论文研究-分离式UHF RFID读写终端设备的设计与实现 .pdf

所需积分/C币:23 2019-08-15 16:09:19 571KB .PDF
收藏 收藏 1
举报

分离式UHF RFID读写终端设备的设计与实现,于本浩,刘元安,本文提出了一种基于R2000射频芯片而设计的超高频(UHF)RFID分离式手持读写器,该读写器工作频率的范围为860MHz-960MHz并可调,并且它符��
山国武花论文在丝 指令代码完全兼容传统,但速度快倍,其内部包含中央处理器()、程序存 储器()、数据存储器( )、定时计数器、 串凵、串凵 接凵、高 速转换、接凵 看门狗电路及片内振荡器和外部晶体振荡电路等模块 控制器外围电路设计比较简单,单片机 外围仅需若干电阻、电容以及 一个 的无源晶振即可正常工作,通过串口( )与 模块进行连接,也可通过串口进行单片机稈序的烧写,串口 与超高频无源模块进行连接并通信。 读写模块设计 基带电路设计 芯片是基于位 处理器的系列微控制器中的一员,集成有 字节的告诉和字节的 和全套外围设备,一整套系统功能单元使需要 的外部组件数量为最少。片内存储器可以经由 接口系统内编稈,也可以经 并行接口优先对其进行编程。 在一块芯片上继承了 处理器, 片内和,以及包括 控制器 网口、定时器计数器、 和模数转换器在内的一系列外围设备。 供电电路设计 芯片包括有六种的供电引脚,并集成有电压调节器, 因此只需提供的供电电压。其中对于芯片内部电压调节器和内部供电引脚 ,电压范围为到,标称值为,需使用 内部的 以及电压调节器,所以此引脚需连接 为其供电,否则应接地以降低电流消耗, 同时必须有适当的输入去耦电容置于接近芯片的位置用于改善启动的稳定性并减少源电压 降 引脚则为芯片內部的逻辑器件供电,电压范围为 到 为其 标称值,可通过去耦电容与 引脚相连。 引脚却为以及振荡器供电, 可直接与 引脚相连。 为芯片内部电压调节器的输出引郾却,必须要 引入去耦电容从而减少纹波、避免振荡。其原理图部分如下图所小: L130 「:588(58(:515cf64 lnk Un- 05 .Wn::tn5 图基带芯片供电电路原理图 复位功能电路主要用于控制超髙频无源模块出现工作异常时对模块重新启动进行 山国武花论文在丝 初始化复位。 芯片的 复位引脚是一个带有开放漏极型输出缓存器的 双向引脚,由片上复位控制器控制,可向外部的组件发送一个复位信号或者由外部电路拉低 从而进行微处理器的复位,而且复位脉冲没有宽度限制(复位控制器可以保证最小脉冲宽 度)。本设计中在引脚上接有 芯片,其功耗极低,当发生下面两 种情况,芯片会向微处理器 发送复位信号 电压低于阈 值;二、手动按键复位。复位功能电路原理图如下图所示: P3.3V ICU R905 卫910 VCC OP33V MCU VSS C510 I0(nh P3.3V MCU (OD"SAMBA R2M FFASE ALL FLA 图基带芯片复位电原理图 所设计的温度检测电路主要采用温度传感器 ,用来监测 射频芯片以 及功率敚大器芯片周围的温度,以防止电路异常导致温度过高损坏芯片或者电路,从而 起到保护作用 T作 可用来监测范围在℃℃环境温度,其线性 输出为 并有 的直流偏置电压,因此其输出电压范用为 ,其静态电流小于,虽然其为 封装,但在工作状态下本身 温度变化不超过℃。只体电路原理图如下: P33V MC P3.3Y MCU Lss正↑A} LYTE MERE U318 TMnT「3 c478 100nF 100mF 图温度检测电路原理图 射频电路设计 阅读器芯片支持全球业、科学和医疗频段中的超高频零中频体系结 构 内部集成有下变频混频器、功※放大器,咼性能的低噪声放大器、中频滤波器 夲地振荡器、压控振荡器等,以及可实现多种用途的模数数模转换器等功能模块。