RFID课程设计报告

《电信专业电子系统课程设计A》课程设计报告系别：信息科学与技术系专业班级：电子信息工程1002班学生：车清龙学号：指导教师：（课程设计时间：2013年1月14日——2013年1月18日）华中科技大学武昌分校目录1．课程设计目的…………………………………………………………………22．课程设计题目描述和要求……………………………………………23.1RFID实验系统电路图………………………………………………………33.2RFID实验系统各组成部分工作原理………………………………………43.3RFID实验系统主要芯片资料………………………………………………63.4实验程序代码………………………………………………………………73.5实验步骤……………………………………………………………………93.6电路调试过程………………………………………………………………93.7调试电路遇到的问题……………………………………………………114．总结…………………………………………………………………………12参考文献………………………………………………………………………121.课程设计目的（1）熟悉和掌握RFID的一般组成和工作原理；（2）认识RFID技术的特点及优势；（3）初步了解到RFID的应用现状和前景；（4）通过实验熟练掌握RFID实验系统各工作部分的工作原理、高频电路的一般调试方法；（5）进一步巩固实际动手能力，培养严谨的实验作风。2．课程设计题目描述和要求（1）RFID实验系统组成（2）RFID实验系统工作过程接通阅读器电源后，高频振荡器产生13.56MHz方波信号，经功率放大器放大后输送到天线线圈，在阅读器的天线线圈周围会产生高频强电磁场。当应答器线圈靠近阅读器线圈时，一部分磁力线穿过应答器的天线线圈，通过电磁感应，在应答器的天线线圈上产生一个高频交流电压，该电压经过应答器的整流电路整流后再由稳压电路进行稳压输出直流电压作为应答器单片机的工作电源，实现能量传送。应答器单片机在通电之后进入正常工作状态，会不停的通过输出端口向外发送数字编码信号。单片机发送的有高低电平变化的数字编码信号到达开关电路后，开关电路由于输入信号高低电平的变化就会相应的在接通和关断两个状态进行改变。开关电路高低电平的变化会影响应答器电路的品质因素和复变阻抗的大小。通过这些应答器电路参数的改变，会反作用于阅读器天线的电压变化，实现ASK调制（负载调制）。在阅读器中，由检波电路将经过ASK调制的高频载波进行包络捡波，并将高频成分滤掉后将包络还原为应答器单片机所发送的数字编码信号送给阅读器上的解码单片机。解码单片机收到信号后控制与之相连的数码管显示电路将该应答器所传送的信息通过数码管显示出来，实现信息传送。3.1RFID实验系统电路图（1）阅读器电路图（2）应答器电路图3.2RFID实验系统各组成部分工作原理（阅读器部分）①高频振荡器本实验系统采用的石英晶体与门电路构成的多谐振荡器。多谐振荡器是一种自激振荡电路，该电路接通电源后利用电容的充放电，当输入电压达到与非门的阀值电压VT时，门的输出状态即13.56MHz载波信号产生模块发生变化继而产生一定频率和幅值的矩形脉冲和方波。②高频功率放大器本实验系统采用由高频晶体管C2655组成的丙类功率放大器。电路结构如下图所示高频功率放大器③包络检波电路（电路图如下图所示）检波过程，主要是利用二极管的单向导电特性和检波负载RC的充放电过程。利用电容两端电压不能突变只能充放电的特性来达到平滑脉冲电压的目的。④比较电路（比较电路由LM358组成，如下图所示）比较器主要是用来对输入波形进行整形，可以将正弦波或任意不规则的输入波形整形为方波输出。滤除检波波形中杂波的干扰，避免因为电压太小而造成单片机会因为无法识别而不能解码或解码错误。比较电路⑤解码显示模块当2051接收到应答器发送的编码信息后，2051中存储有该应答器所对应的一卡通余额，并将其译码和显示输出。P1.3、P1.4分别作为2位八段数码管的片选输出，P1.0、P1.1、P1.5、P1.6分别连接CD4511的四个数据输入端。