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1、无线识别装置中无源式应答器的设计第一章 绪论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”。本文论述了作者大学期间进行的RFID技术在无线识别装置中无源式应答器的研究与设计实践。1.1 RFID系统1.1.1什么是RFID系统RFID（R
2、adio Frequency Identification）系统称为射频识别系统。它不传统意义上的识别方式的本质区别在于：它的能量供应和数据交换是运用无线电和雷达技术实现的。RFID系统一般由两个部分组成:阅读器和应答器。如图1.1所示，是RFID系统的基本结构。时序应答器（非接触数据载体）射频识别阅读器能量耦合组件（线圈，微波天线）计算机图1.1 RFID系统的基本结构Fig. 1.1 The basic structure of RFID system应答器是射频识别系统（RFID）的数据载体，它通常放在需要识别的物件上，可以发送和接收信息，并以此进行读/写操作。应答器分为两大类，即：有源
3、应答器和无源应答器。所谓有源应答器顾名思义就是自己提供能量，来进行信息的收发；而我们通常意义上所讲的应答器都是指无源应答器，它由耦合组件和微电子芯片组成。在阅读器的响应范围外，它处于无源状态；而在阅读器的响应范围内，它才处于有源状态，所以我们称之为无源应答器。而它工作所需要的能量要通过耦合单元的传输。当然，有源应答器和无源应答器都有自己的缺陷，比如，有源应答器它就要在芯片上提供一个电源，这就增加了应答器的体积，而且如果是集成的话还限制了应答器的寿命，因为不管应答器的工作功率有多小，待机模式的耗电有多么的少，但是它总要消耗一定的能量，当然如果电池可换的话就是另外一回事了，前提当然是要牺牲体积了。
4、而无源应答器的一个致命的缺点便是工作距离，关于这部分的解释作者会在后面的章节详细的介绍，在这里就不想再多占篇幅了。应答器有几种实现的方式，通常我们接触到的射频卡就是一种比较常见的模式，还有一种是以器件的形式实现的，它的数据可以读、写、改，而且它的功能也要比射频卡强得多，比如在本课题识别上的应用，我们甚至可以看到它响应阅读器指令的结果：如果认证成功，则在应答器的终端显示结果；如果失败，则可以显示结果并给出失败的原因。当然如果设计和微机的接口的话就更方便数据的管理了，但是一个比较大的缺点就是体积太大了，不过在本文的设计中，作者以功能的实现为主要目标，所以其它的问题都是课题以后仍旧要努力的目标。1.
5、1.2 RFID系统的发展状况自动识别系统出现了迅速的发展，而且技术种类繁多。相继出现的主要自动识别系统有：条码系统、光学码系统、光学符号识别系统、生物识别法(包括语音识别、指纹鉴定法等)、IC卡、射频识别(RFID)系统。射频识别系统是IC技术的延伸和发展，它是无线电电频率识别的简称，即通过无线电波进行识别，同其它识别系统相比，射频识别有很多的优点。因此，射频识别开始有了较大的市场占有率，并且正在逐步取代原有的很多自动识别系统，如表1.1所示，表明了射频识别和其它的识别系统相比，有很多的优点：1)使用时无需和阅读器接触，操作快捷。2)抗干扰性强，允许多个应答器的同时操作。3)配合具体应用，具
6、有多种工作距离。4)由于使用时没有机械触点，提高了反应的可靠性和设备的寿命。5)应答器可以多功能使用。6)安全性高。7)不怕污染，可以在很恶劣的条件下替代其它接触式的识别方式。RFID系统最早的运用是在1945年，二次世界大战中用于战斗机IFF(Identify Friend or Foe)。但是作为真正的广泛应用却是近十几年的事情。比如1985年底瑞士开始投入研究铁路管理的RFID系统，到1989年共用了4年的时间才成功的将其应用到铁路管理系统，使铁路的管理以及火车的调度效率得到了大大的提高。到了90年代，国外有大量的研究及生产RFID系统的机构、公司成立，所有的这些都促进了RFID系统的标
