国道312线石门桥设计--毕业设计名师资料合集(完整版)资料.doc

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1、国道312线石门桥设计 毕业设计名师资料合集（完整版）资料(可以直接使用，可编辑 优秀版资料，欢迎下载）毕业设计（论文）简介 题 目：国道312线石门桥设计 姓 名: 学 号： 09300129 班 级： 交通土建（1）班 指导教师： 题目类型： 工程设计 国道312线石门桥设计 一、绪论 预应力混凝土连续梁桥以结构受力性能好、变形小、伸缩缝少、行车平顺舒适、造型简洁美观、养护工程量小、抗震能力强等而成为最富有竞争力的主要桥型之一。本章简介其发展： 由于普通钢筋混凝土结构存在不少缺点：如过早地出现裂缝，使其不能有效地采用高强度材料，结构自重必然大，从而使其跨越能力差，并且使得材料利用率低。 为

2、了解决这些问题，预应力混凝土结构应运而生，所谓预应力混凝土结构，就是在结构承担荷载之前，预先对混凝土施加压力。这样就可以抵消外荷载作用下混凝土产生的拉应力。自从预应力结构产生之后，很多普通钢筋混凝土结构被预应力结构所代替。总而言之，一座桥的设计包含许多考虑因素，在具体设计中，要求设计人员综合各种因素，作分析、判断，得出可行的最佳方案。 毕业设计的目的在于培养毕业生综合能力，灵活运用大学所学的各门基础课和专业课知识，并结合相关设计规范，独立的完成一个专业课题的设计工作。设计过程中提高学生独立的分析问题，解决问题的能力以及实践动手能力，达到具备初步专业工程人员的水平，为将来走向工作岗位打下良好的基

3、础。二、方案比选桥梁方案比选有四项主要标准：安全，材料，功能，经济，其中以安全与经济为重。过去对桥下结构的功能重视不够，现在航运事业飞速发展，桥下净空往往成为运输瓶颈，比如南京长江大桥，其桥下净空过小，导致高吨位级轮船无法通行，影响长江上游城市的发展。至于桥梁美观，要视经济与环境条件而定。根据桥梁的功能要求，结合桥位地形、地质，通过方案比选，确定桥型。初步设计阶段，对桥型提出三种方案，分别是：中承式桁架拱桥、部分预应力混凝土斜拉桥、预应力混凝土简支梁桥。因本地段为非通航河流地段，且地质条件复杂，经综合比较后最终以适用最广、材料用量最少、施工方便的预应力混凝土简支梁桥作为最佳设计方案。 三、设计

4、基本资料及构造布置 （一）设计资料 1.设计跨径和桥面宽度 （1）标准跨径：35m（墩中心线）。 （2）计算跨径：34.0m。 （3）主梁全长：34.96m. （4）桥面宽度（桥面净宽）：16.8m。 2.设计标准 （1）设计荷载：公路I级，人群荷载3.5KN/m2,每侧栏杆、人行道的重量分别为1.52KN/m和3.6KN/m。 （2）环境标准：类环境。 （3）设计安全等级：二级。 （二） 主要材料和工艺 1. 主要材料 （1）预应力钢筋：抗拉强度标准值fpk=1680MPa，公称直径d=15.2mm的低松弛高强度钢绞线， 强度应符合相关规范规定。 （2）非预应力钢筋：采用HRB335，R23

5、5。 （3）混凝土：主梁、横隔梁、湿接缝、锚固端以及桥面现浇均采用C50混凝土；桥面铺装采用 沥青混凝土。 （4）其他材料：钢板采用碳素结构钢（GB700-1988）规定的Q235B钢板；锚具采用15-6型 或15-7型系列锚具及其配件；预应力管道采用圆形金属波纹管；支座可采用 板式橡胶支座或盆式橡胶支座，其材料和力学性能均应符合现行国家和行业标 准的规定。 2.主要施工工艺按后张法施工工艺制作主梁，采用金属波纹管和夹片锚具，波纹管内径70mm，外径77mm。 （三）结构设计 （1）本设计为混凝土预应力简支T形梁。（2）桥面板横坡假定为和桥面横坡相同，本设计假设为平坡。（4）桥面铺装：设计总厚

