分析无线射频识别系统设计与应用-文章-基础课-模拟电路

分析无线射频识别系统设计与应用

时间:03-18 16:20 阅读:849次

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简介：将应答器看作有源应答器，在阅读器设计部分，将接收到的微弱电压信号进行放大，在利用解调电路取出有用信号，经过判别电路后再利用解码芯片，最后利用显示控制电路显示阅读器接收到的数据。所示该方案电路设计简单，容易硬件实施，可行性好。

1 总体方案设计

射频识别技术（Radio Frequency Identification,缩写RFID），射频识别技术是20世纪90年代开始兴起的一种自动识别技术，射频识别技术是一项利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。从信息传递的基本原理来说，射频识别技术在低频段基于变压器耦合模型（初级与次级之间的能量传递及信号传递），在高频段基于雷达探测目标的空间耦合模型（雷达发射电磁波信号碰到目标后携带目标信息返回雷达接收机）。1948年哈里斯托克曼发表的"利用反射功率的通信"奠定了射频识别技术的理论基础。

将应答器看作有源应答器，在阅读器设计部分，将接收到的微弱电压信号进行放大，在利用解调电路取出有用信号，经过判别电路后再利用解码芯片，最后利用显示控制电路显示阅读器接收到的数据。所示该方案电路设计简单，容易硬件实施，可行性好。

2 电路的理论分析与计算

2.1 耦合线圈的匹配理论

作为电磁能量的发射装置一耦合线圈，为了实现与系统的功率匹配，必须通过无源的匹配电路实现阻抗转换，使功率无反射地传输到耦合线圈。可以利用少量组件来实现相配的匹配电路。

本设计使用了该匹配电路，实现了阻抗匹配。要确定匹配电路的参数，需要测量出线圈的电感LS和导线的欧姆电阻RLS.

2.2 应答器的发射电路分析

应答器（Balise）：一种用于地面向列车信息传输的点式设备，分为固定（无源）应答器和可变（有源）应答器。主要用途是向列控车载设备提供可靠的地面固定信息和可变信息。应答器是一种能向车载子系统发送报文信息的传输设备，既可以传送固定信息，也可连接轨旁单元传送可变信息。

在应答器的发送器部分，首先由频率稳定的石英晶体振荡器产生所需的工作频率的信号。根据调制器的类型，执行对振荡器信号的ASK或FSK调制。此时基带信号会被直接馈送到频率合成器，再通过功率放大使调制后的信号达到所需电平，然后将调制后的放大信号输出耦合到初级线圈。

2.3 阅读器接收电路分析

阅读器接收电路由耦合线圈、放大器、解调器、解码器和显示部分组成。通过耦合线圈所得的电压信号经过放大器放大后，再经解调器解调得到载波信号，再经解码器解码和显示电路得到应答器所发送的数据。

3 程序及电路的设计与计算

3.1 阅读器电路的设计计算

本次所设计的阅读器电路由耦合线圈、放大电路、解调电路、解码电路和单片机显示电路组成。耦合线圈及放大器电路设计如图4所示。为了使阅读器线圈的耦合效率高，可将通过该线圈并联可调电容，使其谐振频率和应答器的工作频率一致，使阅读器线圈工作在谐振状态，并联谐振回路的谐振频率可由式（1）计算：

式中L为线圈的自感系数，测试得L=12.60μH,f为应答器的工作频率，因此应答器的工作频率选为13.56MHz,理论计算出C=10.9pF.

属于高频小信号放大器，S8050的fT典型值为200MHz,则电流放大倍数约为：

3.2 应答器电路设计计算

编码器设计由拨码开关和编码芯片VD5026构成，信息由拨码开关生成。

编码器电路

编码器（encoder）是将信号（如比特流）或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。编码器把角位移或直线位移转换成电信号，前者成为码盘，后者称码尺。按照读出方式编码器可以分为接触式和非接触式两种。接触式采用电刷输出，一电刷接触导电区或绝缘区来表示代码的状态是"1"还是"0";非接触式的接受敏感元件是光敏元件或磁敏元件，采用光敏元件时以透光区和不透光区来表示代码的状态是"1"还是"0",通过"1"和"0"的二进制编码来将采集来的物理信号转换为机器码可读取的电信号用以通讯、传输和储存。

载波振荡器采用74HC14构成的环行振荡器，功耗小，最小工作电压低，适合于3V电池供电。振荡器反馈中接入13.56MHz晶体滤波器，载波频率稳定度高。

调制器由高速CMOS器件74HC00构成，实现ASK调制。调制波形如图所示。调制输出信号经反向后直接送谐振回路。

振幅键控信号波形