7、准化。比如ISO于1995年后相继推出了ISO-11784动物识别，ISO-10374集装箱等标准。近年来在国外有很多公司都投入了一定的力量来研究移植性强的RFID系统的统解决方案，如TagMaster、TI、Motorola、Intel等；在韩国已经成功地将研究成果应用到了公交行业；欧盟将RFID技术用到“ICARE”和“CALYPSO”项目上，形成了一个基于RFID技术的“信用卡”系统；德国汉莎航空公司对高频率乘客发放的Miles&More卡，也是用RFID技术的，大大提高了机场的效率，节省了乘客的时间。这些应用的成功标志着RFID系统已经取得了信息系统中举足轻重的地位。现在国外已经在许多
8、领域，比如：服务领域、货物销售、后勤分配、商业部门、生产企业和材料流通等领域得到了快速的普及和推广。而在我国也有很多公司在进行这项技术的开发，如上海科芯智能卡科技有限公司、烟台威尔数据系统有限公司、杭州力汇电子有限公司、TagMaster(中国)有限公司、北京兰德华电子技术有限公司、上海华虹集成电路有限公司等，且已经开发了许多产品。这些产品已广泛用于服务、销售、分配等领域，如动物识别器、卡门禁机、指纹考勤机、电子闭锁防盗专置、产品产量统计、产品质量跟踪、产品防伪、公交车系统等。1.2主要工作及章节提要无线识别装置是2007年索尼杯全国大学生电子设计竞赛中的一个题目，无线识别装置由阅读器和应答器
9、组成，本文所论述的主要工作是无线识别装置中的无源式应答器的设计，无源部分的实现一是应答器上要有为应答器工作提供能量的无源单元，二是阅读器 所以尽管会涉及到阅读器部分，但是重点无疑是在应答器部分，而本论文的工作也将着重介绍无源式应答器部分。在本设计中的要求是不能使用现有射频识别卡或用于识别的专用芯片，所以在设计中基本都采用的是集成电路和分离元件，而在无源式应答器和阅读器当中分别采用了PT2262编码芯片和PT2272解码芯片，这样不仅系统组成简单，成本低，功耗小，而且PT2262起始工作电压低，能很好的满足无源式应答器的无源要求。章节提要：第一章主要介绍了射频识别（RFID）系统的定义、组成以及
10、RFID系统的发展状况。第二章是本人设计无线识别装置所提出的总体方案和调制方式的方案并对这些方案进行的论证和比较。第三章是无线识别装置总体电路设计，包括了阅读器部分以及无源式应答器部分的组成方框图和总体电路图。第四章是无线识别装置各主要电路设计，包括耦合线圈的匹配理论，阅读器的发射电路分析、接收电路分析、有源晶振单元、功率放大单元、电源单元以及PT2272解码单元，并着重介绍了无源式应答器的电路设计，包括无源式应答器的电源单元、555时钟单元以及PT2262编码单元，在本章最后列出了该系统阅读器和无源式应答器的工作流程图。第五章介绍的是作者对该系统进行测试的测试方法与测试数据。第六章是作者对无
11、线识别装置设计的总结以及对无线识别装置的展望。第二章 无线识别装置方案论证与比较2.1总体方案论证与比较方案一：如图2.1所示，采用单片机与有源晶振振荡器组成无线识别系统。阅读器：用串口通信方式扫描应答信号，接受到应答信号后，判别其是否有效，若有效则显示应答器信息，并蜂鸣提示。应答器：当靠近阅读器时，通过线圈耦合获得工作能量，读取拨码开关状态，发送应答信号。特点：采用单片机异步串口通信方式，具有较高的显示正确率。但对于本设计任务，考虑到耦合能量有限，不足以驱动单片机。该方案不太合适。89S5289S52耦合线圈耦合线圈串口无线传输无源式应答器阅读器图2.1 无线识别装置方案一方框图Fig.2.