6、度19cm，其中水泥混凝土厚度为10cm，沥青混凝土厚度为9cm，两者之间加设防水层。（四）几何特性计算 上述资料拟定尺寸，绘制T梁跨中截面、结构尺寸见图2.1，图2.2。主梁间距通常应随梁高与跨径的增大而加宽为经济，同时加宽翼板对提高主梁截面效率指标很有效，故在许可条件下应适当加宽T梁翼板。本设计主梁翼板宽度为2400mm，净16.8/m的桥宽选用7片主梁，如下图。 图2.1 结构尺寸图 1.主梁跨中截面主要尺寸拟订 主梁高度：预应力混凝土简支梁桥的主梁高度与其跨径之比通常在1/151/25。当建筑高度不受限制时，增大梁高往往是较经济的方案，因为增大梁高可以节省预应力钢束用量，同时梁高加大一

7、般只是腹板加高，而混凝土用量增加不多。综上所述，本设计中取1700mm的主梁高度是比较合适的。 主梁截面细部尺寸：T梁翼板的厚度主要取决于桥面板承受车轮局部荷载的要求，还应考虑能否满足主梁受弯时上翼板受压的强度要求。本设计预制T梁的翼板的厚度取用160mm。在预应力混凝土梁中腹板内主拉应力较小，腹板厚度一般由布置预制孔管的构造决定，同时从腹板本身的稳定条件出发，腹板厚度不宜小于其高度的1/15，本设计腹板厚度取200mm。 2.截面几何特性计算按照上述资料拟定尺寸，绘制T形梁的跨中及支点截面图如下。 2.2主边梁截面图 （五）截面几何特征计算计算时可将整个主梁截面划分为n个小块面积进行计算。

8、四、主梁设计 （一）主梁作用效应计算 主梁的作用效应计算包括永久作用和可变作用。根据梁跨结构纵、横截面的布置，计算可变作用下荷载横向分布系数，求处各主梁控制截面（取跨中、四分点截面、变化点截面及支点截面）的永久作用和最大可变作用效应，再进行主梁作用效应组合（标准组合、短期组合和极限组合）。 （二）预应力钢束数量估算及其布置本设计采用后张法施工工艺，设计时应满足不同状况下规范规定的控制条件要求，即承载力，变形及应力等要求，在配筋设计时，要满足结构在正常使用极限状态下的应力要求和承载能力极限状态下的强度要求。以下就以跨中截面在各种作用效应组合下，分别按照上述要求对主梁所需的钢束数进行估算，并按照这

9、些估算的钢束数确定主梁的配筋数量。 （三）计算主梁截面几何特性计算 主梁截面几何特性包括计算主梁净截面和换算截面的面积、惯性矩以及梁截面分别对重心轴、上梗肋与下梗肋的净矩，最后列出截面特性值总表，为各受力阶段的应力验算准备计算数据。 （四）钢束预应力损失计算 当计算主梁截面应力和确定钢束的控制应力时，应计算预应力的损失值，后张法梁的预应力损失值包括前期预应力损失（钢束与管道壁的摩擦损失，锚具变形损失，钢束回缩引起的预应力损失，分批张拉混凝土弹性压缩引起的损失）和后期预应力的损失（钢绞线应力松弛，混凝土收缩徐变引起的损失），而梁内钢束的锚固应力和有效应力分别等于张拉应力扣除相应阶段的预应力损失值

10、。 （五）主梁截面应力与变形验算 根据预应力混凝土主梁的破坏特性，主梁承载力的验算主要包括持久状况承载能力极限状态承载力验算，持久状况抗裂性和应力验算，以及短暂状况构件的截面应力验算。 五、横隔梁的设计 （一）横隔梁的内力计算 对于跨中横隔梁的最不利荷载布置，计算最不利的车道荷载。 对于有多根横隔梁的桥梁应选最大受力处横隔梁计算起作用效应，其余横隔梁依据该处横隔梁偏安全地选用相同的截面尺寸和配筋，在计算最大受力处横隔梁的作用效应时应偏安全的假设横隔梁位于跨中，按跨中截面进行计算。（二）横隔梁的截面配筋和验算包括确定横隔梁的翼板有效宽度，以及横隔梁正截面配筋率计算。截面抗剪承载力： = 满足要求

