摘要本無線識別裝置主要由閱讀器和應答器組成。閱讀器包含高頻接收模組、控制單元以及與應答器連線的耦合元件。高頻接收模組以單片整合接收晶元mc3362為核心，結合mc145151構成鎖相迴路，接收應答器傳送的資訊。
應答器由耦合元件以及高頻發射模組組成，其工作所需能量全部由耦合線圈提供，採用自動開關控制應答器與電源的通斷以降低功耗。c8051微控制器系統作為資料傳送的控制部分，程式設計採用c語言在keil 51的編譯器上程式設計實現，經測試，整機功能齊全，各項指標均達到設計要求。
關鍵詞： 閱讀器應答器耦合線圈 mc3362
2 系統方案設計
2.1 總體設計方案
本系統主要由閱讀器和應答器組成，閱讀器將振盪器的振盪訊號放大後經耦合線圈輻射出去；應答器一方面從耦合線圈得到激勵訊號，另一方面將所得訊號經調頻整流和穩壓後送入發射機和微控制器為其提供能量，採用自動開關控制發射機電源通斷以降低功耗。總體設計方案圖如圖1 所示。
圖1 總體設計方案
2.2方案論證與選擇
（1）總體方案論證與選擇
方案一：採用時分方式，閱讀器間斷傳送大功率的載波訊號，應答器從耦合線圈獲得載波訊號後，部分能量經過高頻整流後提供給微控制器作為電源；另一部分訊號經過延時，被送入移相網路，移相網路根據微控制器提供的編碼對訊號調相，調相後的訊號重新返回到天線進行發射，閱讀器根據收到的訊號解調出預置編碼，方案框圖如圖2 所示。
圖2 總體方案一方框圖
方案二：採用頻分方式，閱讀器發射與應答器訊號不同頻率的大功率的高頻訊號，作為應答器的能源。應答器收到高頻訊號後將其高頻整流作為整個應答器的電源，應答器的發射系統根據微控制器提供的編碼完成訊號的調製及發射。
方框圖如圖3所示。
方案選擇：方案一閱讀器由開關控制，耗能較小，但其收發訊號
圖3 總體方案二方框圖
調諧在同一頻率上，容易形成干擾，增大誤位元速率；方案二的收發訊號載波頻帶相隔較遠，相互干擾很小，誤位元速率低，故採用方案二。
（2）應答器電路方案論證與選擇
應答器發射電路採用專用的調頻發射晶元mc2833，使用其典型應用電路，實現調頻。
方案一：微控制器所需能量由耦合線圈得到的訊號經過整流、濾波後得到。其原理圖如圖所示4。
該方案電路相對簡單，但由於在電壓達到需求值之間發射機一直處於連通狀態，能量損耗大，而耦合所得能量有限，不利於系統的正常工作。
圖4 應答器電路方案一框圖
方案二：方案二在方案一的基礎上增加自動開關電路，在電壓達到需求值之前發射機處於斷開狀態，減少能量損耗，提高電路功效，其原理圖如圖5所示。
圖5 應答器電路方案二框圖
方案選擇：應答器能量全部由線圈從閱讀器線圈耦合得到，對功效的要求較高，為此選擇方案二
（3）閱讀器接收電路方案論證與選擇
方案一：採用常規的調頻接收晶元（如cxa1691），調整本振頻率使得接收頻率範圍落在30mhz-40mhz之間，但精度和穩定度不易達到要求。
方案二：採用窄帶調頻接收專用晶元mc3362，結合mc145151，採用鎖相環電路進行頻率合成，形成閉環控制；鑒頻器的靈敏度較高，能得到精度和穩定度很高的頻率訊號。
方案選擇：基於以上分析，本系統選用方案二，其框圖如圖6所示。
圖6 閱讀器接收電路方案二
3理論分析與計算
3.1耦合線圈的匹配分析與計算
題目要求耦合線圈直徑為6.6cm，漆包線直徑不大於1mm，繞制10圈，
算得漆包線總長度
=207cm=2.07m
一般取線圈總長度為波長的，則波長
=2.074=8.28（m）
頻率所以調製訊號的載頻為36.2mhz。
3.2閱讀器發射電路分析與計算
因為調頻訊號的頻率為36mhz，為了減小其干擾，同時兼顧能量傳輸效率以及減小功放電路製作難度，閱讀器功率發射電路的頻率設定為3mhz左右。題目要求閱讀器電源功率不大於2w，其中大部分被發射機消耗，取發射機效率為50%，則最大輸出功率小於1w，考慮實際情況，發射功率取0.8w較佳。
3.3閱讀器接收電路分析與計算
閱讀器接收電路採用以窄帶調頻接收專用晶元mc3362核心的調頻接收解調電路，它採用了二次混頻技術，其中高、低中頻分別取常用的10.7mhz和455khz（該頻段有現成的濾波器件），因此第一本振頻率為