12、1 Block diagram of the first programme of wireless identification device振荡器拨码开关发光二极管检波整形 方案二：如图2所示，采用PT2262编码芯片，与PT2272解码芯片组成无线识别系统。应答器通过四位拨码开关进行卡号设置，PT2262对卡号进行编码并通过耦合线圈发射出去；阅读器通过耦合线圈接收信号并交给PT2272解码芯片译码输出应答器卡号，由发光二极管显示。特点：系统组成简单，成本低，功耗小，且PT2262起始工作电压低非常适合能量供应有限的场合。编码芯片解码芯片发光二极管四位拨码开关耦合线圈耦合线圈无线传输无源式
13、应答器阅读器图2.2 无线识别装置方案二方框图Fig.2.2 Block diagram of the secend programme of wireless identification devices结合以上分析实际情况，我们采用方案二。2.2调制方式论证与比较方案一：频移键控（FSK）。传输速率快，数据正确率高，但调制电路复杂，成本高，尤其功耗较高，而且解调电路较为复杂。本题目要求低功耗，且对通讯指标要求不是很苛刻，如传输数据正确率80%，响应时间5S，故不宜选用该方案。方案二：幅移键控（ASK）。调制电路简单，功耗较低，常用于简单的低速数据通信，解调电路也十分简单，满足本设计任务要求
14、，综合考虑我们选用该方案。2.3 555时钟电路的控制对象论证与比较方案一：用555时钟电路控制阅读器和应答器，也就是在阅读器和应答器当中都使用555时钟电路。当阅读器向应答器辐射能量时应答器只接收能量，当应答器进行编码并发射时阅读器停止向应答器辐射能量而只接收应答器发来的编码信号并对其进行解码和显示，但在实际工作中，很难保证阅读器和应答器同步，所以不采用此方案。方案二：用555时钟电路控制应答器，阅读器不使用该电路。这样的设计就是让阅读器不停地工作，定时电路控制应答器接受能量、储能以及编码并发送，但因为应答器的输出功率太小，如果阅读器那边连续辐射信号，阅读器就无法接收到应答器的信号，所以也不
15、采用此方案。方案三：用555时钟电路控制阅读器，应答器不使用该电路。也就是应答器会不停地工作，而阅读器间歇的工作，这样就能够很好的保证阅读器能够接收到应答器发送的编码信号并进行解码显示。所以本设计中采用此方案。2.4 功率放大电路设计的论证与比较方案一：采用3355和2035两种三极管的功率放大电路，如图2.3所示。这个放大电路理论上能够满足本设计的需要，但在实际操作的过程中因为实验室的接地不好，电烙铁带电，3355很容易烧坏，因此本设计中不采用该方案。方案二：采用9014和2053的功率放大电路，用9014代替3355。该电路不仅能够满足本设计的需要而且9014不易烧坏、工作也比较稳定，因此
16、本设计中采用该方案第三章 无线识别装置总体电路设计对于无线识别装置本设计采用这样的设计思想：阅读器所需电能由单电源供电，首先振荡电路产生电能，经过放大电路放大后由线圈发射给应答器，应答器线圈接收到能量信号后对该信号进行放大整流为应答器的提供所需的工作电压，这样就实现了应答器的无源，然后应答器中有了电能后，PT2262读取拨码开关值并对其进行编码，编码信号经过ASK调制后由振荡电路发射出去，此时阅读器线圈感应到由无源式应答器发送来的编码信号通过检波电路检波之后发送给PT2272，PT2272对编码信号进行解码并在发光二极管上显示，二极管的显示与无源式应答器的拨码开关值相对应，这样就完成了无线识别
17、。本章主要介绍了无线识别装置的阅读器和应答器的总体电路设计。3.1阅读器部分如图3.1所示，电能由振荡电路产生经后续多级放大电路放大，通过耦合线圈发送出去；阅读器通过耦合线圈接收应答器发送的信号，信号经检波电路检波后送给PT2272串口接收，PT2272对编码信号进行解调后输出识别结果。振荡电路与检波电路是独立周期工作的，周期由555时钟电路产生，独立工作由继电器控制。发光二极管演PT2272耦合线圈检波电路振荡电路单电源信号电磁能放大电路555时钟电路继电器图3.1 阅读器组成方框图Fig.3.1 Block diagram of readers 3.2无源式应答器部分如图3.2所示，应答器
