趙夢軍,，戴爾晗,，徐君，陳誠,，周順利

　　（南京郵電大學(xué) 自動化學(xué)院,，江蘇 南京 210023）

　　摘要：設(shè)計一種射頻識別讀寫器,，包括射頻收發(fā)芯片、巴倫電路,、功率放大電路,、衰減器、低通濾波器,、耦合器,、收發(fā)天線、微控制器模塊,、RS232接口和USB接口,。該射頻識別讀寫器通過優(yōu)化電路的設(shè)計以及相關(guān)組件、電路和模塊的合理選型,，使得整個射頻識別讀寫器的工作穩(wěn)定,，能夠準確地進行信息讀取，應(yīng)用范圍廣,，實用性強,。

　　關(guān)鍵詞：射頻識別；讀寫器,；多接口

0引言

　　傳統(tǒng)的自動識別技術(shù),，尤其以條形碼技術(shù)為典型代表，無論在商業(yè)領(lǐng)域還是在物流,、金融等領(lǐng)域,，得到了廣泛的應(yīng)用，成為一種重要的信息采集手段,。其符號表示方法已從一維條碼發(fā)展到二維條碼,，但條碼技術(shù)存在一些技術(shù)缺陷，如安全性低,、信息無法更改,、信息讀取速度慢、通信與抗干擾能力差等,。此外,，條碼識別技術(shù)在多目標識別及圖1讀寫器硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖高速目標識別方面完全無用武之地,，使得條碼技術(shù)的應(yīng)用存在很大的限制，已經(jīng)不能滿足當前的應(yīng)用需求,。根據(jù)上述出現(xiàn)的問題,，射頻讀寫器應(yīng)運而生。射頻讀寫器以其讀寫速率快,、識別距離遠,、數(shù)據(jù)傳輸速率高、抗電磁干擾能力強,、使用壽命長等優(yōu)勢,，在生產(chǎn)管理等方面得到了廣泛應(yīng)用。

　　射頻識別技術(shù)是一種非接觸的自動識別技術(shù),，該技術(shù)通過空間耦合來實現(xiàn)信息的傳遞,，并且通過傳遞的信息來達到信息識別的目的。高速傳遞且距離遠是射頻識別系統(tǒng)的優(yōu)點,，因此,，該技術(shù)非常適用于運輸、交通以及物流等領(lǐng)域［1］,。

　　在應(yīng)用實例中,，產(chǎn)品上要附有標簽，射頻識別讀寫器從這個標簽上讀取信息,。當讀寫器處于正常工作狀態(tài)時,，讀寫器發(fā)射天線產(chǎn)生的電磁場被耦合到標簽上，標簽利用這種耦合能量來驅(qū)動電路,，然后,，將處理后的信息再次以電磁場的形式耦合到讀寫器的接收天線，從而被讀寫器接收處理,。

1硬件電路設(shè)計

　　射頻識別讀寫器的硬件包括射頻收發(fā)芯片,、巴倫電路、功率放大電路,、衰減器,、低通濾波器、耦合器,、收發(fā)天線,、微控制器模塊、RS232接口和USB接口［24］,。整個系統(tǒng)的示例性結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示,。

　　1.1微控制器模塊及接口設(shè)計

　　微控制器模塊采用C8051F340作為核心芯片，要實現(xiàn)的主要功能是控制射頻收發(fā)芯片工作模式，同時接收射頻收發(fā)芯片的信號,，用于完成接口指令的接收和發(fā)送［5］,。C8051F系列是美國得克薩斯州的Cygnal公司設(shè)計和制造的混合信號片上系統(tǒng)單片機，C8051F有一個可編程內(nèi)部高頻振蕩器,、一個可編程內(nèi)部低頻振蕩器和一個外部振蕩器驅(qū)動電路,。系統(tǒng)時鐘可以由外部振蕩器電路或任何一個內(nèi)部振蕩器提供。C8051F340芯片含有64 KB的片內(nèi)Flash存儲器和4 352 B片內(nèi)RAM,，具有片內(nèi)上電復(fù)位,、VDD監(jiān)視器、電壓調(diào)整器,、看門狗定時器和時鐘振蕩器,，圖3射頻收發(fā)模塊電路原理圖該芯片是真正能獨立工作的片上系統(tǒng)，用戶軟件對所有外設(shè)具有完全的控制,，可以關(guān)斷任何一個或所有外設(shè)，以節(jié)省功耗,。C8051F 340采用流水線結(jié)構(gòu),，與標準的8051結(jié)構(gòu)相比指令執(zhí)行速度有很大的提高。

