毕业论文基于rfid应用的系统控制设计

毕业论文基于rfid应用的系统控制设计内容摘要：

频率的两侧。 针对这两个调制边带，能够用一种对两个频率之一的带通滤波器与较强的阅读器信号完全分离开。 在放大后，可以很容易地解调副载波信号。 使用这种传输方式可以降低误码率，减小干扰，但是硬件电路设计较负载调制会变得复杂 [3]。 综合考虑后我们决定使用负载调制作为应答器到阅读器的数据传输方式。 总体设计 本课题主要就是针对 身份识别 系统而进行的研究。 该系统主要涉及到阅读器部分和应答器部分这两大部分内容。 系统硬件结构如图 13 所示。 在信号处理部分可以 6 有多种方案选择，如选用专门用于 RFID 的芯片 MFRC500， MF11RF08， TRF7960，但是对于 2051 我们较为熟悉并且容易购买，还可以重新检验下对于单片机课程的掌握，我们决定将阅读器和应答器的信号处理全部选用 2051 单片机，以 RFID 的方式实现两个单片机的通信 [8]。 图 13 系统硬件结构 当接通 12V电源后稳压电路输出电压 5V驱动 晶振产生 弦波，产生的 正弦波被输入到功放电路后经放大后在阅读器的天线线圈周围会产生 高频的强电磁场。 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电压 Ui。 将其整流后变为直流再送入稳压电路作为微处理器 2051 的电源。 2051 在通电之后会不停的通过 口向外发送信号。 2051 发送的有高低电平变化的数字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，会反作用阅读器天线的电压变化。 电压的变化会产生包络，当检波电路将高频载波成分滤掉后将包络还原为应答器上 2051 所发送的 阅读器 应答器 线圈 数码管显示 晶振 功放电路 线圈 微处理器89C2051 检波电路 整流电路 开关电路 电源 稳压电路 微处理器 89C2051 稳压电路 7 信号送给阅读器上的 2051。 2051 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对应的信息通过数码管显示出来 [8]。 8 2 元器件选择 AT89C2051芯片 的选择和介绍 在单片机的选择上本设计采用的是 89C2051 这个单片机，选择这个单片机的原因是： （ 1） 89C2051 单片机只需要 — 6V 的电压就能运行，对电压的要求比较低，这样使我们为无源标签提供电源不会因为单片机的电压要求过高而无法 达到。 （ 2） 89C2051 单片机程序的电可擦写特性，能够使我们的实验变的比较容易，能够 对所写程序进行反复的 测试程序的正确性。 （ 3） 89C2051 单片机适合小批量系统的应用。 89C2051 单片机的外形采用 20 引脚双列直插封装（ DIP）。 芯片引脚如图 21 所示。 主要性能参数： （ 1） 2k 字节可重擦写闪速寄存器 （ 2） 1000 次擦写周期 （ 3） （ 4） 全静态操作： 0Hz24MHz （ 5） 两级加密程序存储器 （ 6） 128 字节内部 RAM （ 7） 15 个可编程 I/O 口线 （ 8） 两个 16 位定时 /计数器 （ 9） 6 个中断源 （ 10） 可编程串行 UART 通道 （ 11） 内置一个模拟比较器 （ 12） 低功耗空闲和掉电模式 9 图 21 AT89C2051 芯片引脚图 单片机运行工作的前提是：通电；时钟电路（即晶振）；复位电路。 现对部分引脚功能简要说明如下： P1 口： P1 口是一组 8 位双向 I/O 口， —— 提供内部上拉电阻， 和 内部无上拉电阻，主要是考虑它们分别是内部精密比较器的同相输入端（ AINO）和反相输入端（ AINI），如果需要应在外部接上上拉电阻。 P1 口输出缓冲器可吸收20mA 电流并可直接驱动 LED。 当 P1 口引脚写入“ 1”时可作输入端，当引脚 —— 用作输入并被外部拉低时，它们将因内部的上拉电阻而输出电流。 P1 口还在 Flash 闪速编程及程序校验时接收代码数据。 P3 口： P3 口的 —— 、 是带有内部上拉电阻的 7 个双向 I/O 口。 没有引出，它作为一个通用 I/O 口但不可访问，但可作为固定输入片内比较器的输出信号， P3 口缓冲器可吸收 20mA 电流。 当 P3 口写入“ 1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。 作输入端时，被外部拉低的 P3 口将用上拉电阻输出电流。 P3 口还用于实现 AT89C2051 特殊的功能，如表 21 所示： 10 表 21 P3口功能 口引脚 功能特性 RXD （串行输入口） TXD （串行输出口） INT0 （外中断 0） INT1 （外中断 1） T0 （定时 /计数器 0 外部输入） T1 （定时 /计数器 1 外部输入） P3 口还接收一些用于 Flash 闪速存储器编程和程序校验的控制信号。 RST：复位输入。 RST 引脚一旦编程两个机器 周期以上高电平，所有的 I/O 口都将复位到“ 1”（高电平）状态，当振荡器正在工作时，持续两个机器周期以上的高电平便可以完成复位，每个机器周期为 12 个振荡时钟周期。 