UHF频段无源RFID读写器系统总体方案设计_1.docx

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1、UHF频段无源RFID读写器系统总体方案设计RFID技术是利用无线射频方式进行非接触双向通信，自动识别目标对象并获取相关信息数据的无线通信技术。它可实现对运动目标的快速识别和多目标识别，识别的距离可达几十厘米至几十米;根据读写的方式，可以输入数千字节的自定义信息到电子标签，间接管理附带有电子标签的产品的信息;RFID技术具有非接触性，识别工作无须人工干预，具有极高的保密性;RFID电子标签不同于磁卡或IC卡，无暴露的触点，且不易损坏，使用寿命长，可工作于各种恶劣环境。基于以上特点，RFID技术在世界各地得到了广泛的应用，主要有商品防伪、交通运输、自动控制、工业生产、身份识别、仓库管理、安全管理

2、、医疗、卫生、畜牧业管理、图书档案管理和国防军事等诸多应用领域。射频识别系统一般由读写器、电子标签、天线和主机四部分组成，如图1所示。620)this.style.width=620;border=0alt=UHF频段无源RFID读写器系统总体方案设计src=技术2021/vwsjiaee4a02021.jpg图1无源RFID系统框图射频识别系统的工作流程并不复杂：主机通过与读写器的数据传输通道发送用户命令;读写器接收命令，对信号进行编码和调制后，通过发射天线在一定的区域内发送出去;标签进入磁场后，接收到读写器发出的射频信号，感应电流获得能量，完成数据的存储、发送或其他操作：读写器通过接收天线

3、接收到电子标签返回的数据，进行解码和解调，必要时将处理后的数据送至主机;主机接收到读写器送回的数据，进行相关的处理。总体设计方案为设计出能稳定工作在UHF频段的无源RFID读写器，并尽可能提高其读写距离，使该无源RFID读写模块能够跟建筑设备物联网很好地融合，实现对建筑设备内的人员检测、定位，给建筑用电设备节能提供人员信息。方案对射频识别系统的开发流程进行了细化。该方案按照模块化的思想进行设计，方便开发、管理、系统升级和维护。总体来说，无源RFID读写器主要由三大部分构成：射频收发模块、MCU主控模块和外围电路。射频收发模块处理读写器与电子标签的数据通信。该模块的设计目标是设计出一款通用的应用

4、于915MHz的射频收发模块，与控制部分通过自定义的I/O接口和函数联系。外围电路中，根据设计和实际应用的需要，又细分为：MCU控制模块、无源RFID射频模块、复位电路模块、电源管理模块、RS232接口、扩展I/O口等。UHF频段无源RFID读写器系统结构如图3所示：620)this.style.width=620;border=0alt=UHF频段无源RFID读写器系统总体方案设计src=技术2021/byzkxtzsbea2021.jpg图2UFH频段无源RFID读写器系统结构框图在整个读写器系统中，RFID射频收发模块的功能是接收上位机的命令，根据命令对信息进行编码和调制，通过天线发送出

5、去以控制电子标签进行相关的读写操作，并接收来自电子标签的信号，对该信号进行解调和解码，确定是佩戴该电子标签的人员信息。在选择射频芯片时，主要参考以下指标：芯片发射功率发射功率决定了射频芯片的信号覆盖范围，发射功率越高，信号覆盖范围也越广，因此，在同等条件下为保证有效通信，应该选择发射功率较高、功率调节范围更大的产品。芯片抗干扰能力无线通信易受干扰，因此，为保证数据通信的可靠性，应该选择抗干扰能力强的芯片。芯片功耗在保证数据有效通信的前提下，应该选用芯片功耗较小的产品。芯片外围元器件数目芯片外围元器件数目一方面影响产品成本，一方面对元器件的焊接和调试有影响，因此应该选用外围元器件较少的芯片。使用

6、方便性应该选用使用和编程都方便的芯片，降低产品开发的难度和周期。根据以上指标原则，同时根据设计的实际需要，如价格、性能参数等多方面的考虑，nRF905在扩展功能、外围元器件和使用方便性等方面有较好的优势，因此，方案采用nRF905作为本设计射频收发模块采用的主芯片。nRF905单片无线收发器工作在433/868/915MHz的ISM频段，由一个完全集成的频率调制器、一个带解调器的接收器、一个功率放大器、一个晶体振荡器和一个调节器组成;可由片内硬件自动完成曼彻斯特编码/解码，不用用户编写编码/解码程序;具有SPI接口，可以很容易通过该接口与具有SPI接口的微控制器通讯，编程配置非常方便;电流消耗

7、很低。该设计采用宏晶科技的STC12C5A60S2单片机，STC12C5A60S2单片机具有以下几个特点：STC12C5A60S2单片机与MCS-51系列的单片机在指令系统和引脚上完全兼容;片内有8k字节在线可重复编程快擦写程序存储器;全静态工作,工作范围:0Hz24MHz;三级程序存储器加密;512字节内部RAM;32位双向输入输出线;两个十六位定时器/计数器;五个中断源,两级中断优先级;一个全双工的异步串行口;间歇和掉电两种工作方式。采用该款单片机足以满足本设计方案的需要。射频收发模块NRF905通过TRX_CE、PWR_UP、CD、AM、DR、MISO、MOSI、SCK、CSN、TX_E

8、N等控制引脚以及数据和始终引脚分别与单片机的P1.0P1.7以及P2.0、P2.1等一脚相连，实现对NRF905的控制。硬件电路如图4所示。控制部分模块给出了STC12C5A60S2单片机的外围电路，如图5所示。T扩展部分引出了部分I/O以便以后扩展应用以及通过串口和上位机通信。该部分硬件电路如图6所示。NRF905工作电源硬件是用来产生一个3.3V电源给NRF905射频芯片供电。其硬件电路如图7所示。该方案针对UHF射频模块进行了深入的研究和设计开发，主要设计了NRF905射频模块硬件电路、RFID主控制模块硬件电路以及其他辅助、扩展部分的硬件电路。在设计开发的过程中顺利完成了射频模块部分的

9、资料收集和设计工作，取得了一定的成果。620)this.style.width=620;border=0alt=UHF频段无源RFID读写器系统总体方案设计src=技术2021/uvfgm3rgxcy2021.jpg图3NRF905射频收发模块硬件电路620)this.style.width=620;border=0alt=UHF频段无源RFID读写器系统总体方案设计src=技术2021/kszfzutm3fy2021.jpg图4STC12C5A60S2单片机的外围电路620)this.style.width=620;border=0alt=UHF频段无源RFID读写器系统总体方案设计src=技术2021/buojcabwlcl2021.jpg图5扩展部分硬件电路620)this.style.width=620;border=0alt=UHF频段无源RFID读写器系统总体方案设计src=技术2021/x3dhzw5zg2u2021.jpg图6NRF905电源电路1