜩勤同第碉郛周卿周常明第1蜩第1调职2周引3日第1蜩氟5代期6周期7同第18周第1蜩第蜩图11进度计划与控制图棍系初门评器电器调报S口4、其他（需要说明的部分）统系别识FR的易简：称名目项完成人签名指导老师审查意见详细设计报告共 页第页何乃超闫宏 扬岳子皓 刘禹奇中国民航大学电子信息工程CDIO初级项目设计图1515