18、通过耦合线圈谐振耦合获取能量，再经放大整流电路向储能电容充电获得系统工作所需电能；当电容电压经电压判断电路判断达到指定幅值时，应答器开始工作，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，编码信号再经ASK调制，从耦合线圈辐射出去。PT2262耦合线圈图3.2无源式应答器组成方框图Fig.3.2 Block diagram of the passive pransponder放大整流电路信号电磁能电能拨码开关ASK调制振荡电路3.3无源式应答器总体电路图无源式应答器电路，见图3.3图3.3 无源式应答器电路图Fig.3.3 The circuit of the
19、passive pransponder第四章 无线识别装置各主要电路设计4.1耦合线圈的匹配理论耦合线圈的匹配主要采用磁场耦合，通过电感与电容发生LC谐振。在指定的频率下，可以通过改变电感大小或者电容大小，从而达到谐振频率。当两个线圈发生谐振并且靠得比较近时，其中一个线圈里的电流所产生的磁场在另一个线圈中产生感应电动势。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。由圆形线圈的电感计算公式： （4-1）其中：N为线圈匝数；r为线圈的半径(cm)；b为线圈绕制的长度（cm）；c为线圈的厚度(cm)；
20、耦合线圈1、2的电感计算值为14.1uH，实际测量两个线圈电感值都为11.2uH,可以看出电感线圈的计算值与实际值非常接近。线圈与可变电容组成并联谐振回路，线圈电感为11.2uH,可变电容容量为525PF，根据谐振频率公式： （4-2）可得谐振频率为：21MHZ到9MHZ之间。对回路进行谐振频率测量得到谐振频率为11.4MHZ。因而，阅读器采用11.0952MHZ有源晶振产生接近与谐振频率的能源载波频率。应答器也采用11.0952MHZ有源晶振作为载波频率。4.2阅读器部分电路设计本设计的题目是无源式应答器的设计，应答器要实现无源的过程是阅读器发射电路产生频率为11.0952MHz的信号，经过
21、耦合线圈发送至应答器，应答器接收信号后经过无源式应答器的电源单元为应答器工作提供能量。阅读器发射电路由有源晶振单元和功率放大单元组成。在本节中将介绍阅读器中与实现无源式应答器功能相关的一部分电路设计。4.2.1阅读器发射电路分析1.阅读器有源晶振单元 阅读器和无源式应答器都采用有源晶振单元，不同的是阅读器的有源晶振单元供电是来外接电源，而无源式应答器的有源晶振单元则是由自身的电源单元供电，关于有源晶振单元将会在本章的无源式应答器电路设计部分详细介绍。2.功率放大单元如图4.1所示，Q1、R1、T1、C5组成缓冲级，增大信号的驱动能力，然后送给由L2、C10组成的二阶低通滤波器，滤除放大过程中产
22、生的谐波。Q2、L1、R2组成功率放大级，Q2采用2SC2053，2053是高频中功率三极管，有较大的输出功率，而且能够承受较大的电流，综合功耗和作用距离等相关因素，可知2053是极佳的选择。经过2053功率放大后的信号再次经过一个由L3、C11组成的二阶低通滤波器，滤除功率放大过程中产生的谐波，以便使电路工作在最佳状态，最后，能量信号经电感线圈辐射出去，供给应答器使用。这里需要指出，缓冲级和功率放大级采用的都是甲类放大电路的形式，所以比较容易产生谐波，所以需要不断的进行滤除高次谐波，使电路工作在最佳状态。而考虑到9014的静态工作点，则必须要使用中周即T1，如果没有中周，相当于9014没有供
23、电，9014不会工作。图4.1功率放大单元电路Fig.4.1 Power amplifier module circuit 4.2.2电源单元在阅读器设计中，有源晶振单元和PT2272解码芯片使用5V电源，功率放大单元采用8V供电，因此，使用三端集成稳压器LM7805为有源晶振单元和PT2272解码芯片提供5V电源，而功率放大单元所需的8V由外接电源直接供给，本着简洁实用的原则，电源电路如图4.2所示。图4.2 阅读器电源单元电路Fig.4.2 Power unit Circuit of reader4.2.3 555时钟单元555时钟单元在本设计中也起到了关键的作用，它控制着阅读器的工作状态
