電子標(biāo)簽在現(xiàn)代超市、圖書館,、倉儲等公共流通部門的防盜系統(tǒng)中應(yīng)用越來越廣泛,。電子標(biāo)簽及其銷碼本質(zhì)為一種射頻識別(RFID)系統(tǒng)，其工作方式為非接觸式,，是利用射頻信號及其空間耦合,、傳輸特性，對靜止的或移動中的待識別物品進(jìn)行自動識別,，有快捷,、方便等優(yōu)點。本設(shè)計以單片機(jī)STC12C2052AD為核心,，應(yīng)用NE546鎖相環(huán)等芯片,，以及頻率合成、高頻小信號檢測等技術(shù),，制作的電子標(biāo)簽銷碼器具有較高的可靠性和實際應(yīng)用價值,。
1 系統(tǒng)硬件設(shè)計
RFID系統(tǒng)一般由電子標(biāo)簽和閱讀器兩部分組成。應(yīng)用中,，電子標(biāo)簽附著在待識別的物品上,，閱讀器用于當(dāng)附著電子標(biāo)簽的待識別物品通過其讀出范圍時，以無接觸的方式自動將電子標(biāo)簽中的約定識別信息取出,，從而實現(xiàn)自動識別物品或自動收集物品標(biāo)識信息的功能,。
RFID是運(yùn)用L-C振蕩回路工作的。該振蕩回路調(diào)到一個規(guī)定的諧振頻率fH?，F(xiàn)代系統(tǒng)中采用在商品銘牌薄膜的導(dǎo)體上蝕刻應(yīng)答器線圈,，生產(chǎn)的電容器片中間的絕緣薄膜使用10μm厚。將振蕩回路移入到交變磁場附近,，如果交變磁場的頻率fG與振蕩回路的諧振頻率fH相吻合,，振蕩回路產(chǎn)生諧振，從交變磁場獲取能量,。因此,，振蕩線圈上的振蕩過程，可以根據(jù)交變磁場中振蕩線圈的短時電壓或電流變化得到,。這種線圈電流的短時上升(或者線圈電壓短時下降)被直觀地稱作降落(Dip),。
這種Dip的相對強(qiáng)度主要取決于兩個線圈接近的速度，為了保證可靠地識別粘貼在產(chǎn)品上的應(yīng)答器振蕩回路,，需要獲得一個盡可能明顯的Dip,，可采用產(chǎn)生的磁場頻率不是恒定的，而是掃描的,。使振蕩器頻率不斷掃過最大和最小頻率之間的范圍,，如果掃描的振蕩器頻率正好命中了(應(yīng)答器里振蕩回路的)fH,，則振蕩回路就開始起振，并由此在振蕩器線圈的電源電流中產(chǎn)生一個明顯的Dip,，從而檢測到電子標(biāo)簽,。為了在付款處不揭下電子標(biāo)簽，收銀員收款后將被保護(hù)的產(chǎn)品放到一個裝置(電子標(biāo)簽銷碼器)上,，該裝置產(chǎn)生一個足夠強(qiáng)的磁場,，其感應(yīng)電壓能使電子標(biāo)簽的薄膜電容擊穿，破壞振蕩回路,，使振蕩回路在掃描頻率的范圍內(nèi)不會產(chǎn)生諧振,，這樣，被保護(hù)的產(chǎn)品就檢測不到,。
電子標(biāo)簽銷碼器的主要技術(shù)指標(biāo)有：1)能識別電子標(biāo)簽,，能對電子標(biāo)簽去活化處理。2)電子標(biāo)簽諧振頻率：8.2MHz+10%,。3)掃描頻率：90Hz,。4)最大工作速度：40枚/s。5)最大工作距離：50cm,。
電子標(biāo)簽銷碼器構(gòu)成的框圖如圖1所示,。由掃描頻率產(chǎn)生電路、功率放大與發(fā)射電路,、檢測電路,、單片機(jī)控制電路和報警電路構(gòu)成。
1.1 掃描電路
掃描電路采用高頻模擬鎖相環(huán)NE564構(gòu)成,，NE564的最高工作頻率可達(dá)50MHz,，采用+5V單電源供電，特別適用于高速數(shù)字通信中FM信號及FSK(移頻鍵控)信號的調(diào)制,、解調(diào),，無需外接復(fù)雜的濾波器。利用NE564的調(diào)頻功能,，先讓其工作在一個固定頻率,，再利用其調(diào)頻特性進(jìn)行頻率的掃描。通過單片機(jī)的P3.7腳輸出占空比周期變化的PWM電壓,，經(jīng)過電阻R30,、R31和電容C30、C31濾波,，運(yùn)放LM324構(gòu)成的差動放大器后產(chǎn)生的調(diào)制信號電壓,，輸入到NE564的FM端，從而控制NE564的輸出頻率。使掃描頻率以8.2MHz為中心頻率,，左右頻偏10%,，且通過掃描方式(90Hz掃描),，步進(jìn)128步來完成7.38～9.02MHz頻率的產(chǎn)生,。掃描電路如圖2所示。
1.2 功率放大與發(fā)射電路
