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20072008\无线识别装置设计.doc

发布时间：2022-06-08 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.17M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    摘 要 本设计是基于耦合线圈的无线识别装置。系统由阅读器与应答器两部分组 成：阅读器由 PT2272、耦合线圈、发光二极管等组成；应答器由 SC2262、耦合 线圈、拨码开关等组成。阅读器采用单电源供电，应答器能量全部来自耦合线圈， 无线数据传输采用串口异步通信与 ASK 调制等方法实现。阅读器能够识别靠近的 应答器并显示识别结果，显示正确率≥80%，响应时间≤5S,识别距离 D≥5cm。 Abstract This design is based on SCM's wireless identification devices. Id entification System have two components the Reader machine and the Re sponser card: the Reader machine is made up of PT2272, coupling coil, buzzer and composition; Responser card is made up of SC2262, couplin g coil, switch for code. The system make use of many wireless communi cation technologies such as the Reader machine single power supply, t he Responser card’s power all from the transponder coupling energy, serial asynchronous communication and ASK modulation, achieving ident ifing Responser card that approach the Reader machine and show recogn ition results with the correct rate≥ 80%, responsing time ≤ 5S, ide ntification distance D ≥ 5 cm.
    无线识别装置 一、 方案论证与比较 1．总体方案论证与比较 方案一：如图 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。 应答器 阅读器 耦合线圈 耦合线圈 89S52 振荡器 拨码开关 串口无线传输 图 1 无线识别装置方案二方框图 检波 整形 发光二极管 89S52 蜂鸣器 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。 应答器 编码 芯片 四 位 拨 码 开 关 耦合线圈 耦合线圈 无线传输 图 2 无线识别装置方案一方框图 阅读器 解码 芯片 发 光 二 极 管 结合以上分析实际情况，我们采用方案二。 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，综合考虑我们选用该方 案。 二、总体设计 1．阅读器部分 如图 3 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。震荡电路 与检波电路是独立周期工作的，周期由 35 产生，独立工作由继电器控制。 发光二极管 PT2272 检波电路 继电器 35 定时器 单电源 振荡电路 放大电路 耦合线圈 信号 电磁能 2．应答器部分 如图 4 所示，应答器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，SC2262 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。 耦合线圈 ASK 调制电路 信号 电磁能 放大整流电路 电能 图 4 应答器组成方框图 3．总体电路图 SC2262 拨码开关
    1．阅读器电路，见图 5 2．应答器电路，见图 6 图 5 阅读器主要电路图 图 5 应答器电路图 三、主要电路设计 1．耦合线圈匹配理论
    采用线圈与可变电容组成并联谐振回路，测试得线圈电感为 11uH,可变电容 容量为 5~25PF，谐振频率： F  1 2 LC 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。应答器采用 11.0952MHZ 有源晶振作为载波频率。 2.阅读器发射电路分析 主振电路采用有源晶振作为振荡器，频率稳定，电路简单，调试容易而且输 出幅度大。有源晶振输出的方波，经过二阶低通滤波器滤除高次谐波，得到稳定 的正弦波输出，经 Q6 及其外围电路组成的第一级放大电路后送至由 Q9 及其外 围电路组成的功率放大电路进行功率放大，最后输出至 C45 和 L21 组成的并联谐 振回路辐射出去，为应答器提供能量。 3．阅读器接收电路分析 图中，从 555 来的控制信号经过 74LS04 反相后控制继电器的吸合，当继电 器吸合时，C1 与耦合线圈接通，Q1 及其外围电路组成了以及电压放大电路，放 大后的信号经二极管检波后送至 LM311 进行比较，还原波形。 四、识别装置工作流程图
    1．阅读器工作流程图，见图 5 2．应答器工作流程图，见图 6 开始 能量辐射，持续 2.5S 开始 获得电能 接收信号，持续 0.5S 读取拨码开关状态 放大，检波，整形 2262 编码芯片编码 2272 译码芯片译码 显示应答器信息 结束 ASK 调制 发送信号 结束 图 5 识别装置阅读器工作流程图 图 6 识别装置应答器工作流程图 五、测试方法与测试数据 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 2） 测试时间：2007-9-3 测试项目 耦合线圈电感量 谐振频率 测试仪器 SE Model LC-9243 LC METER Hp E4400B 信号发生器 Aglient 54622D 示波器 测试结果 11.0μH 11.4MHZ 表 1 耦合线圈电感量大小与谐振频率 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。 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：2007-9-6 测试结果：（见表 2） 测试次数 阅读器识别结果 识别距离：5cm 识别时间（s） 应答器编码 0001（1） 0010（2） 0100（4） 1000（8） 1111（F） 1 2 3 4 5 测试结果分析：在距离 5cm 的情况下，识别率为 100%，误码率为零。 0001（1） 0010（2） 0100（4） 1000（8） 1111（F） ≤3s ≤3s ≤3s ≤3s ≤3s 表 2 识别正确率与识别时间测试结果 2．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，每次增加识别距离 1cm，观察阅读器识别正确率，直到识别正 确率≤80%，此时，耦合线圈之间的距离即为本识别装置的最大识别距离。 测试时间：2007-9-6 测试结果：（见表 3） 测试次数 1 2 识别距离（cm） 5 6 识别正确率（%） 100 100 表 3 识别正确率与识别时间测试结果 3．识别时功耗测量 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，阅读器识别结果正确的情况下，测量外接单电源供电电压 U 与供 电电流 I。多次测量取平均功耗作为识别装置识别时功耗。 计算公式：识别装置识别功耗 P：P=UI 测试时间：2007-9-6 测试结果：（见表 4） 测试次数 供电电压 U（V） 供电电流 I（A） 1 2 3 结果 15.00 15.00 15.00 0.04 0.09 0.04 功耗 P（W） 0.6 1.35 0.6 测试仪器：DT 9205 万用表 测试结果分析：在继电器吸合时，工作电流较大，为 0.09A，但功率仍小于 2W。
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