24、，当555输出高电平时控制振荡电路开始工作，并向应答器辐射能量；当555输出低电平时振荡电路停止工作而2272芯片开始工作，对发来的信号进行解码并显示。555时钟单元采用LM555芯片，LM555是美国国家半导体公司的时基电路，是使用极为广泛的的一种通用集成电路。LM555功能强大、使用灵活、适用范围广，可用来产生时间延迟和多种脉冲信号，别广泛用于各种电子产品中。 LM555引脚图及各引脚说明见图4.3和表4.1。图4.3 LM555引脚图Fig.4.3 Figure-pin of LM555表4.1 LM555各引脚说明Tab.4.1 The description of pin of LM
25、555编号名称说 明1GND地线2TRIGGER触发3OUTPUT输出4RESET复位5CONTROLVOLTAGE控制电压6THRESHOLD阈值7DISCHARGE放电8V+电源LM555时基电路内部由分压器、比较器、触发器、输出管和放电管组成，如图4.11所示，是模拟电路和数字电路的混合体。其中6脚为阈值阀，是比较器的输入；2脚为触发器，是下比较器的输入；3脚为输出端，有0和1两种状态，它的状态由输入端所加电平决定；7脚为放电端放电端，是内部放电管的输出，它有悬空和接地两种状态，也是由输出端的状态决定；4脚为复位端，低电平时可使输出端为低电平；5脚为控制电压端，可以用它改变上下触发电平值
26、；8脚为电源，1脚为地。图4.4 LM555时基电路内部结构图Fig.4.4 The internal structure of the clock circuit of LM555 LM555的8脚是集成电路工作电压输入端，电压为518V，以VCC表示；从图4.4内部结构图上可以看出，上比较器A1的5脚接在R1和R2之间，所以5脚的电压固定在2VCC/3上；下比较器A2接在R2与R3之间，A2的同相输入端电位被固定在VCC/3上。在这个图中1脚为地；2脚为触发输入端；3脚为输出端，输出的电平状态受触发器控制，而触发器受上比较器6脚和下比较器2脚的控制。当触发器接收到上比较器A1从R脚输入的高
27、电平时，触发器被置于复位状态，3脚输出低电平；当触发器接受下比较器A1从S脚输入的高电平时，触发器被置于复位状态，3脚输出高电平；2脚和6脚是互补的，2脚只对低电平起作用，高电平对它不起作用，即电压小于1VCC/3，此时3脚输出高电平。6脚为阈值端，只对高电平起作用，低电平对它不起作用，即输入电压大于2VCC/3，3脚输出低电平，但有一个先决条件，即2脚电位必须大于1VCC/3时才有效。3脚在高电位接近电源电压VCC，输出电流最大可达200mA。4脚是复位端，当4脚电位小于0.4V时，不管2、6脚状态如何，输出端3脚都输出低电平。5脚是控制端。7脚是放电端，与3脚输出同步，输出电平一致，但7脚
28、并不输出电流，所以3脚称为实高（或低）、7脚称为虚高。一般可以把LM555电路等效成一个大放电开关的R-S触发器，如图4.5所示。这个特殊的触发器有两个输入端：阈值端（TH）可以看成是置零端R，要求高电平；触发端（TR）可以看成是置位端S，低电平有效。它只有一个输出端OUT，OUT可等小城触发器的Q端。放电端（DIS）可以看成有内部放电开关控制的一个接点，放电开关由触发器的反Q端控制：反Q=1是DIS端接地；反Q=0时DIS端悬空。此外这个触发器还有复位端R，控制电压端CV，电源端VCC和接地端GND。TH51487263THOUTDIS110接地101Qn保持*01开路0*0接地 图4.5
29、LM555等效为R-S触发器Fig.4.5 LM555 equivalent to R-S Trigger图4.6就是本阅读器的时钟单元，其中555，R1，C3，R2组成了周期为3秒左右，占空比为5/6的时钟电路，3脚与有源晶振和继电器相连，用9014的导通与截止来控制晶振的工作与否，而继电器是控制耦合线圈与检波电路的通断。具体来讲就是当555输出为1时，9014导通，有源晶振模块开始工作，继电器控制的耦合线圈与检波电路的断开；当555输出为0时，有源晶振模块停止工作，而由继电器控制的耦合线圈与检波电路的连接，从而使PT2272模块开始工作。图4.6 LM555时钟单元Fig.4.6 The