11、。横隔梁正截面配筋率满足要求。 六、行车道板计算考虑到主梁翼缘内钢筋是连续的，故行车道板可按悬臂板（边梁）和两端固结的连续板（中梁）两种情况来计算。 （一）悬臂板荷载效应计算由于宽跨比大于2，故按单向板计算，悬臂长度为1.1m，计算时取悬臂板换度为0.9m。 （二）连续板荷载效应计算对于梁肋间的行车道板，在桥面现浇部分完成后，行车道板实质上是一个支承在一系列弹性支承上的多跨连续板，实际受力很复杂。目前，通常采用较简便的近似方法进行计算。对于弯矩，先计算出一个跨度相同的简支板在永久作用和活载作用下的跨中弯矩，再乘以偏安全的经验系数加以修正，以求得支点处和跨中截面的设计弯矩。弯矩修正系数可视板厚t

12、与梁肋高度h的比值来选用。 取跨中弯矩：；支点弯矩。对于剪力，可不考虑板和主梁的弹性固结作用，认为简支板的支点剪力即为连续板的支点剪力。（三）截面设计、配筋与承载力验算悬臂板及连续板支点采用相同的抗弯钢筋，故只需按其中最不利荷载效应配筋，即Md=-31.71。其高度为h=35cm，净保护层a=5。经过验算，承载力满足要求。 以满足构造要求。 七、端部的局部承压验算后张法预应力混凝土梁的端部，由于锚头集中力的作用，锚下混凝土将承受很大的局部压力，可能使梁段产生纵向裂缝，需进行局部承压验算。包括局部承压区的截面尺寸验算和局部抗压承载力验算。 参 考 文 献1 陈守兰建筑施工技术（第三版）北京：科学

13、出版社，2021.2 侯治国混凝土结构（第三版）武汉：武汉理工大学出版社，2006.3 金大钧桥梁史话上海：上海科学技术出版社，1979.4 沈蒲生桥梁工程北京：人民交通出版社，1980.5 何广汉铁路钢筋混凝土桥北京：中国铁道出版社，1981.6 中国建筑科学研究院建筑结构设计统一标准北京：建筑工业出版社，1985.7 茅以升中国古桥技术史北京：北京出版社，1986.8 叶见曙结构设计原理北京：人民交通出版社，1996.9 袁伦一公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范北京：人民教育出版社，2005.10 高大钊土质学与土力学（第三版）北京：人民交通出版社，2001.11 冯忠居基础工程北京

14、：人民交通出版社，人民交通出版社，2001.12 贾金青桥梁工程设计计算方法及应用北京：中国建筑出版社，2002.13 孙训方材料力学北京：高等教育出版社，2001.14 姚玲森桥梁工程北京：人民交通出版社，1984.15共和国行业标准.JTG D60-2004公路桥涵设计通用规范S.北京:人民交通出版社.2004.16民共和国行业标准.JTG D62-2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范S.北京:人民交通出版社，2004.17混凝土简支梁(板)桥M.3版.北京:人民交通出版社,2006. 毕 业 设 计无线射频识别系统的设计学生姓名： 专业班级：电子信息工程2021级3班指导教师

15、： 副教授学 院：机电工程学院2021年6月东北林业大学毕 业 设 计 任 务 书无线射频识别系统的设计学生姓名： 专业班级：电子信息工程2021级3班指导教师： 副教授学 院：机电工程学院2021年12月10日题目名称：无线射频识别系统的设计任务内容（包括内容、计划、时间安排、完成工作量与水平具体要求）一、内容本设一个基于耦合线圈的无线识别装置，系统由阅读器与应答器两部分组成。阅读器采用单电源供电，应答器能量全部来自耦合线圈，无线数据传输采用串口异步通信与FSK调制等方法实现。阅读器能够识别靠近的应答器并显示识别结果。二、 计划、时间安排第七学期1、第19周 查阅、收集资料，撰写开题报告第八

