利用51單片機實現簡單射頻無線識別裝置系統

1 引言

射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據。射頻識別工作無須人工干預，非接觸，閱讀速度快，無磨損，不受環境影響，壽命長，便于使用。目前，射頻識別技術在國外發展非常迅速，射頻識別產品種類繁多，已廣泛用于工業自動化、商業自動化、交通運輸控制管理等眾多領域，如汽車、火車等交通監控；高速公路自動收費系統；停車場管理系統；物品管理；倉儲管理；車輛防盜等。由于我國射頻識別技術起步較晚，除用于中國鐵路的車號自動識別系統外，僅限于射頻公交卡的應用。

在此，給出一種實現簡單射頻識別系統的方式。閱讀器和應答器均包含在單片機控制系統中，利用2ASK調制與解調電路以及匹配網絡電路，使整個系統的可識別有效距離約為10 cm，這已能夠符合一般應用的需求。

2 系統設計概述

系統設計主要分閱讀器、應答器、線圈3部分。閱讀器采用晶振1和晶振2，分別提供應答器的功率驅動信號和數字調制信號。晶振1產生的振蕩信號經過帶通濾波器處理后，進行功率級放大，并通過匹配網絡進行阻抗變換，以最大效率從線圈發射出去，為應答器提供所需的工作能量。晶振2產生的信號經過低通濾波器濾除高頻雜波后，送往開關電路；手動設置的信息，南單片機轉換為相應的控制信號，控制開關的通斷，從而形成2ASK調制信號，與應答器進行通信。此外，閱讀器還需將線圈上接收到的應答信號濾波放大并檢波，最終獲取有效信息，并由串口讀取。圖1給出閱讀器結構。

晶振產生振蕩信號后，經低通濾波器去除高頻雜波，送往開關電路，作為2ASK的載波信號。控制開關電路通斷的信號由操作者通過撥碼開關手動設置，并由單片機讀取后產生相應的控制信號。同時，應答器通過線圈接收功率驅動信號，待整流濾波后，得到直流電平，然后作DC—DC變換，以獲取最終所需的直流電平，供整個應答器部分工作。圖2給出了應答器結構。

3 硬件電路

3.1 閱讀器與應答器2ASK調制解調電路

2ASK的載波信號是2MHz正弦波，它由有源晶振產生的方波經過低通濾波器得到。數字調制信號從CPU的串口輸出，經過模擬開關MX7501控制信號通斷，產生了2ASK信號。Ll，L2，C1和C2構成了二階巴特沃茲低通濾波器，輸出為近似正弦波的2 MHz信號。R1與R4使LC濾波器阻抗匹配。當EN為0時，OUT為0；反之為S1通道信號。圖3給出閱讀器的2ASK調制電路。

圖4給出了解調電路。通過匹配網絡的2ASK信號幅度低，噪聲大，需要經過三級處理才能解調出數字信號。首先通過OP37中高速運算放大器將信號放大5倍，再經過高速比較器MAX910中的比較器A，將毛刺狀信號加寬，減小噪聲，D/A輸出經L1，C1和C2組成的低通濾波器，取直流分量，這相當于包絡檢波。LC低通濾波器的截止頻率為480HZ。最后將該信號進行比較整形，得到數字調制，再經QB輸入到單片機串口。

3.2 發射電路

有源晶振產生的8MHZ方波經帶通濾波器取出8 MHz的正弦信號，并通過功率放大器后輸出到線圈上。圖5中，L3，L4，C7和C8構成了二階8 MHz的巴特沃茲帶通濾波器，用以濾除諧波分量。VQ1為集射極跟隨器，用以調節R3，使其靜態工作電流約為1.5 mA，該級電路起到與信源隔離的作用。VQ2為丙類放大器，調節R7和VQ2的基極偏壓使其工作在丙類放大狀態。改變C2使其諧振，此時電源電流最小。再調節R4和VQ2的基極偏壓，使電源電流更小，輸出幅度更大，以處于丙類放大狀態。L1為線圈，同時起到諧振電感的作用。C6為線圈的等效電容，經測量，約為34 pF；C3為外接電容，它能使并聯回路諧振在8MHz。諧振時，L1上的電壓可達45V。閱讀器和應答器發射的另一個信號是2ASK信號，它經過運算放大后，通過匹配網絡直接連接到線圈上。