30、structure of the clock circuit of LM555这里需要指出，之所以采用这样的控制方式是因为当应答器向阅读器发射编码信号时的输出功率太小，如果阅读器正在向外辐射能量，那么阅读器就无法接收到应答器的信号，所以阅读器一定要间歇的向应答器辐射能量，以保证阅读器能够接收到应答器发射来的编码信号。在本设计中，555输出的时钟占空比为5/6，既使555大多数时间都输出高电平，既有效信号，因为周期是3秒，采用这样的占空比可以让晶振电路工作2.5秒，停止0.5秒，这样阅读器就可以有0.5秒的时间来接收应答器发来的编码信号了。4.3 无源式应答器电路设计无源式应答器包括有源晶振单元
31、、无源式应答器的电源单元和2262编码单元三部分，这些单元电路设计将会在下面的小节当中逐一介绍。4.3.1无源式应答器的电源单元如图4.7是应答器的电源单元，D6D9组成了桥整流，C1为整个应答器储存能量，图中L1就是应答器的耦合线圈。图4.7 无源式应答器电源单元Fig.4.7 Power unit of the passive transponder4.3.2 PT2262编码单元及PT2272解码单元在本设计中PT2262和PT2272是实现无线识别装置中“识别”的重要的两个芯片，PT2262用在无源式应答器当中，用来读取拨码开关值并对其进行编码，而PT2272用在阅读器部分，是对无源式
32、应答器发送来的编码信号进行解码并在发光二极管上显示，显示结果与拨码开关值相同则实现了识别的功能。虽然PT2272与无源式应答器的电路设计无关但考虑到两个芯片关系密切，而且是本系统中的重要组成部分，所以在此一并介绍。PT2262/2272芯片是一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编解码芯片，是目前在无线通讯电路中作地址编码识别最常用的芯片之一。PT2262/2272最多可有12位(A0-A11)三态地址端管脚(悬空,接高电平,接低电平),任意组合可提供531441地址码。PT2262最多可有6位(D0-D5)数据端管脚,设定的地址码和数据码从17脚串行输出，可用于无线遥控发射电路。编码芯片PT
33、2262发出的编码信号由：地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，解码芯片PT2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平。PT2262特点：1、CMOS工艺制造，低功耗2、外部元器件少3、RC振荡电阻4、工作电压范围宽：2.6-15V5、数据最多可达6位6、地址码最多可达531441种PT2262编码芯片引脚图如图4.8所示；各引脚功能如表4.2所示。图4.8 PT2262引脚图Fig.4.8 Figure-pin of PT2262 表4.2 PT2262各引脚功能 Tab.4.2 Function of pin of PT226
34、2名称管脚说 明A0-A111-8、10-13地址管脚,用于进行地址编码,可置为“0”,“1”,“f”(悬空),D0-D57-8、10-13数据输入端，有一个为“1”即有编码发出，内部下拉Vcc18电源正端（）Vss9电源负端（）TE14编码启动端，用于多数据的编码发射，低电平有效；OSC116振荡电阻输入端，与OSC2所接电阻决定振荡频率；OSC215振荡电阻振荡器输出端；Dout17编码输出端（正常时为低电平）34第二次发送的编码11第一次发送的编码图4.9 PT2262波形图Fig.4.9 Waveform of PT2262图4.9是PT2262的一段波形，可以看到一组一组的字码，每组
