趙夢軍，戴爾晗，徐君，陳誠，周順利

　?。暇┼]電大學 自動化學院，江蘇 南京 210023）

　　摘要：設計一種射頻識別讀寫器，包括射頻收發芯片、巴倫電路、功率放大電路、衰減器、低通濾波器、耦合器、收發天線、微控制器模塊、RS232接口和USB接口。該射頻識別讀寫器通過優化電路的設計以及相關組件、電路和模塊的合理選型，使得整個射頻識別讀寫器的工作穩定，能夠準確地進行信息讀取，應用范圍廣，實用性強。

　　關鍵詞：射頻識別；讀寫器；多接口

0引言

　　傳統的自動識別技術，尤其以條形碼技術為典型代表，無論在商業領域還是在物流、金融等領域，得到了廣泛的應用，成為一種重要的信息采集手段。其符號表示方法已從一維條碼發展到二維條碼，但條碼技術存在一些技術缺陷，如安全性低、信息無法更改、信息讀取速度慢、通信與抗干擾能力差等。此外，條碼識別技術在多目標識別及圖1讀寫器硬件系統結構示意圖高速目標識別方面完全無用武之地，使得條碼技術的應用存在很大的限制，已經不能滿足當前的應用需求。根據上述出現的問題，射頻讀寫器應運而生。射頻讀寫器以其讀寫速率快、識別距離遠、數據傳輸速率高、抗電磁干擾能力強、使用壽命長等優勢，在生產管理等方面得到了廣泛應用。

　　射頻識別技術是一種非接觸的自動識別技術，該技術通過空間耦合來實現信息的傳遞，并且通過傳遞的信息來達到信息識別的目的。高速傳遞且距離遠是射頻識別系統的優點，因此，該技術非常適用于運輸、交通以及物流等領域［1］。

　　在應用實例中，產品上要附有標簽，射頻識別讀寫器從這個標簽上讀取信息。當讀寫器處于正常工作狀態時，讀寫器發射天線產生的電磁場被耦合到標簽上，標簽利用這種耦合能量來驅動電路，然后，將處理后的信息再次以電磁場的形式耦合到讀寫器的接收天線，從而被讀寫器接收處理。

1硬件電路設計

　　射頻識別讀寫器的硬件包括射頻收發芯片、巴倫電路、功率放大電路、衰減器、低通濾波器、耦合器、收發天線、微控制器模塊、RS232接口和USB接口［24］。整個系統的示例性結構示意圖如圖1所示。

　　1.1微控制器模塊及接口設計

　　微控制器模塊采用C8051F340作為核心芯片，要實現的主要功能是控制射頻收發芯片工作模式，同時接收射頻收發芯片的信號，用于完成接口指令的接收和發送［5］。C8051F系列是美國得克薩斯州的Cygnal公司設計和制造的混合信號片上系統單片機，C8051F有一個可編程內部高頻振蕩器、一個可編程內部低頻振蕩器和一個外部振蕩器驅動電路。系統時鐘可以由外部振蕩器電路或任何一個內部振蕩器提供。C8051F340芯片含有64 KB的片內Flash存儲器和4 352 B片內RAM，具有片內上電復位、VDD監視器、電壓調整器、看門狗定時器和時鐘振蕩器，圖3射頻收發模塊電路原理圖該芯片是真正能獨立工作的片上系統，用戶軟件對所有外設具有完全的控制，可以關斷任何一個或所有外設，以節省功耗。C8051F 340采用流水線結構，與標準的8051結構相比指令執行速度有很大的提高。

　　微控制器最小系統主要由C8051F340芯片、3.3 V電源電路、復位電路、調試電路組成。與微控制器連接的接口有RS232接口和USB接口。電路原理圖如圖2所示。

　　1.2射頻收發模塊設計

　　射頻收發模塊采用AS3992作為核心芯片。AS3992是超高頻的RFID讀取芯片，它的接收靈敏度達到-86 dB，有著可編程的多讀寫器模式，在915 MHz頻段工作，可以同時支持ISO/IEC 180006B和ISO/IEC 180006C通信協議。芯片的集成度非常高，在其發射端主要集成了壓控振蕩器、混頻器、鎖相環、調制器和功率放大電路，芯片還支持協議處理的數字部分，用戶可以通過編譯程序來選擇功率放大電路的使用；在其接收端主要集成了混頻器、低噪聲放大器、中頻放大器和解調電路；另外，為了降低能耗，芯片采用了多種供電模式。這些都簡化了芯片外圍電路的設計，內部的協議處理也方便了應用開發［6］。