36mhz-10.7mhz=25.3mhz
為了提高接收靈敏度，本振頻率必須相當穩定，因此採用了鎖相環技術，（採用整合鎖相晶元mc145151）。在鎖相環路中，基準頻率源選用4.194mhz晶振，以2048hz作為鑑相參考頻率，因此必須對基準頻率進行r分頻，分頻比為
r==2048
同時對本振訊號進行n分頻，因為本振頻率為25.3mhz，所以
n===12354
3.4 應答器電路分析與計算
由於應答器電路能量來自耦合線圈，儲存在大電容中，所有有源器件必須採用微功耗晶元，因此微控制器系統採用c8051晶元，最小工作電流僅20微安，以mc2833為核心的發射系統也工作在低功耗狀態，工作電壓在3-6v，工作電流約5-10毫安，而感應線圈的電流約為0.5毫安，設儲存電荷時間為5秒，則發射系統每次發射時間約為
t= 0.5ma*5s/5ma=0.5s
電容容量約為
c=0.5ma*5s/6v=415uf
實際可取330uf-470uf。
因為耦合的高頻電源訊號的頻率為3.2mhz，普通的整流二極體不能滿足要求，因此可採用高頻檢波二極體2ap9，實際效果不錯。
因為發射時間為0.5s，而其它時間不能向發射電路提供能量，因此採用了微功耗的自動開關電路。只有儲存的能量足夠後才自動向發射電路提供能量。
4 單元硬體電路與程式設計
4.1 閱讀器電路設計
閱讀器主要由振盪器、高功放、接收解調電路以及微控制器小系統等組成。
由振盪器和功放組成能量發射電路，振盪器採用普通的lc振盪器，而功放電路以晶元thr300-1為核心，具體電路如圖7所示。
圖7 功率放大電路圖
圖中12uh的電感就是耦合線圈，它和220p的電容組成諧振網路，提高功放的效率。它的輸入激勵電壓約600mv。
接收及解調電路以mc3362和mc145151為核心，通過二次混頻，獲得455khz的中頻訊號，限幅後，經過鑒頻解調出資料訊號，其後送入微控制器，其原理框圖如圖8所示。
圖8 閱讀器電路原理圖
4.2 應答器電路設計
應答器主要由整流濾波電路、自動開關、發射電路和微控制器小系統組成，
圖9 應答器電路原理圖
發射電路採用整合專用發射晶元mc2833。為了滿足天線發射接收要求，根據前面的分析計算，發射系統使用12mhz晶振，通過三倍頻使載波頻率調諧到36mhz。
4.3識別裝置工作流程圖
識別裝置工作流程圖如附錄圖4所示
4.4總體電路圖
總體電路圖如附錄圖5 所示
5 軟體設計
系統軟體分為兩部分，分別為閱讀器的軟體和應答器的軟體。閱讀器的軟體主要負責資料的接收、處理和顯示等功能的實現；應答器的軟體的功能較簡單，主要是負責預置編碼的讀入和發出，具體流程圖分別如附錄圖6 和圖7所示。
+6 系統功能、指標測試
功能測試所用儀器為捲尺和秒錶。測試時不斷增大兩線圈間的距離，測量其識別時間及識別結果，應答器採用電池供電的測試結果如附表1所示。
應答器無電源的測試結果如表1所示。
表1 系統功能、指標測試結果表
7 結論
本無線識別裝置主要包括閱讀器和應答器兩大模組。閱讀器採用單電源10v供電，應答器工作所需能量由耦合線圈提供，系統實現了無線識別應答器的有、無以及其預置編碼的識別與顯示。採用電池供電時，識別時間非常小，識別準確率為100%，而採用耦合線圈供電時，識別時間增大，但都小於5s，準確率為87.
5%，識別距離固定為5cm，完成了所有基本功能，發揮部分的前兩部分也基本實現，
而且閱讀器還具有計時功能，作為其它功能的完成。
8 參考文獻
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附錄圖1 mc2833 內部及外圍電路圖
圖2 mc2833 引腳圖
圖3 mc362 與mc145151連線圖
圖4識別裝置工作流程圖
圖5系統總體電路
圖6 接收機軟體流程圖
圖7 發射機軟體流程圖
表1 系統功能、指標測試結果表
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