该系统所设计的标签主要有天线,微处理器,桥式整流电路,阻抗调制电路,ASK解调电路等几部分组成。其中天线由并联谐振回路构成,用来接收读写器发射的能量信号和数据信号;改进的桥式整流电路从交流电压中提取直流成分为整个电路提供稳压电源;单片机用来存储信息,处理数据;阻抗调制电路是标签的重要组成部分,它完成了无源标签向有源读写器"发送"数据的重要功能;而标签中解调电路则将收到的读写器发送来的ASK信号加以解调。下面将具体介绍各部分电路的设计与实现。
本系统在软硬件实现后进行了调试和测试,已经实现了读写器和标签间115.2kbps的数据传输,达到了预期目的。为了进一步增大读写器的作用范围,提高系统的整体性能,还需要进一步降低标签的功耗,提高灵敏度。此系统稍加改进可应用于图书馆管理,集装箱检查,交通运输等其他领域,具有广泛的应用前景。
主要部分电路设计
1、天线
通常RFID系统通信有两种信号耦合方式:磁场耦合(变压器耦合)和电磁场耦合(雷达耦合),磁场耦合一般应用于低频,而电磁场耦合一般应用于高频,本系统采用变压器耦合,即电感耦合。
应答器的天线采用并联谐振回路,即将一个电容器C2 与应答器的天线线圈L2 并联,当外加频率等于其谐振频率13.56MHz 时,其电路阻抗最大,其两端电压U2也达到最大值。该回路的谐振使得读写器天线线圈产生非常大的电流,这样标签从电磁场中耦合过来的信号就最大,提高了能量的利用效率。
在实际的设计调试中,采用图3.1.2所示的测试电路。图中R=3kΩ,并采用峰峰值为7v的信号源作为u1输入,不断改变u1的频率,在输出端观察信号u0的峰峰值电压随频率变化的大小,要求当信号频率为13.56MHz 时,u0的峰峰值电压达到最大。若达不到该要求,则改变L和C的值,直到符合要求为止。
实验结果:
当选取N=3匝,长和宽分别为9.7cm和6cm的矩形线圈L,当C=51pF时,输入信号ui的峰峰值为7v,改变ui的频率,测得谐振回路电压u0 在频率为13.56MHz时最大。
2、标签的电源
电感耦合标签几乎都是无源的。这意味着微型芯片工作所需要的全部能量必须由读写器供应。因此如何减小tag的功耗,提高能量的利用率就成了稳压电源电路的主要任务。改进型的桥式整流电路是一种提供稳压电源的理想方式,很好的解决了标签上3v稳压电源的获得问题。
(1)改进型桥式整流电路
整流电路的任务是将交流电变换成直流电。这主要是靠二极管的单向导电作用。普通的桥式整流电路是由四个整流二级管组成的全波整流电路。但是,由于二极管正向导通时,存在一个正向压降,硅管是0.6-0.7v,锗管是0.2-0.3v,交流信号经过整流后不可避免的会存在一定的损耗,所以这类的整流电路效率不是很高,实际能达到70%左右。为了进一步提高整流电路的效率,需要将桥式整流电路中的两个二极管换成高频P沟道耗尽型MOS 管:
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