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1、中国民航大学电子信息工程CDIO初级项目详细设计报告（总体）总 15页第 1页编号简易的 RFID识别系统1、设计方案本系统主要是基于RFID的简单射频识别系统， 该系统基于 51 单片机控制，以无线通信为基础。 该系统有如下优点：识别时，无需接触；识别时间短；错误识别的概率相对较小；有良好的扩展性。这种系统进行功能扩展后可用于停车场、交通道路管理、智能物业管理等多种场合。系统设计主要分阅读器、应答器两部分。各部分电路为： 阅读器：1、电源 2、电源控制器 3、本振信号源 4、功率放大放大电路 5、包络检波电路 6、带通滤波电路 7、方波整形电路 8、电压比较电路 9、51 单片机控制电路。应
2、答器：1、电源： 2、拨码电路3、编码电路： 4、加密电路5、调制电路6、功放电路原理概述：电路主要由阅读器与应答器两部分构成。阅读器是可以利用射频技术来完成读取电子标签信息的设备，它通过发统射信号唤醒和传送命令给电子标签，并接受标签返回的信号，在经过对信号进行初步过滤和处理之后，将信息传送给系别中央处理单元处理得到有用的数据（并显示出来）,从而完成对电子标签信息的获取与解析。阅读器的工作频率决定了识DRFID 系统的工作频率，另外阅读器的发射频率又决定了识别距离的远近。应答器主要作为信息的载体储存了不同的信IFR息，应答器接受读写器的命令后开始工作，将存储的信息编码、加密、调制、放大后通过天
3、线耦合到初级线圈，完成的易信息的传输。简：称名目项系统结构框图1图 1 系统结构框图射频识别系统结构与组成阅读器：1、电源：给阅读器个各部分电路供电；2、电源控制器：控制发射端的接通与关闭；3、本振信号源：为检波与信号传输提供振荡信号；4、放大电路：增加信号功率便于传输与处理；5、包络检波电路：将调制信号解调得到有用的信号；6、带通滤波电路：滤除噪声和消除载波；7、方波整形电路：将得到的信号方波平滑整形；电压比较电路：使方波更加适合数字处理；8、51 单片机发送信号发射命令和对信号进行解码，控制LED 显示应答器：1、电源：给应答器的拨码电路中的拨码开关供电； 2、拨码电路：不同拨码的组合形成
4、不同的信息；3、编码电路：将拨码电路产生的输入信号进行编码； 4、加密电路：对编码的信号进行加密；25、调制电路：对本振与输入信号进行调制，使用与门或与非门；6、功放电路：放大调制信号，使其符合天线耦合传输的需要；2、各分系统或部件的技术、质量指标要求阅读器部分电路设计：一、本源振荡电路：为信号传输提供振荡信号；本设计采用并联谐振c-b 型晶体振荡电路（也称皮尔斯电路）晶体振荡电路中，把晶体置于反馈网络的振荡电路之中，作为一感性元件，与其他回路元件一起按照三端电路的基本准则组成三端振荡器。由于石英晶体存在感性和容性之分，且在感性荣性之间有一条极陡峭的感抗曲线，而振荡器又被限定在此频率范围内工作
5、。该电抗曲线对频率有极大的变化速度，亦即石英晶体在这频率范围内具有极陡峭的相频特性曲线。所以他具有很高的稳频能力，或者说具有很高的电感补偿能力。因此选用c-b 型皮尔斯电路进行制作。为信号传输提供振荡信号；本设计采用并联谐振c-b 型晶体振荡电路（也称皮尔斯电路） 。设计理由：具有很高的稳频能力（或者说具有很高的电感补偿能力） ，因此可产生更加稳定的频率。主要技术指标：1、振荡频率： ?。=13.56MHz2、工作环境温 度范围： -40 +853、电源电压： +12V4、输出电压： 1V主要参数：三极管工作在放大区，因此：RR1330 K, R 210 K1 K, L 12 H反馈系数： F
6、=C3/C1图 2 皮尔斯电路石英晶体选取： HC_49/U_13.56MHz晶振工作原理：晶体振荡电路中，把晶体置于反馈网络的振荡电路之中作为一感性元件，与其他回路元件一起按照三端电路的基本准则组成三端振荡器。由于石英晶体存在感性和容性之分，且在感性容性之间有一条极陡峭的感抗曲线，而振荡器又被限定在此频率范围内工作。该电抗曲线对频率有极大的变化速度，亦即石英晶体在这频率范围3内具有极陡峭的相频特性曲线。所以他具有很高的稳频能力，或者说具有很高的电感补偿能力。因此选用c-b 型皮尔斯电路进行制作。原 理 图二、功率放大电路：增加信号功率便于传输与处理；本设计采用丙类功率放大电路确定功放的工作状
