基于51单片机的无线识别装置系统设计

2011-02-19 17:05:50来源: 互联网 关键字:51单片机  无线识别

  1 引言

  射频识别是一种非接触式的自动识别技术,它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。射频识别工作无须人工干预,非接触,阅读速度快,无磨损,不受环境影响,寿命长,便于使用。目前,射频识别技术在国外发展非常迅速,射频识别产品种类繁多,已广泛用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理等众多领域,如汽车、火车等交通监控;高速公路自动收费系统;停车场管理系统;物品管理;仓储管理;车辆防盗等。由于我国射频识别技术起步较晚,除用于中国铁路的车号自动识别系统外,仅限于射频公交卡的应用。

  在此,给出一种实现简单射频识别系统的方式。阅读器和应答器均包含在单片机控制系统中,利用2ASK调制与解调电路以及匹配网络电路,使整个系统的可识别有效距离约为10 cm,这已能够符合一般应用的需求。

  2 系统设计概述

  系统设计主要分阅读器、应答器、线圈3部分。阅读器采用晶振1和晶振2,分别提供应答器的功率驱动信号和数字调制信号。晶振1产生的振荡信号经过带通滤波器处理后,进行功率级放大,并通过匹配网络进行阻抗变换,以最大效率从线圈发射出去,为应答器提供所需的工作能量。晶振2产生的信号经过低通滤波器滤除高频杂波后,送往开关电路;手动设置的信息,南单片机转换为相应的控制信号,控制开关的通断,从而形成2ASK调制信号,与应答器进行通信。此外,阅读器还需将线圈上接收到的应答信号滤波放大并检波,最终获取有效信息,并由串口读取。图1给出阅读器结构。

阅读器结构

  晶振产生振荡信号后,经低通滤波器去除高频杂波,送往开关电路,作为2ASK的载波信号。控制开关电路通断的信号由操作者通过拨码开关手动设置,并由单片机读取后产生相应的控制信号。同时,应答器通过线圈接收功率驱动信号,待整流滤波后,得到直流电平,然后作DC—DC变换,以获取最终所需的直流电平,供整个应答器部分工作。图2给出了应答器结构。

应答器结构

  3 硬件电路

  3.1 阅读器与应答器2ASK调制解调电路

  2ASK的载波信号是2MHz正弦波,它由有源晶振产生的方波经过低通滤波器得到。数字调制信号从CPU的串口输出,经过模拟开关MX7501控制信号通断,产生了2ASK信号。Ll,L2,C1和C2构成了二阶巴特沃兹低通滤波器,输出为近似正弦波的2 MHz信号。R1与R4使LC滤波器阻抗匹配。当EN为0时,OUT为0;反之为S1通道信号。图3给出阅读器的2ASK调制电路。

读器的2ASK调制电路

  图4给出了解调电路。通过匹配网络的2ASK信号幅度低,噪声大,需要经过三级处理才能解调出数字信号。首先通过OP37中高速运算放大器将信号放大5倍,再经过高速比较器MAX910中的比较器A,将毛刺状信号加宽,减小噪声,D/A输出经L1,C1和C2组成的低通滤波器,取直流分量,这相当于包络检波。LC低通滤波器的截止频率为480 HZ。最后将该信号进行比较整形,得到数字调制,再经QB输入到单片机串口。

解调电路

  3.2 发射电路

  有源晶振产生的8 MHZ方波经带通滤波器取出8 MHz的正弦信号,并通过功率放大器后输出到线圈上。图5中,L3,L4,C7和C8构成了二阶8 MHz的巴特沃兹带通滤波器,用以滤除谐波分量。VQ1为集射极跟随器,用以调节R3,使其静态工作电流约为1.5 mA,该级电路起到与信源隔离的作用。VQ2为丙类放大器,调节R7和VQ2的基极偏压使其工作在丙类放大状态。改变C2使其谐振,此时电源电流最小。再调节R4和VQ2的基极偏压,使电源电流更小,输出幅度更大,以处于丙类放大状态。L1为线圈,同时起到谐振电感的作用。C6为线圈的等效电容,经测量,约为34 pF;C3为外接电容,它能使并联回路谐振在8 MHz。谐振时,L1上的电压可达45V。阅读器和应答器发射的另一个信号是2ASK信号,它经过运算放大后,通过匹配网络直接连接到线圈上。

  3.3 应答器电源电路设计

  应答器的整流滤波电路采用单相桥式整流滤波电路。T1为两个线圈,C1并接在应答器线圈两端,在8 MHz并联谐振下,其输入幅度最大。VD1~VD4采用IN5817型整流二极管,要求整流8 MHz的信号。正常时,C2两端电压基本稳定,即整流电流全部通过负载R1,因此RL越大,其电压也越大。这就要求负载尽量少,负载输入阻抗尽量大。C2的电容值不易太大或太小,太大则吸纳的电荷越多,使输出电压就越小;导致滤波效果不佳。因此,这里取C2=47μF。在耦合信号幅度一定时,该电路的功率驱动能力是固定的。实测中发现,当输入频率为8 MHz时,输出电压为5 V;当负载频率为1 kHz时。输出电压为4.25 V。由此可知,其驱动功率P=U2/RL=18 mW,应答器功耗必须小于该值。L1和L2进一步滤波,也能利用感应电势的作用防止电流大幅度突变,其电路如图6所示。


  4 系统软件设计

  4.1 软件思想

  该系统软件设计的基本原理是:首先通过单片机控制阅读器,发送数字基带信号,经过2ASK调制后,再由天线发射出去。应答器经天线收到调制信号后,进行2ASK解调,解调信号通过串行口送到单片机。单片机验证信号进行处理后,将EEPROM中存储的信息读取出来,并送向调制器,调制信号再经天线发送出去。阅读器收到返回的信号后将信号进行解调送回单片机。单片机将信号进行解码等操作,来分析返回的信号,以达到识别物品的目的。

  4.2 程序流程图

  复位后,阅读器端查寻是否有相应物品。若有,则阅读器端控制调制信号的产生。同时,允许将信号发送出去。应答器对接收到的相应信号进行解调,并检查所接收信息是否错误,并作相应处理。程序流程见图7。

程序流程

  5 系统测试与结论

  该系统基于51单片机控制,以无线通信为基础,搭建了一个简单的射频识别系统。经过调试,系统运行良好,工作正常,平均识别距离为5 cm。

  由系统运行可见,该系统有如下优点:①识别时,无需接触;②识别时间短;③错误识别的概率相对较小;④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。

关键字:51单片机  无线识别

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/wltx/2011/0219/article_4078.html
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