整个射 频前端电路可实现射频信号的模数转换和数模转换、调制解调、滤波、混频、发射和接收等 功能。本设计其前端设计有外置功放与耦合器电路。 常被用于手持设备以及工作频段为 的通信设备的前端, 山国武花论文在丝 作为射频功率放大器,单电溟供电,供电电压为 ,被设计采用供电,输出 功率为 此时线性输出功率为,具体电路原理图如下: LCCnF U:13 RES 0 hm 1 11 VCCI 101 ID-33nH0402 OUT1= c114 R174R1n96121 F31G .:1H C129 Lace holder for RESheild app 三主z=:50x:365mm 图功率放大器电路原理图 本设计中采用的耦合器型号为 ,工作频段为 低功耗, 耦合性极好的双向耦合器。如下图所示,功率放大器输出的射频信号进入耦合器后经 过直通端进入发射通道,同时正冋耦合端和反向耦合端的输出信号分别用于前向功率检测和 大线端的回波损耗检测。前向功率检测主要是检测功放输出信号功率,然后按照木地的 协议标准进行功率校正,也可以作为外部木地振荡器的信号输入,用于与接收的射频 信号进行混频,产生零中频信号。功率检测的实现方法是信号通过耦合端电阻分压和电容耦 合后进入功率检测芯片 ,得出对应的直流电压值,输入到基带芯片中进行处理,结 合线路损耗计算得岀功放输出信号的功率。耦合器的正向耦合端()得到的信号经过 个丌型衰减网络,再经过巴伦进行单端信号转差分信号进入芯片,作为外部本振, 并且对信号进行峰值功率检测。反向功率检测辶要检测天线的冋波损耗。在天线端阻抗严亘 失配的情况下,基带芯片将通过引脚 关闭功放电源。信号通过耦合器 的反向耦合端的电阻分压和电容耦合,进入功率检测芯片 ,得出对应的直流电压值, 输入到基带芯片中进行处理,结合线路损耗计算得岀发射信号的功率。耦合器的反向耦合端 ()得到的信号经过一个衰减网络,再经过巴伦进行单端信号转差分信号进入 芯片作为接收信号并进行接收信号的峰值功率检测。 具体电路原理图如下: 山国武花论文在丝 3菜心 2 :9 :: C4 图耦合器电路原理图 外围电路设计 本终端硬件平台采用的模块为 单电源供电,其核心采用 芯片,拥有高速内核,内建看门狗和心跳机制,保证模块在线能力;可选 工作模式, 模式时可支持多达个连接;支 持无线上作在模式和节点 模式, 系统可以直接访问;支持透明协议数 据传输模式。其外围电路设计如下图所示: 06 工ED 工ED nlink RTS D ANT 33v I OuF LED2 图 模块外围电路原理图 控制器程序设计 超高频无源模块基带芯片内写冇固件程序提供串口通信接口,可接受固定帧格式 的标签操作指令,通过控制器的串口向基带芯片的串口发送读写标签操作指令,控制器 程序具体流程图如下所示:对于读标签操作,控制器对串口、进行初始化,之后向 射频模块父送读标签信息的指令,若控制器收到模块回复的数据信怠,则进行数据解析,否 山国武花论文在丝 则控制器将继续冋模块发送读标签指令信息,解析后将获取的标签信息转发给串∏进 而通过模块透明传输给 终端进行信息的査看与存储;对于写标签操作,控制 器对串凵、进行初始化,之后向射频模块发送写标签信息的指令,若收到确认信息, 通过控制器发送欲写入的标签信息,否则将继续向模块发送写标签信心指令,直到进行 次操作后结束,若写入标签信息成功,则会收到写入成功信息。 开始 串口1、2初始化 串口2向UH射频模块基帶芯片发送 读标签指令 获取模块回 复数据信息一 对回复数据 进行解析 获取标签id信息发给串口1 信息成功发送 图读标签控制程序流程图 开始 串口1、2初始化 串凵"向LH射频模块基常心片发送 写标签指令 收到响应信息 斗发送欲写入的标签信息 返回与入成功信息 图读标签控制程序流程图 调试与测试 印刷电路板制作完成后,首先对照原理图仔细检查印刷电路板的连线,保证不会发生短 路,确认无误后方可焊接。