7、态：丙类高频功率放大器可工作在欠压状态、过压状态和临界状态。因欠压状态效率低，而过压状态严重失真，谐波分量大，为尽可能兼顾输出大功率、高效率，一般选用临界状态。主要设计指标： 1、输出功率 Po125mW2、谐振频率 f=13.56MHz3、65%；4、增益放大倍数 50主要参数计算：f 0113.56MHz2LCL=41.1nH C=3.3nF三级管工作在临界状态图 3 丙类功率放大器丙类功放 c=60 90，这里为方便计算，设 c=70。可得集电极电流余弦脉冲直流 ICO 系数 0(70 )=0.25 ，集电极电流余弦脉冲基波 ICM1系数 1(70 )=0.44 。设功放的输出功率为 0
8、.5W。（1）集电极参数计算集电极电流脉冲的直流分量：ICO=ICmax*0( c)=216*0.25=54mA电源提供的直流功率： PD=VCCICO=12V*54mA=0.65w集电极的耗散功率： PC=PD-PO=0.65w-0.5w=0.15w集电极的效率： =PO/PD=0.5/0.65=77%（2）基极参数计算基极基波电流的振幅： IB1m=IBm*1(70 )=9.5mA4基极输入的电压振幅： VBm=2Pi/IB1m=5.3V（3）电源去耦滤波元件选择高频电路的电源去耦滤波网络通常采用 型 LC低通滤波器，滤波电感可按经验取 50100uH，滤波电感一般取 0.01uf 。三、
9、低通滤波器：滤除剩余载波分量，设计采用二阶低通有源滤波器电路。在设计的过程中运用的是滤波器的快速算法设计理由：提高通带的增益放大倍数，避免信号过小导致检测困难，采用有源滤波电路主要设计指标： 1、通带增益 Av=52、截止频率 f=125KHz3、品质因数 Q=0.707主要参数计算：通带增益：A vC 1截止频率：品质因数：图 3 低通滤波电路C21f c2R1R2 C1C21Q3 AVF同相比例因数：AAFR5R4四、电压增益放大电路：增大调制信号的电压，便于检波。本设计采用二级甲类功率放大电路。设计理由：甲类功率放大电路，在信号全范围内均导通，非线性失真小，但输出功率和效率低，为弥补输出
10、功率低的缺点设置二级放大，因为输入信号为已调信号，其频率跨度很大使用丙类放大会对信号造成严重失真，因此选用线性的功率放大器作为增益放大电路5主要设计指标： 1、输出功率 Po125mW2、65%；3、增益放大倍数： 204、电源供电为12V，晶体管用 2N2219主要参数：I C12mA, I C220mAVCE8V50图 5 二级甲类功率放大电路原理图五、检波电路：将调制信号解调得到有用的信号。本设计采用二极管检波电路。设计理由：二极管包络检波器具有电路简单，易于实现的优点。主要设计指标： 1、输出波形频率： 250KHz2、包络波形衰减率 10%1主要参数计算：w0=300kHzR1C 2
11、C10.01 F图 6 二极管检波电路原理图该电路中一般要求输入信号的幅度在0.5V 以上，所以二极管处于大信号工作状态，又称为大信号检波电路。它适用于解调含有较大载波分量的大信号， 利用二极管的单向导电特性和检波负载 LRC 的充放电过程实现检波。 所以 LRC 时间常数的选择很重要。 LRC 时间常数过大，会产生惰性失真。 LRC 常数太小，高频分量会滤不干净。综合考虑要求11 ma2满足 f 0RL Cmax ma其中： ma 为调制度 f0 为载波频率， max 为调制信号角频率的最大值。6六、带通滤波电路：滤除信道噪声。本设计采用四阶切比雪夫带1通滤波电路. 1L11L1,C112.
12、C22C2 , L222w0L1w0C2设计理由：本设计采用归一化切比雪夫低通滤波电路转化为带通滤波电路。1L33L3, C331.C44C4 , L4422主要性能指标： 1、中心频率为： fo =13.56MHzw0L3w0C42、上通带截止频率：f1=13MHz3、下通带截止频率：f2=14MHz4、阻带频率： f s112MHz , f s2 15MHz5、通带增益： Av=1 ；6、品质因数 Q值取 1；图 6电路原理图7、阻带衰减速率为： -40dB/10 倍频。低通通滤波器转换成带通滤波器的设计公式：7低通滤波转带通原理：低通衰减特性可通过频率变换S1 ( p 1 ) ， 转换成带通衰减特性， s 表示低通原型下，对通带上p限的广义频率， p 表示低通转换的任意类型滤波器的中心频率w0 的归一化广义频率，设，则11，
