无线识别装置001.docx

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无线识别装置001

无线识别装置系统（B题）

作者：

李勤勇刘玺李建龙

指导老师：

邓彬伟

摘要

本系统在阅读器和应答器两方都采用了低功耗单片机MSP430对数据进行编码和解码。

在应答器方，拨码开关产生的数据经过MSP430编码后由UART1的TX端口发送到发射头的信号输入端；发射头以高频发射C1815为核心，采用ASK调制方式把编码信息通过耦合线圈发射出去。

在阅读器方，阅读器耦合线圈把从应答器耦合线圈感应到的信号通过9014解调后送LM3558进行整形放大，放大后的信号，通过MSP430单片机UART1的RX端口把数据输入单片机进行解码并显示。

本系统具有能同时达到高识别率、短响应时间和大距离通信。

Abstract

Thesystemresponseinthereader-andthetwosideshaveadoptedalow-powerMCUMSP430dataencodinganddecoding.Intransponderside,switchingcodeforthedataaftertheMSP430codingTXportsbyUART1thefirstsenttothelaunchofsignalinputterminal;thefirsttolaunchhigh-frequencyemissionC1815atthecore,usingASKmodulationcodinginformationthroughthecouplingcoillaunchingout.Thereaderside,thereadercouplingcoilfromthetranspondercoilsensorscoupledtothesignalthrough9014demodulationevacuationLM3558shapingamplification,thesignalafteramplification,throughMSP430UART1theRX-portinputdataontothesinglechipMachinedecodeanddisplay.Thissystemiscapableofsimultaneouslyachievehighrecognitionrate,shortresponsetimeandthedistancecommunications.

一、方案论证与比较

1.调制方式和载波频率的选择与论证

方案一：

采用PSK调制方式调制。

这种调制方式的信号在信道上传输时，抗干扰能力强，但是其调制、解调的设备很复杂，也很昂贵，成本较高，故不采用。

方案二：

采用FSK调制方式调制。

这种调制方式的信号在信道上传输时，与ASK、PSK方式相比，抗干扰能力居中，比ASK强，比PSK弱；设备复杂程度也较大，故不采用此方案。

方案三：

综合以上两种方案,虽然ASK调制方式的抗干扰能力差,但由于信号采用近距离线圈耦合传输方式，而且结构简单，较容易实现,功耗低，故采用ASK调制方式。

根据实验验证，我们选取6.00MHz作为载波频率。

信号通过线圈耦合传输性能好。

2.编码与解码电路的选择与论证

方案一：

采用专用的4位数据编码、解码集成电路。

该电路较容易实现，价格便宜；但考虑到它可能是专用的识别芯片，我们不采用。

方案二：

采用单片机作为编码、解码电路。

根据题目要求可知，应答器端应采用低功耗的单片机作为编码电路，我们选取MSP430。

解码单片机也选取MSP430。

二、系统总体方安设计

我们设计的无线收发装置系统的总体方框图和主要流程图如下图B-1，B-2所示.

图B-1总体方框图

这里我们对调制，耦合，解调电路的工作原理说明如下：

调制、解调电路采用的是ASK调制方式即振幅键控方式。

这种调制方式是根据信号的不同，调节正弦波的幅度

载波在数字信号1或0的控制下通或断，在信号为1的状态载波接通，此时传输信道上有载波出现；在信号为0的状态下，载波被关断，此时传输信道上无载波传送。

那么在接收端我们就可以根据载波的有无还原出数字信号的1和0。

对于二进制幅度键控信号的频带宽度为二进制基带信号宽度的两倍。

中间采用高频耦合电路，具有选频作用，能够很准确的将载波信号送到阅读器。

三、主要单元电路设计

1.应答器电路分析及设计计算

图B-3

本单元电路由中心频率

=6.00MHz振荡器和LC选频网络组成，实现对数字信号的幅度调制。

调制信号从线圈耦合给阅读器，实现信号的无线传输。

令LC网络的选频频率

=1/（

）=

，我们实际测量耦合线圈的电感值约为12uH，得出

50P，故选取51P的电容实现匹配。

2.阅读器电路分析及设计计算

图B-4

阅读器接收装置由LC串联谐振网络、滤波电路、波形放大整形电路构成，从而实现对信号的解调。

LC串联谐振频率

=1/（

），要实现对耦合信号的最佳接收,必须实现线圈的耦合匹配，即

。

计算可得

=50P，故选取51P的电容实现线圈耦合匹配。

3.无电池下应答器的工作原理

阅读器向应答器发一组固定频率的电磁波，应答器内有LC串联谐振电路，其频率与阅读器发射频率相同，在电磁波的激励下，LC谐振电路产生共振，从而使电容内有了电荷，在这个电容的另一端，接有—个单向导通的电子泵，将电容内的电荷送到另—个电容内储存，当所积累的电荷达到2V时，此电容可做为电源为其它电路提供工作电压，将应答器的数据发射出去或接取阅读器的数据

