基于1T單片機(jī)的電子標(biāo)簽銷(xiāo)碼器
0 引言
電子標(biāo)簽在現(xiàn)代超市、圖書(shū)館、倉(cāng)儲(chǔ)等公共流通部門(mén)的防盜系統(tǒng)中應(yīng)用越來(lái)越廣泛。電子標(biāo)簽及其銷(xiāo)碼本質(zhì)為一種射頻識(shí)別(RFID)系統(tǒng),其工作方式為非接觸式,是利用射頻信號(hào)及其空間耦合、傳輸特性,對(duì)靜止的或移動(dòng)中的待識(shí)別物品進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別,有快捷、方便等優(yōu)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)以單片機(jī)STC12C2052AD為核心,應(yīng)用NE546鎖相環(huán)等芯片,以及頻率合成、高頻小信號(hào)檢測(cè)等技術(shù),制作的電子標(biāo)簽銷(xiāo)碼器具有較高的可靠性和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
RFID系統(tǒng)一般由電子標(biāo)簽和閱讀器兩部分組成。應(yīng)用中,電子標(biāo)簽附著在待識(shí)別的物品上,閱讀器用于當(dāng)附著電子標(biāo)簽的待識(shí)別物品通過(guò)其讀出范圍時(shí),以無(wú)接觸的方式自動(dòng)將電子標(biāo)簽中的約定識(shí)別信息取出,從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別物品或自動(dòng)收集物品標(biāo)識(shí)信息的功能。
RFID是運(yùn)用L-C振蕩回路工作的。該振蕩回路調(diào)到一個(gè)規(guī)定的諧振頻率fH?,F(xiàn)代系統(tǒng)中采用在商品銘牌薄膜的導(dǎo)體上蝕刻應(yīng)答器線圈,生產(chǎn)的電容器片中間的絕緣薄膜使用10μm厚。將振蕩回路移入到交變磁場(chǎng)附近,如果交變磁場(chǎng)的頻率fG與振蕩回路的諧振頻率fH相吻合,振蕩回路產(chǎn)生諧振,從交變磁場(chǎng)獲取能量。因此,振蕩線圈上的振蕩過(guò)程,可以根據(jù)交變磁場(chǎng)中振蕩線圈的短時(shí)電壓或電流變化得到。這種線圈電流的短時(shí)上升(或者線圈電壓短時(shí)下降)被直觀地稱(chēng)作降落(Dip)。
這種Dip的相對(duì)強(qiáng)度主要取決于兩個(gè)線圈接近的速度,為了保證可靠地識(shí)別粘貼在產(chǎn)品上的應(yīng)答器振蕩回路,需要獲得一個(gè)盡可能明顯的Dip,可采用產(chǎn)生的磁場(chǎng)頻率不是恒定的,而是掃描的。使振蕩器頻率不斷掃過(guò)最大和最小頻率之間的范圍,如果掃描的振蕩器頻率正好命中了(應(yīng)答器里振蕩回路的)fH,則振蕩回路就開(kāi)始起振,并由此在振蕩器線圈的電源電流中產(chǎn)生一個(gè)明顯的Dip,從而檢測(cè)到電子標(biāo)簽。為了在付款處不揭下電子標(biāo)簽,收銀員收款后將被保護(hù)的產(chǎn)品放到一個(gè)裝置(電子標(biāo)簽銷(xiāo)碼器)上,該裝置產(chǎn)生一個(gè)足夠強(qiáng)的磁場(chǎng),其感應(yīng)電壓能使電子標(biāo)簽的薄膜電容擊穿,破壞振蕩回路,使振蕩回路在掃描頻率的范圍內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生諧振,這樣,被保護(hù)的產(chǎn)品就檢測(cè)不到。