功率放大電路采用寬帶變壓器耦合回路,。寬帶變壓器用高頻磁芯繞制的高頻變壓器和傳輸線變壓器,。寬帶功率放大器不需要調(diào)諧回路，可在很寬的頻率范圍內(nèi)獲得線性放大,。發(fā)射電路通過天線發(fā)射無線電波,，無線電波的發(fā)射與接收依靠天線來完成。掃頻電路輸出的以8.2MHz為中心頻率,，左右頻偏10%的信號由功率放大與發(fā)射電路的WAVE端輸入,，經(jīng)過Q1放大和高頻變壓器T1耦合后送到發(fā)射天線，向規(guī)定的方向發(fā)射無線電波,，同時天線還用來接收無線電波,，并把接收無線電波還原為高頻電流。功率放大與發(fā)射電路如圖3所示,。
1.3 檢測電路
當(dāng)電子標(biāo)簽諧振時,，天線上會出現(xiàn)一個Dip點。檢測電路的任務(wù)就是在天線中的眾多頻率中檢測出這一特殊頻率,，并將其轉(zhuǎn)換成單片機(jī)的外部中斷電平,。但在工程中，對Dip點檢測比較困難,，但檢測電子標(biāo)簽產(chǎn)生諧振時發(fā)射產(chǎn)生的二次諧波較容易實現(xiàn),。將一個電子標(biāo)簽放入具有能使其產(chǎn)生諧振(8.2MHz)頻率的范圍內(nèi)，在電子標(biāo)簽產(chǎn)生諧振時,，它產(chǎn)生的二次諧波會向反方向發(fā)射,，接收器可以檢測到，用二次諧波頻率產(chǎn)生的信號能使報警設(shè)備啟動,。檢測電路主要由接收天線,、帶通濾波電路、放大電路,、電平轉(zhuǎn)換電路組成,。接收天線用于接收高次諧波，帶通濾波電路用來取出二次諧波分量,，電平轉(zhuǎn)換電路用來把交流分量轉(zhuǎn)變成直流分量送至單片機(jī)作中斷請求信號,。在系統(tǒng)檢測時單片機(jī)會發(fā)出一組控制信號控制HC4066開、關(guān)發(fā)射電路和檢測電路,。檢測信號通過FI0和FI1進(jìn)入檢測電路,，通過二極管IN4148限幅和OP37組成的二階帶通濾波器,，二次諧波分量輸出帶寬在14～18MHz。該信號再通過Q6構(gòu)成的諧振放大電路放大,，得到所需的諧波分量,，經(jīng)電平轉(zhuǎn)換電路整形輸出直流電壓控制單片機(jī)檢測中斷產(chǎn)生。檢測電路如圖4所示,。
1.4 單片機(jī)控制電路
STC12C2052AD單片機(jī)采用增強(qiáng)型8051內(nèi)核,，1個時鐘及1個機(jī)器周期(1T單片機(jī))，速度比普通8051快8～12倍,。工作頻率0～35MHz,，片內(nèi)8k字節(jié)Flash程序存儲器，擦寫次數(shù)1097次以上,，片內(nèi)256字節(jié)RAM數(shù)據(jù)存儲器,，2個硬件16位定時器，1個全雙工異步串行口,，2路PWM輸出,，8路A/D轉(zhuǎn)換。具有高速,、低功耗,、超強(qiáng)抗干擾等優(yōu)點，是目前同類技術(shù)中性價比較高的產(chǎn)品,。單片機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部采用定時器的定時中斷來控制模擬開關(guān)HC4066,，實現(xiàn)發(fā)射和檢測的控制。單片機(jī)的P3.7腳輸出占空比周期變化的PWM電壓用以產(chǎn)生周期掃描頻率;一旦系統(tǒng)檢測到報警物的存在,，通過INT0使單片機(jī)產(chǎn)生中斷,，單片機(jī)的P1.7腳輸出低電平，打開功率管Q2,，加大發(fā)射功率擊穿電子標(biāo)簽中的電容,，并在P1.2腳輸出高電平，使蜂鳴器發(fā)聲報警,。單片機(jī)控制電路如圖2所示,。
2 軟件設(shè)計
STC12C2052AD軟件部分的設(shè)計基于嵌入式C語言，采用模塊化程序結(jié)構(gòu),。包括主程序,、系統(tǒng)初始化子程序、控制功能子程序,、檢測子程序,、占空比周期變化的PWM子程序。
主程序是電子標(biāo)簽銷碼器的核心程序，在測試系統(tǒng)開始工作后,，程序保持在主程序中循環(huán)運(yùn)行,，根據(jù)不同需要對其它功能子程序進(jìn)行調(diào)用，調(diào)用完畢后,，程序返回主程序繼續(xù)進(jìn)行循環(huán),。主程序流程圖如圖5所示。系統(tǒng)初始化子程序主要完成系統(tǒng)初始化工作,，包括引腳配置初始化,、定時器初始化、中斷初始化,、系統(tǒng)參數(shù)初始化等?？刂乒δ茏映绦蚴箍刂葡到y(tǒng)按照功能要求正常工作,。檢測子程序完成電子標(biāo)簽的檢測和擊穿電子標(biāo)簽。占空比周期變化的PWM子程序用來控制產(chǎn)生掃描頻率,。主程序流程圖如圖5所示,。
3 結(jié)論
RFID采用無接觸讀寫，可同時識別多個物體,，有較好的抗干擾能力和保密性能,，這些方面都是條形碼無法比擬的，隨著信息化水平的不斷提高,，RFID技術(shù)有著廣闊的應(yīng)用前景和巨大商機(jī),。