16、学期2、01-02周 毕业实习；3、03-03周 确定设计方案，开题答辩；4、04-07周 按要求完阅读器与应答器电路设计；5、08-10周 按要求完成各单元电路组装与调试；6、10-13周 按要求完成系统调试及设计文档撰写；7、14-16周 撰写设计说明书、准备答辩。三、完成工作量与水平具体要求1、单片机采用内部有4KB程序存储器的AT89C51；2、装置中的耦合线圈为圆形空芯线圈，用直径不大于1mm的漆包线或有绝缘外皮的导线密绕10圈制成。线圈直径为6.60.5 cm；3、应答器能量全部来自耦合线圈，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

17、器的有无。识别正确率80%，识别时间5秒，耦合线圈间距D5cm；4、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D5cm。其中： 参考文献篇数：说明书字数：外文翻译：10篇以上（含3篇外文）10 000字以上一篇与本设计相关的文章（1 000外文单词以上）专业负责人意见签名：年 月 日 无线射频识别系统的设计摘要本系统采用MCS-51系列单片机为控制器，其中nRF401芯片作为无线收发的核心部件，而5位8段数码管用于显示收发信息，另外还配备有相应的外围设备。系统由阅读器，控制器和线圈三部分组成。单片机

18、控制阅读器发出信号，应答器接收到信号后返回确认信息。阅读器可以接收并识别应答器中的预置四位二进制编码，并在LED上显示阅读结果。当应答器的固有谐振频率与阅读器的发送频率相符合时，处于阅读器天线的交变磁场中的应答器就能从磁场获得最大能量。同时，与应答器线圈并接的阻抗变化能通过互感作用对阅读器线圈造成反作用，从而引起阅读器线圈回路变换阻抗ZT的变化，即接通或关断应答器天线线圈处的负载电阻会引起阻抗ZT的变化，从而造成阅读器天线的电压变化。根据这一原理，可以通过数据变化控制应答器线圈实现数据的回收。关键词无线识别；nRF401；应答器；阅读器The Design of Wireless identi

19、fication systemAbstractThe system takes of the MCS-51 SCM as controller, which nRF401 transceiver chip as the core wireless Transceiver components, and 5 bits 8 segments digital tubes for showing the messages, is also equipped with the appropriate peripheral equipments. The system is composed of thr

20、ee parts that is reader, controller and coils. The SCM controls the reader sending a signal, then transponder sends back the confirm information when it receives the signal. The reader can receive and identify the preset four binary codes in the transponder, and shows the result on the LED display.

21、When its frequency is equal to the natural resonant frequency of reader, the transponder in the alternating magnetic field of the reader antenna will get the most energy from the magnetic field. At the same time, the resistance which is parallel to the transponder coil changing through mutual induct

22、ance reacts to the reader coil caused counterproductive, thus leading to the change of the reader coil loop transformation impedance ZT, that is, connecting or cutting off the transponder antenna coil resistance will cause the load the change of ZT impedance, resulting in the change of the reader an

23、tenna voltage. According to this principle, we can realize receiving the data again by controlling the transponder coil based on the changed data.Keywordswireless identification; nRF401; transponder; reader目录摘要Abstract1 绪论11.1 无线射频识别系统的概述11.2 无线射频识别系统的研究1 研究背景1 研究意义21.3 国内外无线射频识别系统的发展及现状21.4 主要内容与安排

24、42 无线射频识别系统整体方案52.1 总体系统方案论证与比较52.2 调制方式论证与比较62.3 555时钟电路控制对象论证与比较63 系统硬件电路设计83.1 阅读器电路分析与设计8 阅读器单片机最小系统设计8 阅读器发射电路9 耦合线圈的配置原理143.2 应答器电路分析与设计15 应答器电源电路15 应答器发射电路及单片机164 系统软件设计174.1 阅读器程序设计17 阅读器主程序设计17 阅读器有源无编码测试子程序18 阅读器4位编码测试子程序18 阅读器上传数据测试子程序18 阅读器下载数据测试子程序194.2 应答器程序设计19 应答器主程序设计19 应答器识别数据返回数据子

25、程序20 应答器识别命令返回编码子程序20 应答器识别数据存储数据子程序21 应答器识别命令返回数据子程序215 测试方法与数据225.1 耦合线圈电感量大小与谐振频率225.2 整机调试与测试22 识别正确率和识别时间测试22 识别距离测试22 识别功耗测量23 初级线圈包络仿真图形和实测图形23结论25参考文献26附录27致谢58绪论 无线射频识别系统的概述无线射频识别(RIFD:Radio Frequency Identification)是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人为干预，可工作于各种恶劣环境。无线射频识别技术可识别调整运动