電子標(biāo)簽銷(xiāo)碼器的主要技術(shù)指標(biāo)有:1)能識(shí)別電子標(biāo)簽,能對(duì)電子標(biāo)簽去活化處理。2)電子標(biāo)簽諧振頻率:8.2MHz+10%。3)掃描頻率:90Hz。4)最大工作速度:40枚/s。5)最大工作距離:50cm。
電子標(biāo)簽銷(xiāo)碼器構(gòu)成的框圖如圖1所示。由掃描頻率產(chǎn)生電路、功率放大與發(fā)射電路、檢測(cè)電路、單片機(jī)控制電路和報(bào)警電路構(gòu)成。
1.1 掃描電路
掃描電路采用高頻模擬鎖相環(huán)NE564構(gòu)成,NE564的最高工作頻率可達(dá)50MHz,采用+5V單電源供電,特別適用于高速數(shù)字通信中FM信號(hào)及FSK(移頻鍵控)信號(hào)的調(diào)制、解調(diào),無(wú)需外接復(fù)雜的濾波器。利用NE564的調(diào)頻功能,先讓其工作在一個(gè)固定頻率,再利用其調(diào)頻特性進(jìn)行頻率的掃描。通過(guò)單片機(jī)的P3.7腳輸出占空比周期變化的PWM電壓,經(jīng)過(guò)電阻R30、R31和電容C30、C31濾波,運(yùn)放LM324構(gòu)成的差動(dòng)放大器后產(chǎn)生的調(diào)制信號(hào)電壓,輸入到NE564的FM端,從而控制NE564的輸出頻率。使掃描頻率以8.2MHz為中心頻率,左右頻偏10%,且通過(guò)掃描方式(90Hz掃描),步進(jìn)128步來(lái)完成7.38~9.02MHz頻率的產(chǎn)生。掃描電路如圖2所示。
1.2 功率放大與發(fā)射電路
功率放大電路采用寬帶變壓器耦合回路。寬帶變壓器用高頻磁芯繞制的高頻變壓器和傳輸線變壓器。寬帶功率放大器不需要調(diào)諧回路,可在很寬的頻率范圍內(nèi)獲得線性放大。發(fā)射電路通過(guò)天線發(fā)射無(wú)線電波,無(wú)線電波的發(fā)射與接收依靠天線來(lái)完成。掃頻電路輸出的以8.2MHz為中心頻率,左右頻偏10%的信號(hào)由功率放大與發(fā)射電路的WAVE端輸入,經(jīng)過(guò)Q1放大和高頻變壓器T1耦合后送到發(fā)射天線,向規(guī)定的方向發(fā)射無(wú)線電波,同時(shí)天線還用來(lái)接收無(wú)線電波,并把接收無(wú)線電波還原為高頻電流。功率放大與發(fā)射電路如圖3所示。
1.3 檢測(cè)電路
當(dāng)電子標(biāo)簽諧振時(shí),天線上會(huì)出現(xiàn)一個(gè)Dip點(diǎn)。檢測(cè)電路的任務(wù)就是在天線中的眾多頻率中檢測(cè)出這一特殊頻率,并將其轉(zhuǎn)換成單片機(jī)的外部中斷電平。但在工程中,對(duì)Dip點(diǎn)檢測(cè)比較困難,但檢測(cè)電子標(biāo)簽產(chǎn)生諧振時(shí)發(fā)射產(chǎn)生的二次諧波較容易實(shí)現(xiàn)。將一個(gè)電子標(biāo)簽放入具有能使其產(chǎn)生諧振(8.2MHz)頻率的范圍內(nèi),在電子標(biāo)簽產(chǎn)生諧振時(shí),它產(chǎn)生的二次諧波會(huì)向反方向發(fā)射,接收器可以檢測(cè)到,用二次諧波頻率產(chǎn)生的信號(hào)能使報(bào)警設(shè)備啟動(dòng)。檢測(cè)電路主要由接收天線、帶通濾波電路、放大電路、電平轉(zhuǎn)換電路組成。接收天線用于接收高次諧波,帶通濾波電路用來(lái)取出二次諧波分量,電平轉(zhuǎn)換電路用來(lái)把交流分量轉(zhuǎn)變成直流分量送至單片機(jī)作中斷請(qǐng)求信號(hào)。