XTAL1：振荡器反相放大器的 及内部时钟发生器的输入端。 XTAL2：振荡器反相放大器的输出端 [14]。 CD4511 芯片介绍 CD4511 是 BCD7 段所存译码驱动器，在同一单片结构上由 COS/MOS 逻辑器件和 NPN 双极型晶体管构成。 这些器件的组合，使 CD4511 具有低静态耗散和高抗干扰及源电流高达 25mA 的性能。 由此可直接驱动 LED 及其它器件。 LT、 BI、 LE输入端分别检测显示、亮度调节、存储或选通一 BCD 码等功能。 当使用外部多路转换电路时，可多路转换和显示几种不同的信号。 图 22 CD4511芯片引脚图 11 CD4511 提供了 16 引线多层陶瓷双列直插（ D）、熔封陶瓷双列直插（ J）、塑料双列直插（ P）和陶瓷片壮载体（ C） 4 种封装形式。 如图 22 所示 CD4511 芯片引脚图，引脚说明为： （ 1） A 0~A3 二进制数据输入端； （ 2） BI 输出消隐控制端； （ 3） LE 数据锁定控制； （ 4） LT 灯测试； （ 5） VDD 正电源； （ 6） VSS 地； （ 7） Ya~Yb 数据输出端 [14]。 LM358 芯片介绍 LM358 集成块内部装有四个独立的电压比较器，该电压比较器的特点是： （ 1）失调电压小，典型值为 2mV； （ 2）电源电压范围宽，单电源为 236V，双电源电压为177。 1V177。 18V； （ 3）对比较信号源的内阻限制较宽； （ 4）共模范围很大，为 0~（ ） V； （ 5）差动输入电压范围较大，大到可以等于电源电压； （ 6）输出端电位可灵活方便地 选用。 LM358 集成块采用 C14 型封装，图 23 为外型及管脚排列图。 由于 LM358 使用灵活，应用广泛，所以世界上各大 IC 生产厂、公司竟相推出自己的四比较器，如IR235 ANI35 SF358 等，它们的参数基本一致，可互换使用。 图 23 LM358芯片引脚图 LM358 类似于增益不可调的运算放大器。 每个比较器有两个输入端和一个输出 12 端。 两个输入端一个称为同相输入端，用“ +”表示，另一个称为反相输入端，用“ ”表示。 用作比较两个电压时，任意一个输入端加一个固定电压做参考电压（也称为门限电平，它可选择 LM358 输入共模范围的任何一点），另一端加一个待比较的信号电压。 当“ +”端电压高于“ ”端时，输出管截止，相当于输出端开路。 当“ ”端电压高于“ +”端时，输出管饱和，相当于输出端接低电位。 两个输入端电压差别大于 10mV 就能确保输出能从一种状态可靠地转换到另一种状态，因此，把 LM358用在弱信号检测等场合是比较 理想的。 LM358 的输出端相当于一只不接集电极电阻的晶体三极管，在使用时输出端到正电源一般须接一只电阻（称为上拉电阻，选315K）。 选不同阻值的上拉电阻会影响输出端高电位的值。 因为当输出晶体三极管截止时，它的集电极电压基本上取决于上拉电阻与负载的值。 另外，各比较器的输出端允许连接在一起使用 [6]。 射频识别系统的频率与作用范围 射频识别系统最主要的区别特征有阅读器的工作频率、系统的作用距离。 射频识别系统可以工作在不同的频率段上，其频率范围是从 120kHz 的长波到 5． 8GHz的微波。 系统的有效作用 距离可以在几毫米到 15m的范围内变化。 其实 RFID 技术首先在低频得到广泛的应用和推广。 该频率主要是通过电感耦合的方式进行工作 , 也就是在读写器线圈和感应器线圈间存在着变压器耦合作用 .通过读写器交变场的作用在感应器天线中感应的电压被整流 ,可作供电电压使用 . 磁场区域能够很好的被定义，但是场强下降的太快。 低频 RFID系统特点是工作频率一般从 120KHz 到 134KHz,一般低频能够穿过任意材料的物品而不降低它的读取距离。 工作在低频的读写器在全球没有任何特殊的许可限制。 主要应用于畜牧业的管理系统、汽车防盗和无钥匙开门系统的应用、马拉松赛跑系统的应用、自动停车场收费和车辆管理系统、自动加油系统的应用、酒店门锁系统的应用和门禁和安全管理系统等。 高频 RFID 工作频率为 ，该频率的波长大概为 22m。 除了金属材料外，该频率的波长可以穿过大多数的材料，但是往往会降低读取距离。 感应器需要离开金属一段距离。 该频段 在全球都得到认可并没有特殊的限制。 感应器一般以电子标签的形式。 虽然该频率的磁场区域下降很快，但是能够产生相对均匀的读写区域。 13 该系统具有防冲撞特性，可以同时读取多个电子标签。 可以把某些数据信息写入标签中。 数据传输速率比低频要快，价格不是很贵。 主要应用于图书管理系统的应用、瓦斯钢瓶的管理应用、服装生产线和物流系统的管理和应用、三表预收费系统、酒店门锁的管理和应用、大型会议人员通道系统、 固定资产的管理系统、医药物流系统的管理和应用和智能货架的管理。 甚高频系统通过电场来传输能量。 该频段读取距离比较远，无源可达 10m左右。 主要是通过电容耦合的方式进行实现。 甚高频频段的电波不能通过许多材料，特别是水，灰尘，雾等悬浮颗粒物资。 主要应用于供应链上的管理和应用、生产线自动化的管理和应用、航空包裹的管理和应用、集装箱的管理和应用、铁路包裹的管理和应用、后勤管理系统的应用 [11]。 射频识别系统的耦合方式 人们通常把具有很小作用距离 (典型值在 l。