四位的二进制BCD码输入4511后，经过解码转换为1位的十进制数，并控制一个共阴极的数码管显示数字。P1.3控制个位数的输出，P1.4控制十位的输出。当2051有译码输出时，两个数码管所显示的数字就会由初始化的“00”变为相应的数值，并停留一秒。译码显示模块3.3RFID实验系统主要芯片资料①74HC04六反相器（引脚图）②LM358电路结构和引脚功能图74HC04六反相器LM358③AT89C2051引脚排列图P1口：P1口是一组8位双向I/O口。P3口：P3口的P3.0——P3.5、P3.7是带有部上拉电阻的7个双向I/O口。RST：复位输入XTAL1：振荡器反相放大器的及部时钟发生器的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。④CD4511A0~A3：二进制数据输入端，即为为8421BCD码输入端。BI：消隐输入控制端，当BI=0时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。LE：锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。LE=1时译码器是锁定保持状态，CD4511输出被保持在LE=0时的数值。LT：测试输入端，当BI=1，LT=0时，译码输出全为1，不管输入DCBA状态如何，七段均发亮，显示“8”。它主要用来检测数码管是否正常。Ya~Yb：为数据输出端，即译码输出端，输出为高电平1有效。VDD：正电源。VSS：接地。3.4实验程序代码1.应答器发码程序MOVSCON,#80H;设置工作方式2MOVPCON,#00H;SMOD=0波特率不加倍MOVR0,#86HLOOP:MOVA,R0;取发送数据MOVC,P;奇偶位送TB8MOVTB8,CMOVSBUF,A;读取数据WAIT:JBCTI,NEXT;判断发送是否结束，TI=1时跳转SJMPWAIT;TI=0时,在次此循环NEXT:ACALLDELAY;延时SJMPLOOPDELAY:MOVR7,#0AH;延时DEL:MOVR6,#0FFHDJNZR6,$DJNZR7,DELRETEND2.阅读器解码程序ORG000HLJMPMAINORG0023HLJMPINTERUPUTMAIN:MOVP1,#00H；系统初始化MOVR0,#86HMOVSCON,#90H；串口工作方式2，并允许接收MOVPCON,#00H；置SMOD=0，波特率不加倍CLRRISETBEA；开串口中断LOOP:SJMPDISPLAYSJMPLOOPINTERUPUT:CLRRI；接收中断标志清零MOVA,SBUF；读取接收数据MOVC,PJNCLPO；进位为零则判断接收未结束将数据；送入86H，接收结束则中断返回JNBRB8,TEMP；进位为1判断接收未结束中断返回MOVR0,A；接收结束则将数据送入86HRETI；中断返回LPO:JBRB8,TEMPMOVR0,ATEMP:RETIDISPLAY::MOVA,R0；显示部分CLRP1.4；片选SETBP1.3LCALLDISPLCALLDELAYCLRP1.3SETBP1.4LCALLDISPLCALLDELAYCLRCRETDISP:RRCAMOVP1.0,CRRCAMOVP1.6,CRRCAMOVP1.1,CRETDELAY:MOVR7,#0AH；延时DEL:MOVR6,#0FFHDJNZR6,$DJNZDJNZR7,DELRETEND3.5实验步骤1检测元件好坏，根据原理图查找芯片的有关资料；2综合查找的相关资料以及实验原理图绘制RFID实验系统的的线路图3根据线路图焊接电路板.；4测量电路各静态工作点；5完成程序设计、接通电路，并进行调试检测电路是否正常；6设计外观；7封装。3.6电路调试过程3.6.1阅读器部分1.测试稳压电源模块将7805的1引脚接+12V直流电源，在2引脚用万用表测试其输出电压。