无线识别装置(电子设计竞赛分析)ppt课件.ppt

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1、无线识别装置——作品解析2008-7-112007年全国大学生电子设计大赛通讯、高频组全体组员1无线识别装置任务设计制作一套无线识别装置。该装置由阅读器、应答器和耦合线圈组成，其方框图见图1。阅读器能识别应答器的有无、编码和存储信息。阅读器应答器耦合线圈外接单电源。D阅读器应答器耦合线圈耦合线圈外接单电源图1无线识别装置方框图2无线识别装置任务说明装置中阅读器、应答器均具有无线传输功能，频率和调制方式自由选定。不得使用现有射频识别卡或用于识别的专用芯片。装置中的耦合线圈为圆形空芯线圈，用直径不大于1mm的漆

2、包线或有绝缘外皮的导线密绕10圈制成。线圈直径为6.6±0.5cm（可用直径6.6cm左右的易拉罐作为骨架，绕好取下，用绝缘胶带固定即可）。线圈间的介质为空气。两个耦合线圈最接近部分的间距定义为D。阅读器、应答器不得使用其他耦合方式。3基本要求1、应答器采用两节1.5V干电池供电，阅读器用外接单电源供电。阅读器采用发光二极管显示识别结果，能在D尽可能大的情况下，识别应答器的有无。识别正确率≥80%，识别时间≤5秒，耦合线圈间距D≥5cm。2、应答器增加编码预置功能，可以用开关预置四位二进制编码。阅读器能正确

3、识别并显示应答器的预置编码。显示正确率≥80%，响应时间≤5秒，耦合线圈间距D≥5cm。4发挥部分1、应答器所需电源能量全部从耦合线圈获得（通过对耦合到的信号进行整流滤波得到能量），不允许使用电池及内部含有电池的集成电路。阅读器能正确读出并显示应答器上预置的四位二进制编码。显示正确率≥80%，响应时间≤5秒，耦合线圈间距D≥5cm。（21）2、阅读器采用单电源供电，在识别状态时，电源供给功率≤2W。在显示编码正确率≥80%、响应时间≤5秒的条件下，尽可能增加耦合线圈间距D。（20）3、应答器增加信息存储功能

4、，其存储容量大于等于两个四位二进制数。装置断电后，应答器存储的信息不丢失。无线识别装置具有在阅读器端写入、读出应答器存储信息的功能。（5）4、其他5关键技术分析本题的难点在于发挥部分的实现，主要涉及电能的无线传输、数据传输及储存等问题。发挥部分要求应答器采用线圈耦合供电，阅读器的功耗要≤2W，则电能无线传输方案必须高效。应答器从线圈上耦合获得的电能极为有限，如果采用一般的无线数据传输解决方案，供电将难以满足电路的要求，因此必须采用尽可能简单的数据传输方案以降低应答器功耗。另外数据存储部分对存储器的功耗也提出

5、了较高的要求，所以器件选择也是一个非常重要的环节。6系统整体框图图2无线识别装置系统方框图7应答器类型选择方案一：使用有源应答器，即应答器单独使用电池供电。使用自带的电源，电路工作稳定，可以使用多种调制方式，应答器还可以发射较大功率的信号，通信距离较远。但是其受电池工作时间限制，不可能长期使用。方案二：使用无源应答器，即应答器的电源完全由阅读器提供。由于全部用外部无线供电，供电功率很小，对应答器的低功耗要求高，这样也限制了调制方式的选择和通信距离。方案一易于实现，但只能达到本题的基本要求，为了完成发挥部分，

6、建议选择方案二。8能量耦合和谐振频率选择采用无源应答器方案的关键是能量耦合。通过线圈传输能量，阅读器的初级线圈和应答器的次级线圈之间的耦合系数决定了传输能量的效率。根据耦合线圈调谐匹配理论，应当让耦合线圈工作在复谐振状态，此时次级线圈能获得最大能量。根据题意绕制的耦合线圈电感的实测值约为13uH。如载频选得较高，那么与之谐振的电容则可能非常小，由于分布电容的影响，调试将十分困难。若载频选得较低，则会降低能量发射和耦合的效率。综合考虑选择载波为4MHz。9耦合线圈的谐振与匹配阅读器射频输出端采用发射线圈（电感

7、）和电容串联构成谐振回路。由串联谐振公式得匹配电容C约为120pF，可选取一个100pF和一个3～33pF的可调电容并联得到。为了提高应答器谐振回路Q值以获取更大电压，使低压差稳压芯片能够在更远距离工作，应答器采用并联谐振回路。耦合线圈谐振电路示意图3所示。图3无线识别装置耦合线圈谐振电路示意图10调制方案比较方案一：负载调制本系统工作在HF段，耦合部分应以变压器模型进行分析。利用变压器的性质，将副边（应答器）线圈折合到原边（阅读器）线圈，改变副边负载的大小时，便能够改变原边的电压特性。这就是负载调制效应。

8、方案二：直接调制直接使用FSK、ASK等调制。发射功率较大，传输距离较远。但电路相对复杂，所需供电功率较大，必将影响识别距离。直接调制法所耗功率过大，电路复杂。而负载调制原理简单，能量利用率高，功耗控制良好，利用包络检波就可以得到很好的解调波形。调制方案建议采用方案一。11负载调制方案论证应答器至阅读器的数据传输，对高频段电感耦合系统来说是一种变压器磁场耦合模型，即作为初级线圈的读写器和作为次级线圈的应答器之间的