小型無線射頻識別系統設計方案

當今各種智能化控制系統離不開數據信息的傳輸。其中，無線數據傳輸是區別于傳統有線傳輸的新型傳輸方式，系統不需要傳輸線纜且成本低廉。為單片機匹配相應的無線通信接口電路，即可實現單片機之間或單片機與微機之間的無線數據傳輸。目前常用的無線通信接口電路，是以無線收發芯片為核心的電路。當數據傳輸時，在軟件設計中采取必要的抗干擾措施和識別措施，可以有效地避免干擾，達到滿意的通信效果。文中以89c2051單片機為基礎，進行無線通信以識別非接觸式無線識別裝置，其應用可以嵌入到電業管理或燃氣收費等系統中，也可作為一個獨立讀卡器對IC卡進行操作，配合不同軟件可以應用于不同行業。

1　系統的工作原理

本設計以單片機作為閱讀器和應答器的核心、這兩部分主要使用LM567。本系統是一個小型的無線識別器件最大操作距離達70mm。系統內部結構分為射頻區和接口區：射頻區內含調制解調器和電源供電電路，直接與天線連接;接口區有與單片機相連的端口，還具有與射頻區相連的收/發器、可以用單片機程序存放3套寄存器初始化文件的E2PROM以及進行3次數據證實防錯誤機制、防碰撞處理的防碰撞模塊和控制單元。這是閱讀器跟應答器實現無線通信的核心模塊，也是設計的關鍵。

2　硬件電路的設計

無線識別系統裝置由閱讀器、應答器與耦合線圈(即天線)3部分組成。

2.1　閱讀器的設計

閱讀器基本電路，如圖1所示。當有應答器靠近閱讀器時，閱讀器內的天線組成了一個LC并聯諧振電路，其頻率與應答器的發射頻率相同，這樣在電磁波的激勵下，LC諧振電路產生共振，從而使高頻信號流入閱讀器中用于解調的LM567的輸入端。輸出的解調信號與上述單片機編碼信號反向，最后經過單片機譯碼輸出顯示。

LM567具有調制和解調雙重功能。其調解出來的信號可直接被單片機識別，并由單片機發送給數碼管并顯示。

圖1　閱讀器

2.2　應答器的設計

應答器工作時，通過89c2051單片機進行數據編碼，然后送往LM567被調制到高頻載波上，與其輸出端相連的天線線圈不斷地向外發出一組固定頻率的電磁波(145kHz)，當有應答器靠近閱讀器時，閱讀器識別并顯示。應答器硬件電路如圖2所示。

圖2

2.3　耦合線圈(即天線)的設計

天線是一種轉能器。發射時，把發射機的高頻電流轉化為空間電磁波;接收時，把從空間截獲的電磁波轉換為高頻電流送入接收機。對于設計一個應用于射頻識別系統的小功率、短距離無線收發設備，天線設計是其中的重要部分。良好的天線系統可以使通信距離達到最佳狀態。天線的種類很多，不同的應用需要不同的天線。在小功率、短距離的RFID系統中，需要一個通信可靠、價格低廉的天線系統，耦合線圈環型天線是比較常用的一種。

2.3.1　分析環型天線的等效電路

環型天線激勵點的電壓和電流由環的輸入阻抗聯系起來，即V=ZI0。為了評估用于天線諧振的電容Z′in，環型天線的輸入阻抗必須確定;同樣，為了評估天線效率和輻射阻抗，環型導體內的歐姆損耗和其他歐姆損耗也必須確定。