在系統(tǒng)檢測(cè)時(shí)單片機(jī)會(huì)發(fā)出一組控制信號(hào)控制HC4066開(kāi)、關(guān)發(fā)射電路和檢測(cè)電路。檢測(cè)信號(hào)通過(guò)FI0和FI1進(jìn)入檢測(cè)電路,通過(guò)二極管IN4148限幅和OP37組成的二階帶通濾波器,二次諧波分量輸出帶寬在14~18MHz。該信號(hào)再通過(guò)Q6構(gòu)成的諧振放大電路放大,得到所需的諧波分量,經(jīng)電平轉(zhuǎn)換電路整形輸出直流電壓控制單片機(jī)檢測(cè)中斷產(chǎn)生。檢測(cè)電路如圖4所示。
1.4 單片機(jī)控制電路
STC12C2052AD單片機(jī)采用增強(qiáng)型8051內(nèi)核,1個(gè)時(shí)鐘及1個(gè)機(jī)器周期(1T單片機(jī)),速度比普通8051快8~12倍。工作頻率0~35MHz,片內(nèi)8k字節(jié)Flash程序存儲(chǔ)器,擦寫(xiě)次數(shù)1097次以上,片內(nèi)256字節(jié)RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,2個(gè)硬件16位定時(shí)器,1個(gè)全雙工異步串行口,2路PWM輸出,8路A/D轉(zhuǎn)換。具有高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾等優(yōu)點(diǎn),是目前同類(lèi)技術(shù)中性?xún)r(jià)比較高的產(chǎn)品。單片機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部采用定時(shí)器的定時(shí)中斷來(lái)控制模擬開(kāi)關(guān)HC4066,實(shí)現(xiàn)發(fā)射和檢測(cè)的控制。單片機(jī)的P3.7腳輸出占空比周期變化的PWM電壓用以產(chǎn)生周期掃描頻率;一旦系統(tǒng)檢測(cè)到報(bào)警物的存在,通過(guò)INT0使單片機(jī)產(chǎn)生中斷,單片機(jī)的P1.7腳輸出低電平,打開(kāi)功率管Q2,加大發(fā)射功率擊穿電子標(biāo)簽中的電容,并在P1.2腳輸出高電平,使蜂鳴器發(fā)聲報(bào)警。單片機(jī)控制電路如圖2所示。
2 軟件設(shè)計(jì)
STC12C2052AD軟件部分的設(shè)計(jì)基于嵌入式C語(yǔ)言,采用模塊化程序結(jié)構(gòu)。包括主程序、系統(tǒng)初始化子程序、控制功能子程序、檢測(cè)子程序、占空比周期變化的PWM子程序。
主程序是電子標(biāo)簽銷(xiāo)碼器的核心程序,在測(cè)試系統(tǒng)開(kāi)始工作后,程序保持在主程序中循環(huán)運(yùn)行,根據(jù)不同需要對(duì)其它功能子程序進(jìn)行調(diào)用,調(diào)用完畢后,程序返回主程序繼續(xù)進(jìn)行循環(huán)。主程序流程圖如圖5所示。系統(tǒng)初始化子程序主要完成系統(tǒng)初始化工作,包括引腳配置初始化、定時(shí)器初始化、中斷初始化、系統(tǒng)參數(shù)初始化等??刂乒δ茏映绦蚴箍刂葡到y(tǒng)按照功能要求正常工作。檢測(cè)子程序完成電子標(biāo)簽的檢測(cè)和擊穿電子標(biāo)簽。占空比周期變化的PWM子程序用來(lái)控制產(chǎn)生掃描頻率。主程序流程圖如圖5所示。
3 結(jié)論
RFID采用無(wú)接觸讀寫(xiě),可同時(shí)識(shí)別多個(gè)物體,有較好的抗干擾能力和保密性能,這些方面都是條形碼無(wú)法比擬的,隨著信息化水平的不斷提高,RFID技術(shù)有著廣闊的應(yīng)用前景和巨大商機(jī)。