RFID详细设计要点.pdf

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1、1 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、5

2、1 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

3、、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 项 目 名 称 ： 简 易 的 R F I D 识 别 系 统 2 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

4、 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； 3 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

5、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

6、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_13.56MHz 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 HLKR KRKR 2,1 10,30 13 21 4 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

7、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IC

8、O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=54mA 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 MHz LC f56.13 2 1 0 5 基极输入的电压振幅： VBm=2Pi/

9、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

10、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 2 1 C C A v 2121 2 1 CCRR fc VF A Q 3 1 4 5 R R AAF 6 主要设计指标： 1、输出功率 Po125mW 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

11、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 主要性能指标： 1、谐振频率： 13.56Mhz 2、调制电阻： 10k 主要元件： 2N3906 12 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 图十一直流稳压电路 六、天线线圈 主要性能指标： 1、线圈直径：约8cm 2、线圈阻值：约0.3 主要元件：铜线 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

12、，为编码芯 片提供 12V的稳定直流电源。 13 322 4 2/322 2 110 )()(2ra a k ra aNi Bz 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， 2/ 110 Nik为常数。对0/ az ddB的求解，可解得磁感应强度的最大值的条件为ra2，也就是说，当线圈半 径a一定时，在 aar707.02/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

13、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 14 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 10.2311.15 ：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 图 11 进度计划与控制图 15 4、其他 （需要说明的部分） 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15 15 项 目 名 称 ： 简 易 的 R F I D 识 别 系 统