四、系统的软件设计

本系统的软件部分分应答器编码和串口发送及阅读器解码、显示。

由于整个系统功能较少，只有键识别和串口发送部分，单片机资源使用少，而MSP430作为十六位处理器运行速度快，CPU有大量时间空闲，所以拨码开关数据采集使用循环方式，具有程序设计方便，便于调试等特点。

串行发送使用MSP430单片机的UART1串口收发模块，其波特率设为1200bps,由系统的数据传输量小，为保证很好的识别率和正确率，所以选用了1200bps传输速率。

采用串口来发送和接收，可利用串口的硬件特点：

来保证在数据的正确率，或在此基础上进行相应处理则可以达到较好的抗干扰能力。

使用I/O模拟时序实现协议来收发程序，具有收发可控，使用只有I/O口的低功耗单片机如MSP430F2121可实现更低功耗，但实现起来较复杂。

因而选择了基于硬件的串行通讯来做为发送和接收硬件协议部分。

I/O显示程序：

由于I/O口引脚有冗余，我们用一I/O的高低电平来控制一个显示灯。

便于调试和程序编写。

软件设计流程图如下图B-5所示：

图B-5

五、系统的测试方法与测试结果

1.测试仪器：

秒表，直尺，示波器

2.识别率测试

测试方法：

固定阅读器，在其前方Xcm处划一刻度。

将应答器从侧面水平匀速移至.此刻度附近，当两线圈正对时，记录实验结果。

实验数据如表B-1-1所示：

表B-1-1

次数

距离

5cm

√

15cm

√

√表示能识别，×表示没有识别

由上表可知，系统的识别率在5cm-达100%。

3.编码识别率测试

测试方法与识别率测试相同。

实验数据如表B-1-2所示：

表B-1-2

次数

编码

0000

√

0001

√

0110

√

0011

√

0111

√

1000

√

1001

√

1111

√

√表示正确识别，×表示错误识别。

根据实验结果可知，识别正确率均达到80%以上，达到题所要求的指标。

误码率测试结果分析:

误码率和编码发送数据有关,编码为0000的误码率最高,编码为1111,的误码率最低,同时在2组编码中,1的个数相同的情况下1位于首位出比位于中间处的误码率低,例:

编码1001的误码率低于0110

误码率和应答器的移动速率成正比.相同应答编码时,移动速度快的应答器产生的误码率较大..

误码率和阅读器的功率成反比,当加大阅读器的功率后,误码率会有所下降,但不明显.

误码率和应答器接近阅读器的方向没有太大关系,只要最后应答器的线圈和阅读器的线圈正对即可.

附录

/***************************************************************

基于msp430x16x单片机的发送程序。

函数功能：

通过串口发送从I/O采集来的数据。

调用函数：

PortInit（）;serialinit（）;

完成日期：

2007.9.5

****************************************************************/

#include"serial.h"

#include"Port_1.h"

chari,j;

voidmain（）

{

unsignedchargetch;

unsignedcharputch;//发送拨号值,4位的是,发两个相同的4位,拼成8位

WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD;

PortInit（）;

serialinit（）;

j=0;

putch=0;

while

（1）

{

if（（P1IN&BIT0）!

=BIT0）putch=0;//P2OUT|=BIT0

elseputch=1;//P2OUT&=~BIT0;

delay（15）;

if（（P1IN&BIT1）!

=BIT1）putch=putch;//P2OUT|=BIT0

elseputch=putch+2;//P2OUT&=~BIT0;

delay（15）;

if（（P1IN&BIT2）!

=BIT2）putch=putch;//P2OUT|=BIT0;

elseputch=putch+4;//P2OUT&=~BIT0；

delay（15）;

if（（P1IN&BIT3）!