26、物体并可同时识别多个标签，并可对标签所储存的信息进行读写,操作快捷简便1。无线射频识别系统能实现自动信息识别，从而为人们日常生活和工作带来了极大的方便，节约了大量的人力和时间，快捷、准确的信息识别提高了现代管理的科学性、先进性2。 无线射频识别系统的研究 研究背景伴随着时代的进步，人们认识到了科技的力量。对科学的探索永无止境，在21世纪的今天，人们在科学方面的探索达到的一个前所未有的水平。而无线传感器网络被认为21世纪，最具有影响力的改变世界的10大技术之一3。它是由大量节点组成的面向任务的分布式网络，综合了传感器、嵌入式计算、现代网络及无线通信、分布式信息处理等多领域技术，通过各类微型传感器

27、对信息目标进行实时监测，由嵌入式微处理器对信息进行加工处理，并通过无线通信网络将信息传送至远程用户，然后通过相应的规则进行。通过无规则的大规模的部署传感器节点至目标区域，对目标区域进行监测，无线传感器网络将会改变与客观世界的交互方式。其在定位、医疗、环境监测等许多方面都将给我带了巨大的方便，其研究充满的巨大的潜力。但是在无线传感器网络的具体应用中，不知道传感器位置而感知的数据是没有实际意义的。传感器节点必须明确自身位置才能详细说明“在什么位置或区域发生了特定事件”，才能实现对外部目标的定位和追踪。而节点位置信息的获得又可以使网络设计者优化无线传感器网络在其它方面的应用，比如对路由算法的优化、联

28、合信号处理、通信开销的优化、基于位置的信息查询等。而人工部署和为所有网络节点安装GPS接收器都会受到成本、功耗、扩展性等问题的限制，因此必须采用一定的机制与算法实现4。定位感知领域又诞生了一门可以引领时代前进的新技术射频识别技术，即RFID（Radio Frequency Identification）。射频识别技术是20世纪90年代开始兴起的一种自动识别技术，射频识别技术是一项利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术5。是集计算机技术、信息采集处理技术、无线数据传输技术、网络数据通信技术和机械电子自动控制技术等多学科综合应用为一体的自

29、动化控制系统。射频识别技术利用射频方式进行非接触双向通信，以达到自动识别目标对象，并获取相关数据，具有精度高、适应环境能力强、抗干扰强、操作快捷、可识别高速运动的物体，且可同时识别多个标签等许多优点。 但是RFID抗干扰性较差，而且有效距离一般小于10m，这对它的应用是个限制。而无线传感器网络的定位精确度不是太高，这对无线传感器网络的应用也产生了一些影响。如果将无线传感器网络同RFID结合起来，利用RFID精确的定位性能，并且利用无线传感器网络高达100m的有效半径，形成RFID传感器网络。在国防安全、工农业领域各种控制、城市管理、生物医疗、环境监测、抢险救灾、防恐反恐、危险区域远程控制等许多

30、领域都会有重要的科研价值和实用价值，因此具有十分广阔的应用前景。 研究意义RFID在无线传感器网络应用就是综合了RFID和无线传感器网络的技术特点，它继承了RFID利用射频信号自动识别目标的特性，同时实现了无线传感器网络主动感知与通信的功能。因此，RFID无线传感器网络能够更加精确的得到节点甚至整个网络的信息，对控制中心采取下一步措施起着莫大的帮助。RFID传感器网络中，传感器节点往往是随机布置在工作区域当中，大量节点位置在监测区域中是随机的、未知的6。虽然两者结合能够极大的改善系统的，能够优缺点互补，但是其依然具有一些比较严重的问题，比如：工作频率选择、RFID天线研究、防冲突技术研究、安全

