无线识别装置设计报告Word文档下载推荐.docx
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图1总体设计方案
2.2方案论证与选择
（1）总体方案论证与选择
方案一：
采用时分方式，阅读器间断发送大功率的载波信号，应答器从耦合线圈获得载波信号后，部分能量经过高频整流后提供给单片机作为电源；
另一部分信号经过延时，被送入移相网络，移相网络根据单片机提供的编码对信号调相，调相后的信号重新返回到天线进行发射，阅读器根据收到的信号解调出预置编码，方案框图如图2所示。
图2总体方案一方框图
方案二：
采用频分方式，阅读器发射与应答器信号不同频率的大功率的高频信号，作为应答器的能源。
应答器收到高频信号后将其高频整流作为整个应答器的电源，应答器的发射系统根据单片机提供的编码完成信号的调制及发射。
方框图如图3所示。
方案选择：
方案一阅读器由开关控制，耗能较小，但其收发信号
图3总体方案二方框图
调谐在同一频率上，容易形成干扰，增大误码率；
方案二的收发信号载波频带相隔较远，相互干扰很小，误码率低，故采用方案二。
（2）应答器电路方案论证与选择
应答器发射电路采用专用的调频发射芯片MC2833，使用其典型应用电路，实现调频。
单片机所需能量由耦合线圈得到的信号经过整流、滤波后得到。
其原理图如图所示4。
该方案电路相对简单，但由于在电压达到需求值之间发射机一直处于连通状态，能量损耗大，而耦合所得能量有限，不利于系统的正常工作。
图4应答器电路方案一框图
方案二在方案一的基础上增加自动开关电路，在电压达到需求值之前发射机处于断开状态，减少能量损耗，提高电路功效，其原理图如图5所示。
图5应答器电路方案二框图
应答器能量全部由线圈从阅读器线圈耦合得到，对功效的要求较高，为此选择方案二。
（3）阅读器接收电路方案论证与选择
采用常规的调频接收芯片（如CXA1691），调整本振频率使得接收频率范围落在30MHz-40MHz之间，但精度和稳定度不易达到要求。
采用窄带调频接收专用芯片MC3362，结合MC145151，采用锁相环电路进行频率合成，形成闭环控制；
鉴频器的灵敏度较高，能得到精度和稳定度很高的频率信号。
基于以上分析，本系统选用方案二，其框图如图6所示。
图6阅读器接收电路方案二
3理论分析与计算
3.1耦合线圈的匹配分析与计算
题目要求耦合线圈直径为6.6cm，漆包线直径不大于1mm，绕制10圈，
算得漆包线总长度
=207cm=2.07m
一般取线圈总长度为波长的
，则波长
=2.07
4=8.28（m）
频率
所以调制信号的载频为36.2MHz。
3.2阅读器发射电路分析与计算
因为调频信号的频率为36MHz，为了减小其干扰，同时兼顾能量传输效率以及减小功放电路制作难度，阅读器功率发射电路的频率设定为3MHz左右。
题目要求阅读器电源功率不大于2W，其中大部分被发射机消耗，取发射机效率为50%，则最大输出功率小于1W，考虑实际情况，发射功率取0.8W较佳。
3.3阅读器接收电路分析与计算
阅读器接收电路采用以窄带调频接收专用芯片MC3362核心的调频接收解调电路，它采用了二次混频技术，其中高、低中频分别取常用的10.7MHz和455KHz（该频段有现成的滤波器件），因此第一本振频率为
36MHz-10.7MHz=25.3MHz
为了提高接收灵敏度，本振频率必须相当稳定，因此采用了锁相环技术，（采用集成锁相芯片MC145151）。
在锁相环路中，基准频率源选用4.194MHz晶振，以2048Hz作为鉴相参考频率，因此必须对基准频率进行R分频，分频比为
R=
=2048
同时对本振信号进行N分频，因为本振频率为25.3MHz，所以
N=
=
=12354
3.4应答器电路分析与计算
由于应答器电路能量来自耦合线圈，存储在大电容中，所有有源器件必须采用微功耗芯片，因此单片机系统采用C8051芯片，最小工作电流仅20微安，以MC2833为核心的发射系统也工作在低功耗状态，工作电压在3-6V，工作电流约5-10毫安，而感应线圈的电流约为0.5毫安，设存储电荷时间为5秒，则发射系统每次发射时间约为