焊接的过程中要注意静电的防护,首先焊接电源部分,然后焊接 其他电路 山国武技论文在丝 电路焊接完成后需要对供电进行测试。采用进行供电,通电后首先观察硬件电的 电源指示灯是否亮起,然后测量输出电压是否为电源方案的设定值。系统电源共有两路输出, 模块、控制器 部分引脚使用电压供电, 部分引 脚使用电压供电,具体测试结果如下表所示 表电压测试结果 电源编号输入电压()输出电压()实测值() 误差率 电源测试完成后需要先烧写程序,之后重新启动终端,通过频谱仪对整个设备的输出功 率进行测试,因为在是输出端使用了的衰减器,因此在频谱仪进行了的补偿, 如下图所示,可看出终端此时工作在 输出功率峰值为 ,输出功率 Agilent Spectru I Aulalreel-Sweul St 回区 鱼A叶山U下4十月4 Scale/Div 10 dB A Amplitude Atten:30 dB Ref Level Ref offset 2o dB Mkr1 B0282 MHz 30.00 dBm 10 cBldiy Ref 35. 00 dBm 42.32dBm 10 dB Scale Typ Presel Center Presel AdJust sLari 900.00 MHe More Res B 2/0 kH VBW 270 K sweep 1.00 ms(1001 pts) 0018. png>saved 图输出功率频谱图 经过测试,分离式 读写设备最远可以阅读距离为的电子标签,写距离 最远达到,下图为通过与建立连接后,获取到的标签数据信息,标签信息为 共数据。以上测试均符合预定日标。 Tag Access [Read] Read Bank: EPc Offset: 0000 Count: 0001 APwd: 00000000 Command Begin(Cmd B0010 Inv84,0.0,3000200686363200890310EC9500BE Access, Read, 00, 0000. 0. 00BE Inv,85,0.0,30002006863631700890310Ec9500BE Access, Read, 00, 0000, 0, 00BE Command End (Status=0000) Access Count =2 Tag Read Success 图 标签信息读取测试 山国武花论文在丝 结论 本文给出了一种分离式便携读写手持设备硬件、控制程序的设计方案并对整个终 端进行了测试。终端内部采用 射频芯片、 基带芯片组成超高频 读与模块,并使用单片机对模块控制,较传统的读写器相比省去了复杂操作系统的开 发工作,只需简单的单片机程序就可对整个读写终端进行控制,通过模块可实 现与 终端以及间的通信。 参考文献 郎为民射频识別()技术原理与应用北京:机械工业出版社, 周晓光射频识别()技术原理与应用实例北京:人民邮电出版社, 张琦电子标签七大优势自动化技术与计算机 范桂林 读卡器设计大连:大连理工大学, 郑少渊超高频读写器的设计与实现杭州:浙江大学,

...展开详情
试读 9P 论文研究-分离式UHF RFID读写终端设备的设计与实现 .pdf
立即下载 低至0.43元/次 身份认证VIP会员低至7折
抢沙发
一个资源只可评论一次,评论内容不能少于5个字
  • 至尊王者

    成功上传501个资源即可获取
关注 私信 TA的资源
上传资源赚积分,得勋章
最新推荐
论文研究-分离式UHF RFID读写终端设备的设计与实现 .pdf 23积分/C币 立即下载
1/9
论文研究-分离式UHF RFID读写终端设备的设计与实现 .pdf第1页
论文研究-分离式UHF RFID读写终端设备的设计与实现 .pdf第2页

试读结束, 可继续读1页

23积分/C币 立即下载 >