　　微控制器最小系統(tǒng)主要由C8051F340芯片,、3.3 V電源電路,、復(fù)位電路、調(diào)試電路組成,。與微控制器連接的接口有RS232接口和USB接口,。電路原理圖如圖2所示。

　　1.2射頻收發(fā)模塊設(shè)計

　　射頻收發(fā)模塊采用AS3992作為核心芯片,。AS3992是超高頻的RFID讀取芯片,，它的接收靈敏度達到-86 dB，有著可編程的多讀寫器模式,，在915 MHz頻段工作,，可以同時支持ISO/IEC 180006B和ISO/IEC 180006C通信協(xié)議。芯片的集成度非常高,，在其發(fā)射端主要集成了壓控振蕩器,、混頻器、鎖相環(huán),、調(diào)制器和功率放大電路,，芯片還支持協(xié)議處理的數(shù)字部分，用戶可以通過編譯程序來選擇功率放大電路的使用,；在其接收端主要集成了混頻器,、低噪聲放大器、中頻放大器和解調(diào)電路；另外,，為了降低能耗,，芯片采用了多種供電模式。這些都簡化了芯片外圍電路的設(shè)計,，內(nèi)部的協(xié)議處理也方便了應(yīng)用開發(fā)［6］,。

　　AS3992與C8051F340微控制器連接，射頻收發(fā)芯片AS3992用于接收微控制器模塊的指令,，處于相應(yīng)的工作模式,，以接收和發(fā)射射頻信號。射頻收發(fā)模塊的原理圖如圖3所示,。

　　1.3外置功率放大電路設(shè)計

　　射頻收發(fā)的芯片AS3992最大輸出功率超出功率放大芯片最小允許輸入功率,，為確保功率放大芯片安全工作，在功放前級中要加入衰減器,。為提高信號的功率和增益的平坦度,，采用兩級放大，前級功放采用芯片型號為SXB4089Z,，后級功放采用芯片型號為MAAP007649000100［7］,。射頻識別讀寫器中功率放大電路示意圖如圖4所示。

　　1.4巴倫電路設(shè)計

　　射頻收發(fā)芯片AS3992發(fā)射以及接收的都是差分信號,，但是收發(fā)天線接收和發(fā)射的都是單端信號,，巴倫電路就是用于將射頻收發(fā)芯片所發(fā)射的差分信號轉(zhuǎn)換為單端信號，以及將收發(fā)天線接收到的單端信號轉(zhuǎn)換為差分信號,。

　　本文采用0900BL18B100巴倫天線信號調(diào)節(jié)器,，其頻率范圍為800 MHz~1 000 MHz，工作溫度范圍為-40℃~85℃,。巴倫電路的電路原理圖如圖5所示,。

　　1.5收發(fā)天線、耦合器和低通濾波器設(shè)計

　　收發(fā)天線采用SMB直連器與耦合器連接,，耦合器采用RCP890A05電橋耦合器,，收發(fā)天線通過與耦合器的連接可以做到一根天線既可以發(fā)送信息又可以接收信息［8］。

　　低通濾波器采用型號為LFCN-1000+的濾波器,，該濾波器是具有出色功率處理能力的小型濾波器,，工作溫度穩(wěn)定，能夠過濾1 000 MHz以上的高頻信號,。

　　收發(fā)天線,、耦合器以及低通濾波器的電路原理圖如圖6所示?！?/p>

　　1.6電源模塊

　　根據(jù)芯片AS3992與C8051F340對電源的要求,，本文選用奧地利微電子公司的升壓轉(zhuǎn)換器AS1340,。AS1340的工作電壓是2.7~5.5 V，可提供2.7~50 V的可調(diào)節(jié)輸出電壓,；AS1340可以支持自動省電模式,，可提升在輕負載下的效率；此外,，低功耗設(shè)計可將工作電流減少到僅30 μA,，AS1340 還能提供具有輸出斷開功能的關(guān)斷模式，此時工作電流低于1 μA,，AS1340 這種極低的功耗控制可大大延長電池的使用壽命,。AS1340電路圖如圖7所示。

2結(jié)論

　　本設(shè)計以C8051F340為微處理器模塊核心,，以AS3992為射頻收發(fā)模塊核心,，同時，還有巴倫電路,、功率放大/衰減電路,、低通濾波器、耦合器以及收發(fā)天線,，提供了一種工作穩(wěn)定,、能夠準確地進行信息讀取的射頻識別讀寫器，該讀寫器具有遠距離,、低成本、適用范圍廣,、實用性強等優(yōu)點,。本系統(tǒng)在無線電識別與裝置領(lǐng)域具有一定的理論和研究價值。

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