35、字码之间有同步码隔开。2262每次发射时至少发射4组字码，2272只有在连续两次检测到相同的地址码加数据码时才会把数据码中的“1”驱动相应的数据输出端为高电平和驱动VT端同步为高电平。下面我们来仔细看一下PT2262的波形特征：振荡频率f=2*1000*16/ROSC（），其中ROSC为振荡电阻单位为。这里我们选用的是一种比较常用的频率f10（）, ROSC =3.3(以下同)。下图是振荡频率与码位波形的对应关系：a=两倍的时钟振荡周期a32a2*OSC数据“0”数据“1”数据“f”同步码头波形：注：1位宽=32a4倍位宽=128s1/8位宽=4aPT2262有三种编码：0，1，和悬空(表示为
36、f)。数据“0”发送的码位如下：10780码3593591078数据“1”发送的码位如下：107810783593591码数据“f”发送的码位如下：f码35935910781078PT2272 解码芯片引脚图，如图4.10所示；各引脚功能如表4.3所示。图4.10 PT2272 解码电路引脚图Fig.4.10 Figure-pin of PT2272 decoding circuit表4.3 PT2272各引脚功能Tab.4.3 Function of pin of PT2272 名称管脚说 明A0-A111-8、10-13地址管脚,用于进行地址编码,可置为“0”,“1”,“f”(悬空),必须
37、与2262一致,否则不解码D0-D57-8、10-13地址或数据管脚,当作为数据管脚时,只有在地址码与2262一致,数据管脚才能输出与2262数据端对应的高电平,否则输出为低电平,锁存型只有在接收到下一数据才能转换Vcc18电源正端（）Vss9电源负端（）DIN14数据信号输入端，来自接收模块输出端OSC116振荡电阻输入端，与OSC2所接电阻决定振荡频率；OSC215振荡电阻振荡器输出端；VT17解码有效确认 输出端（常低）解码有效变成高电平（瞬态）PT2272解码芯片有不同的后缀，表示不同的功能，有L4/M4/L6/M6之分，其中L表示锁存输出，数据只要成功接收就能一直保持对应的电平状态，
38、直到下次数据发生变化时改变。M表示非锁存输出，数据脚输出的电平是瞬时的而且和发射端是否发射相对应，可以用于类似点动的控制。后缀的6和4表示有几路并行的控制通道，当采用4路并行数据时（PT2272-M4)，对应的地址编码应该是8位，如果采用6路的并行数据时(PT2272-M6)，对应的地址编码应该是6位。在通常使用中，我们一般采用8位地址码和4位数据码，这时编码电路PT2262和解码PT2272的第18脚为地址设定脚，有三种状态可供选择：悬空、接正电源、接地三种状态，3的8次方为6561，所以地址编码不重复度为6561组，只有PT2262和PT2272的地址编码完全相同，才能配对使用，所以PT2
39、262和PT2272在出厂时八位地址编码端全部悬空，这样可以很方便选择各种编码状态，如果想改变地址编码，只要将PT2262和PT2272的18脚设置相同即可，例如将PT2262的第1脚接地第5脚接正电源，其它引脚悬空，那么PT2272只要也一样第1脚接地第5脚接正电源，其它引脚悬空就能实现配对。当两者地址编码完全一致时，D1D4端输出约4V互锁高电平控制信号，同时VT端也输出解码有效高电平信号。在本设计中PT2272采用的是锁存型的芯片，即PT2272-L4，这种芯片可以有较高的稳定性。以上就是对本设计中编码单元PT2262芯片和解码单元PT2272芯片的介绍，PT2262和PT2272的工作
40、过程是：阅读器上电后，无源式应答器接收到阅读器提供的电能PT2262就开始不停地工作，PT2262读取拨码开关值并对其进行编码，编码信号通过ASK调制和晶振电路后通过线圈发射出去，应答器接收到编码信号后经过检波电路把信号发送至PT2272，PT2272对该信号进行解码并使发光二极管显示结果。4.3.3无源式应答器的发射电路设计无源式应答器的发射电路应该由晶振单元和功率放大单元组成，但考虑到本设计的应答器是无源的，而功率放大电路功耗太高，无源式应答器不足以提供，而且本设计中的晶振单元的输出幅度已经足够大，足以让阅读器接收到，综合以上考虑，在无源式应答器的发射电路设计中不采用功率放大电路，而只用晶