　　AS3992與C8051F340微控制器連接，射頻收發芯片AS3992用于接收微控制器模塊的指令，處于相應的工作模式，以接收和發射射頻信號。射頻收發模塊的原理圖如圖3所示。

　　1.3外置功率放大電路設計

　　射頻收發的芯片AS3992最大輸出功率超出功率放大芯片最小允許輸入功率，為確保功率放大芯片安全工作，在功放前級中要加入衰減器。為提高信號的功率和增益的平坦度，采用兩級放大，前級功放采用芯片型號為SXB4089Z，后級功放采用芯片型號為MAAP007649000100［7］。射頻識別讀寫器中功率放大電路示意圖如圖4所示。

　　1.4巴倫電路設計

　　射頻收發芯片AS3992發射以及接收的都是差分信號，但是收發天線接收和發射的都是單端信號，巴倫電路就是用于將射頻收發芯片所發射的差分信號轉換為單端信號，以及將收發天線接收到的單端信號轉換為差分信號。

　　本文采用0900BL18B100巴倫天線信號調節器，其頻率范圍為800 MHz~1 000 MHz，工作溫度范圍為-40℃~85℃。巴倫電路的電路原理圖如圖5所示。

　　1.5收發天線、耦合器和低通濾波器設計

　　收發天線采用SMB直連器與耦合器連接，耦合器采用RCP890A05電橋耦合器，收發天線通過與耦合器的連接可以做到一根天線既可以發送信息又可以接收信息［8］。

　　低通濾波器采用型號為LFCN-1000+的濾波器，該濾波器是具有出色功率處理能力的小型濾波器，工作溫度穩定，能夠過濾1 000 MHz以上的高頻信號。

　　收發天線、耦合器以及低通濾波器的電路原理圖如圖6所示?！?/p>

　　1.6電源模塊

　　根據芯片AS3992與C8051F340對電源的要求，本文選用奧地利微電子公司的升壓轉換器AS1340。AS1340的工作電壓是2.7~5.5 V，可提供2.7~50 V的可調節輸出電壓；AS1340可以支持自動省電模式，可提升在輕負載下的效率；此外，低功耗設計可將工作電流減少到僅30 μA，AS1340 還能提供具有輸出斷開功能的關斷模式，此時工作電流低于1 μA，AS1340 這種極低的功耗控制可大大延長電池的使用壽命。AS1340電路圖如圖7所示。

2結論

　　本設計以C8051F340為微處理器模塊核心，以AS3992為射頻收發模塊核心，同時，還有巴倫電路、功率放大/衰減電路、低通濾波器、耦合器以及收發天線，提供了一種工作穩定、能夠準確地進行信息讀取的射頻識別讀寫器，該讀寫器具有遠距離、低成本、適用范圍廣、實用性強等優點。本系統在無線電識別與裝置領域具有一定的理論和研究價值。

參考文獻

　?。?］ 吳永祥.射頻識別(RFID)技術研究現狀及發展展望［J］.微計算機信息，2006,22(11):234236.

　?。?］ 李旭梅,黃俊,劉鴻.基于零中頻的聲表面波射頻識別收發機的設計［J］.電子技術與應用，2013,39(2):911.

　?。?］ 黃俊祥,陶維青.基于MFRC522的RFID讀卡器模塊設計［J］.微型機與應用,2010,29(22): 1618.

　?。?］ 李冪.基于ISO180006C標準的UHF RFID讀寫器電路的設計與實現［D］.成都：電子科技大學,2010.

　?。?］ 王鐵流,吳丹丹,李成.基于C8051F320 USB接口的數據采集存儲電路［J］.電子產品世界，2006(12):101103.

　?。?］ 譚海燕,崔如春，肖志良，等.基于AS3990/AS3991的超高頻RFID讀寫器的設計［J］.電子技術應用, 2010，36(3):5456.

　?。?］ HAN S, KIN M S, KIM H C.A CMOS power amp lifier for UHFRFID reader systems［C］. 13th International Conference on Advanced Communication Technology,2011:5760.

　?。?］ 李寶山． 無源高頻RFID系統讀寫器天線的設計［J］.無線電工程，2008，38(5):3538．