无线识别装置.docx

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无线识别装置

无线识别装置

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PT2262、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。

Abstract

ThisdesignisbasedonSCM'swirelessidentificationdevices.IdentificationSystemhavetwocomponentstheReadermachineandtheResponsercard:

theReadermachineismadeupofPT2272,couplingcoil,buzzerandcomposition;ResponsercardismadeupofSC2262,couplingcoil,switchforcode.ThesystemmakeuseofmanywirelesscommunicationtechnologiessuchastheReadermachinesinglepowersupply,theResponsercard’spowerallfromthetranspondercouplingenergy,serialasynchronouscommunicationandASKmodulation,achievingidentifingResponsercardthatapproachtheReadermachineandshowrecogniti.

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。

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。

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单片机串口接收，单片机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。

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，单片机读取拨码开关值，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。

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：

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10.4MHZ。

因而，阅读器采用10MHZ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10MHZ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

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LCMETER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

测试仪器

测试结果

耦合线圈电感量

SEModelLC-9243LCMETER

11.0μH

谐振频率

HpE4400B信号发生器

Aglient54622D示波器

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）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）

1

0001

（1）

0001

（1）

≤3s

2

0010

（2）

0010

（2）

≤3s

3

0100（4）

0100（4）

≤3s

4

1000（8）

1000（8）

≤3s

5

1111（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。

测试结果：

（见表3）

测试次数

识别距离（cm）

识别正确率（%）

1

5

2

8

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

测试结果：

（见表4）

测试次数

供电电压U（V）

供电电流I（A）

功耗P（W）

1

15.00

0.04

0.6

2

15.00

0.09

1.35

3

15.00

0.04

0.6

结果

测试仪器：

DT9205万用表

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。

参考文献

附录一：

系统框图

附录二：

程序代码

#include"msp430x22x4.h"

#include"dial_number.h"

#defineCONTROL_SDATA_DIRP1DIR|=BIT0//控制晶振工作开关

#defineCONTROL_SDATA_OUT_HIP1OUT|=BIT0

#defineCONTROL_SDATA_OUT_LOP1OUT&=~BIT0

#defineTIMERA_DELAY750

volatileucharcount;

voidSys_Init（）

{

WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD;

WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD;

BCSCTL1=CALBC1_12MHZ;//设定DCO为8MHZ

DCOCTL=CALDCO_12MHZ;

BCSCTL2|=DIVM_2;

BCSCTL2|=SELM1;

}

voidmain（）

{

uchari,d_Number;

Sys_Init（）;

CONTROL_SDATA_DIR;

count=0;//发送周期计数

TACTL=TASSEL1+TACLR+ID_3;//定时器A时钟源为SMCLK,并清TAR

CCTL0=CCIE;//CCR0中断使能

CCR0=TIMERA_DELAY;//计数值为50000个SMCLK周期

TACTL|=MC_2;//启动定时器A为连续计数模式

_EINT（）;

while

（1）

{

if（count<2）//前四毫秒不发数据

{

CONTROL_SDATA_OUT_LO;

LPM1;

}

elseif（count>=2）

{

d_Number=Get_DialNumber（）;

for（i=0;i<4;i++）

{

if（d_Number&0x01）

{

CONTROL_SDATA_OUT_LO;

LPM1;

CONTROL_SDATA_OUT_HI;

TACCR0+=TIMERA_DELAY;

LPM1;

CONTROL_SDATA_OUT_LO;

LPM1;

CONTROL_SDATA_OUT_HI;

TACCR0+=TIMERA_DELAY;

LPM1;

}

elseif（!

（d_Number&0x01））

{

CONTROL_SDATA_OUT_LO;

LPM1;

CONTROL_SDATA_OUT_HI;

LPM1;

CONTROL_SDATA_OUT_LO;

LPM1;

CONTROL_SDATA_OUT_HI;

LPM1;

}

d_Number=d_Number>>1;

}

count=0;

}

}

}

#pragmavector=TIMERA0_VECTOR//ccr0中断服务

__interruptvoidta0_isr（void）

{

CCR0+=TIMERA_DELAY;//定时补偿

count++;

LPM1_EXIT;

}

#include"dial_number.h"

ucharGet_DialNumber（）

{

uchard_Number