=BIT3）putch=putch;//P2OUT|=BIT0;

elseputch=putch+8;//;P2OUT&=~BIT0;

delay（15）;

putch=putch*16+putch;

delay（500）;

putch=0;//发送完后重新设为0

}

/***************************************************************

基于msp430x16x单片机的接收程序。

函数功能：

通过串口接收数据，并在串口上显示出来。

调用函数：

PortInit（）;serialinit（）;

完成日期：

2007.9.5

****************************************************************/

#include"serial.h"

#include"Port_1.h"

#include"msp430x16x.h"

chari;

voidmain（）

{

unsignedchargetch,temp;

unsignedintj=0;

WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD;

PortInit（）;serialinit（）;

P1OUT=0xff;

delay（17）;

while

（1）

{P1DIR=0Xff;

if（GetCommChar（&getch）==1）

{

if（getch==0）

{

temp=0xcf;//有信号无编码,P1.0-P1.3对应码的1，2，3，4，P1.4黄灯（应答灯），P1.5是红灯（亮表示无编码）

}

else{

temp=getch&0x0f;

temp=（~temp）&0xdf;

}

P1OUT=temp;

}

j++;

if（j>=4000）//确保应答器离开

{

P1OUT=0xff;

j=0;

}

/***************************************************************

基于msp430x16x单片机I/O口初始化程序

函数名称：

voidPortInit（void）

函数功能：

初始化I/O口

调用函数：

无

入口参数：

无

出口参数：

无

完成日期：

2007.9.5

****************************************************************/

#include"msp430x16x.h"

#include"Port_1.h"

voidPortInit（void）

{

P1SEL=0X00;

P1DIR=0X00;

}

/***************************************************************

基于msp430x16x单片机初始化程序

函数名称：

voiddelay（unsignedintv）

函数功能：

延时

调用函数：

无

入口参数：

unsignedintv

出口参数：

无

完成日期：

2007.9.5

****************************************************************/

voiddelay（unsignedintv）

{

while（v--!

=0）;

}

/****************************************************************

针对MSP430F169-MPS430-TEST16X外部时钟为32768HZ,

所以只有选ACLK,所以只能选SSEL0

而9600为最高UART的速度（要快需换8MHZOSC）

******************************************************************/

#include"msp430x16x.h"//StandardEquations

#include"in430.h"

#include"serial.h"

volatilecharFLAG=0;

charCommRecDataOverflowFlag,FlagRecComm;

unsignedcharCommRecBufferHead,CommRecBufferTail;

unsignedcharCommRecBuffer[DB_RECMAXSIZE];

unsignedchargetch;

charcount=0;

voidserialinit（void）

{

ClearCommRecBuffer（）;

P5SEL=0x00;

P5DIR|=0x20;

P5OUT|=0x20;

P3SEL=0xC0;

P3DIR=0x40;

UCTL1&=~SWRST;

UCTL1|=CHAR;//8-bitchar,SWRST=1

UTCTL1|=SSEL0;//UCLK=SMCLK

UBR01=0x1b;//1200//0x0d;//;24000x03;//9600

UBR11=0x00;

UMCTL1=0x03;//0x6b;//;0x4A;

ME2|=UTXE1+URXE1;//EnabledUART1TXD

IE2=URXIE1;//Enableinterrupts

_EINT（）;

}

#pragmavector=UART1TX_VECTOR

__interruptvoiduartT1（void）

{

if（（UTCTL1&TXEPT）==TXEPT）

{

U1TXBUF=0x55;

}

#pragmavector=UART1RX_VECTOR

__interruptvoiduartR1（void）

{

if（CommRecBufferTail==CommRecBufferHead）

{

CommRecDataOverflowFlag=1;//接收缓冲区溢出

}

CommRecBuffer[CommRecBufferTail]=U1RXBUF;//receivedata

CommRecBufferTail++;

if（CommRecBufferTail==DB_RECMAXSIZE）

{

CommRecBufferTail=0;

}

FlagRecComm=1;

}

charGetCommChar（unsignedchar*ch）

{

if（CommRecBufferTail==CommRecBufferHead）return0;

*ch=CommRecBuffer[CommRecBufferHead];

CommRecBufferHead++;

if（CommRecBufferHead==DB_RECMAXSIZE）

{

CommRecBufferHead=0;

}

if（CommRecBufferTail==CommRecBufferHead）FlagRecComm=0;

return1;

}

voidClearCommRecBuffer（void）

{

unsignedchari;

CommRecBufferHead=CommRecBufferTail=0;

for（i=0;i

{

CommRecBuffer[i]=0;

}

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