41、振电路。在本设计中，为了简化电路，采用有源晶振作为振荡器，它频率稳定，电路简单，调试容易而且输出幅度大，如图4.3所示，就是是阅读器和应答器都采用的有源晶振单元。设计有源晶振电路采用了这种思想，就是因为有源滤波器输出的是方波，方波是由基波和奇次谐波合成的，可知，谐波的频率大于基波，所以，在有源晶振的输出端加上一个低通滤波器，经过二阶低通滤波器滤除高次谐波，从而得到稳定的正弦波输出，这样的设计会使整个设计极大地简化，如果按照常规做法，则这个设计必然会相当复杂，而且调试极为困难。并联谐振回路由线圈与可变电容组成，测得线圈电感为11uH,可变电容容量为525PF，所以由谐振频率公式： （4-1）可得
42、谐振频率为：9MHz到21MHz之间。对回路进行谐振频率测量得到谐振频率为11.4MHz。因而，阅读器采用11.0952MHz有源晶振产生接近与谐振频率的能源载波频率。图4.11中，L5和C9、C13组成了二阶低通滤波器。有源晶振产生的方波经二阶低通滤波器后得到频率为11.0592MHz的正弦波，通过C8送给功率放大级。这里需要指出，有源晶振本身输出的波形幅值已经很大，所以在无源式应答器部分不需要在进行功率放大，而阅读器部分只需要两级简单的功率放大就可以达到要求。图4.11有源晶振单元电路Fig.4.11 Active crystal unit circuit4.3.4 ASK调制单元本设计中
43、的实现ASK调制采用9014三极管，当2262输出“1”时，9014导通，有源晶振工作；当2262输出“0”时，9014截止，有源晶振不工作，这样就实现了ASK调制。4.4无线识别装置工作流程图1阅读器工作流程图，见图4.12能量辐射，持续2.5S2272译码芯片译码显示应答器信息结束图4.12 无线识别装置阅读器工作流程图Fig.4.12 Work flow chart of the reader of wireless identification device图4.13无线识别装置无源式应答器工作流程图Fig.4.13 Work flow chart of the passive tra
44、nsponder wireless identification device获得电能读取拨码开关状态发送信号结束开始2262编码芯片编码ASK调制开始接收信号，持续0.5S放大，检波，整形2无源式应答器工作流程图，见图4.13第五章 测试方法与测试数据5.1耦合线圈电感量大小与谐振频率测试方法：直接用LC METER测耦合线圈电感量，用射频信号发生器与示波器测试耦合线圈并联一电容后的谐振频率。测试数据：（见表5.1）测试时间：2008-5-10测试项目测试仪器测试结果耦合线圈电感量SE Model LC-9243 LC METER11.0H谐振频率TFG2030V DDS函数信号发生器30M
45、HZGOS-620 20MHZ示波器11.4MHZ表5.1耦合线圈电感量大小与谐振频率Tab.5.1 Inductance and Resonant frequency of coupled coils测试结果分析：谐振频率为11.4MHZ，因而采用载波频率为11.0592MHZ，可微调电容实现谐振。5.2整机调试与测试1识别正确率与识别时间测试测试方法：阅读器接+15V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：2008-4-16测试结果：（见表5.2） 识别距离：5cm测试次数应答器编码阅读器识别结果识别时间（s）10001（1）0001（1）3s20010（2）0010（2）3s30100（4）0100（4）3s41000（8）1000（8）3s51111（F）1111（F）3s测试结果分析：在距离5cm的情况下，识别率为100%，误码率为零。表5.2识别正确率与识别时间测试结果Tab.5.2 Correct rate and time of identification test results2识别距离测试测试方法：阅读器接+15V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5cm，每次