2.载波信号测试（输出信号的频率应为13.56MHz，输出信号的幅度应为3V左右）图11引脚波形图图213引脚波形图图312引脚波形图3.高频功率放大器①C点波形调试将C点接入示波器，调节RP2使C点波形最大（信号幅度应为20V～30V）。图4C点波形图②阅读器线圈波形调试，C点波形最大时将阅读器线圈的正极接入示波器，调整可调电容C9，使该点信号幅度达到最大（信号幅度应为55VP-P～80VP-P，且波形很好）。图5阅读器线圈输出波形图4.初始显示将阅读器程序烧入单片机后数码管显示正常为“00”3.6.2应答器部分1.应答器耦合信号的检测将万用表接在应答器天线L4耦合信号输入端，检测该点的信号电压，将应答器天线L4靠近阅读器天线线圈L2，加电后观察信号幅度。（该点信号幅度应为10VP-P～15VP-P）实际测量时该点电压为15V。2.芯片供电电路的检测用万用表直流电压档10V档分别测量LS7805的1端整流输入和3端稳压输出电压值，（整流输入电压应为5～7V,稳压输出电压应为3.5~5V）实际测量整流输入电压为5V,稳压输出电压应为3.5V3.编码脉冲信号的检测：用数字存储示波器检测单片机输出的编码脉冲信号（该点信号幅度应为1V左右）。实际幅度为1.2V。图6单片机3引脚输出波形4.ASK调制信号的检测用数字存储示波器测量应答器天线上ASK调制信号，调整应答器天线L4与阅读器天线线圈L2的相对位置，观察ASK调制信号（该信号幅度应为10VP-P～15V。）实际波形幅度为15V。图7应答器线圈调制信号波形5.检波输入信号的检测用数字存储示波器测量检波管D1的正极，观察ASK调制信号（信号幅度应为10VP-P左右）。实际波形幅度很小，导致无法得到检波输出信号。（实验进行到此）。3.7调试电路遇到的问题1.最初检测阅读器线圈时，波形已能达到预期状况，但一段时间后波形出现变化，与预期状况不符。调节可调电容C9波形仍未正常。通过对前级电路的测试发现74HC04芯片烧毁，芯片不能正常工作，导致高频载波电路瘫痪，无法产生正常载波信号。调整方法：更换芯片，在下面的测试中注意及时切断电源，保证芯片正常工作。2.应答器感应线圈电压达不到预期效果，电压值过小。查找过程：①更换7058，将其换为LS7058，电压值仍然偏小；②调整线圈匝数，电压值略有升高，但仍不满足系统要求；③切断应答器线圈与稳压电源的连线，电压值仍然偏低；④将应答器线圈与稳压电源的连线重新焊接好，取下单片机，切断放大器T4与线圈连线，电压值达到预期效果，说明负载中的单片机或放大器出现问题；⑤焊接好T4与线圈连线，继续测量线圈电压，电压值下降，说明电路中放大器T4出现问题；调整：将原来的放大器拆下，重新焊接一测试通过的放大器，测试感应电压电压，电压值达到实验要求。单片机正常工作，调制信号也出现了。3.检波输入信号过小（初步预测出现此种状况的的可能：①检波电路前面的电容或电阻出现了问题。②两线圈耦合度不高。）4.总结（1）通过学习，了解到了RFID在通信领域和物流领域的应用意义，同时也认识到学习RFID技术能为我们以后在通信行业的发展打下一定的基础；（2）通过课程设计对高频电子线路和通信原理等专业知识进行了复习和巩固，从而对能量和信息的传递过程有了更清晰的认识；（3）电路焊接好后应认真检查电路，确认没有焊接错误、虚焊、漏焊、短路等问题后，再对电路进行调试，这样可以有效减少电路调试的时间，从而提高工作效率；（4）在调试之前应对实验系统的工作原理和过程有一个全面的地了解，知道每一个工作部件的正常工作情况，这样才能有条不紊地进行调试；（5）调试的过程中应仔细观察实际结果同理论结果之间的差异，便于准确地查找到错误点；（6）当实验结果与理论情况不符实，应一级一级向前检查，直到找到问题所在，同时应学会利用断开负载以及逐部件排除的方法来查找电路问题；（7）在检查错误时，不能盲目地检查，而要有条理地一步一步地来，同时也不能放过任何一个细节。参考资料：《射频识别（RFID）实验教程》胡长阳、高峰等华中科技大学武