T=0.5mA*5S/5mA=0.5S
电容容量约为
C=0.5mA*5S/6V=415uF
实际可取330uF-470uF。
因为耦合的高频电源信号的频率为3.2MHz，普通的整流二极管不能满足要求，因此可采用高频检波二极管2AP9，实际效果不错。
因为发射时间为0.5S，而其它时间不能向发射电路提供能量，因此采用了微功耗的自动开关电路。
只有存储的能量足够后才自动向发射电路提供能量。
4单元硬件电路与程序设计
4.1阅读器电路设计
阅读器主要由振荡器、高功放、接收解调电路以及单片机小系统等组成。
由振荡器和功放组成能量发射电路，振荡器采用普通的LC振荡器，而功放电路以芯片THR300-1为核心，具体电路如图7所示。
图7功率放大电路图
图中12uH的电感就是耦合线圈，它和220P的电容组成谐振网络，提高功放的效率。
它的输入激励电压约600mV。
接收及解调电路以MC3362和MC145151为核心，通过二次混频，获得455KHz的中频信号，限幅后，经过鉴频解调出数据信号，其后送入单片机，其原理框图如图8所示。
图8阅读器电路原理图
4.2应答器电路设计
应答器主要由整流滤波电路、自动开关、发射电路和单片机小系统组成，
图9应答器电路原理图
发射电路采用集成专用发射芯片MC2833。
为了满足天线发射接收要求，根据前面的分析计算，发射系统使用12MHz晶振，通过三倍频使载波频率调谐到36MHz。
4.3识别装置工作流程图
识别装置工作流程图如附录图4所示
4.4总体电路图
总体电路图如附录图5所示。
5软件设计
系统软件分为两部分，分别为阅读器的软件和应答器的软件。
阅读器的软件主要负责数据的接收、处理和显示等功能的实现；
应答器的软件的功能较简单，主要是负责预置编码的读入和发出，具体流程图分别如附录图6和图7所示。
+
6系统功能、指标测试
功能测试所用仪器为卷尺和秒表。
测试时不断增大两线圈间的距离，测量其识别时间及识别结果，应答器采用电池供电的测试结果如附表1所示。
应答器无电源的测试结果如表1所示。
1
2
3
4
5
6
7
8
距离（厘米）
识别时间（秒）
预置编码
0000
0001
0010
0011
0100
0101
0110
0111
识别结果（T/F）
T
F
9
10
11
12
13
14
15
16
识别时间（分）
1000
1001
1010
1011
1100
1101
1110
1111
表1系统功能、指标测试结果表
7结论
本无线识别装置主要包括阅读器和应答器两大模块。
阅读器采用单电源10V供电，应答器工作所需能量由耦合线圈提供，系统实现了无线识别应答器的有、无以及其预置编码的识别与显示。
采用电池供电时，识别时间非常小，识别准确率为100%，而采用耦合线圈供电时，识别时间增大，但都小于5S，准确率为87.5%，识别距离固定为5cm，完成了所有基本功能，发挥部分的前两部分也基本实现，
而且阅读器还具有计时功能，作为其它功能的完成。
8参考文献
[1]全国大学生设计竞赛组委会.全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编（1999~2005）[M].北京：
北京理工大学出版社，2005.
[2]黄智伟.无线发射与接收电路设计[M].北京：
北就航空航天大学出版社，2004.
[3]谢自美.电子线路设计.实验.测试.[M].湖北：
华中理工大学出版社，2000
附录
图1MC2833内部及外围电路图
图2MC2833引脚图
图3MC362与MC145151连接图
图4识别装置工作流程图
图5系统总体电路
图6接收机软件流程图
图7发射机软件流程图
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