31、与隐私问题。由于在实际运用中，如定位、监测都必须熟知节点的分布的具体位置，所以，要对这些节点进行良好的识别。只有明确的识别这些节点，传感器网络才是有意义的。所以为了防止识别中的冲突问题，必须对其算法进行研究，改进，争取提出像ALOHA 算法这样高效的算法，并且能够提出更为合理，更加具有实用性的算法。这样带动该项技术的发展。 国内外无线射频识别系统的发展及现状目前，国内外学者都在对RFID无线传感器网络进行具体研究，但是其中还面临着许多问题，需要这一代的人对其进行更加深入的研究，对具体的算法和结构进行优化。让该技术能真正的改变生活。当前，RFID 技术研究主要集中在工作频率选择、天线设计、防冲突

32、技术和安全与隐私保护等方面。目前国内外比较突出的项目研究有：美国从20世纪90年代开始，就陆续展开分布式传感器网络(DSN)、集成的无线网络传感器(WINS)、智能尘埃(Smart Dust)、无线嵌入式系统(WEBS)、分布式系统可升级协调体系结构研究(SCADDS)、嵌入式网络传感(CENS)等一系列重要的无线传感器网络的研究项目。自2001年起，美国国防部远景研究计划局(DARPA)每年都投入千万美元进行RFID无线传感器网络技术的研究，并在C4ISR基础上提出了C4KISR计划，强调战场情报的感知能力、信息的综合能力和利用能力，把RFID无线传感器网络作为一个重要研究领域，设立了Sma

33、rt Sensor Web、灵巧传感器网络通信、无人值守地面传感器群、传感器组网系统、网状传感器系统等一系列的军事传感器网络研究项目。在美国自然科学基金委员会的推动下，美国如麻省理工学院、加州大学伯克利分校、加州大学洛杉矶分校、南加州大学、康奈尔大学、伊利诺斯大学等许多著名高校也进行了大量RFID无线传感器网络的基础理论和关键技术的研究7。美国的一些大型IT公司(如Intel、HP、Rockwell、Texas Instruments等)通过与高校合作的方式逐渐介入该领域的研究开发工作，并纷纷设立或启动相应的研发计划，在无线传感器节点的微型化、低功耗设计、网络组织、数据处理与管理以及WSN网络

34、应用等方面都取得了许多重要的研究成果。Dust Networks和Crossbow Technologies等公司的智能尘埃、Mote、Mica系列节点已走出实验室，进入应用测试阶段8。除美国以外，日本、英国、意大利、巴西等国家也对RFID无线传感器网络表现出了极大的兴趣，并各自展开了该领域的研究工作。 我国的RFID无线传感器网络及其应用研究几乎与发达国家同步启动，首先被记录在1999年发表的中国科学院知识创新工程试点领域方向研究的信息与自动化领域研究报告中。2001年，中国科学院成立了微系统研究与发展中心，挂靠中科院上海微系统所，旨在整合中科院内部的相关单位，共同推进无线传感器网络的研究。

35、从2002年开始，中国国家自然科学基金委员会开始部署传感器网络相关的课题9。“中国未来20年技术预见研究”提出的157个技术课题中有7项直接涉及无线传感器网络。2006年初发布的国家中长期科学与技术发展规划纲要为信息技术确定了3个前沿方向，其中2个与无线传感器网络研究直接相关10。最值得一提的是，中国工业与信息化部在2021年启动的“新一代宽带移动通信网”国家级重大专项中，有第6个子专题“短距离无线互联与无线传感器网络研发和产业化”是专门针对RFID无线传感器网络技术而设立的。我国的二代身份证采用了13.56MHZ的RFDI技术作为其内核技术，在防伪方面取得了重大的突破。这些都是国家在RFID

36、无线传感器网络中的具体研究11。 主要内容与安排本设计以无线射频识别系统的设计为研究内容，对国内外无线射频识别系统的现状进行详细了解后，结合自己所学知识，以AT89C51为控制芯片，搭建了一个无线射频识别系统，实现标签的识别、与数据传送等功能；对硬件电路、软件流程的设计做了详细的阐述。无线射频识别系统整体方案 总体系统方案论证与比较方案一：用nRF401芯片代替传统的无线数传产品。它可以提供433MHz的振荡频率，且工作频率稳定可靠，外围元件少，便于设计生产，功耗极低。更重要的，它使无线设计简单化了。电感耦合系统，本质上来说是一种互感耦合，即作为初级线圈的阅读器和作为次级线圈的应答器之间的耦合

37、。如果应答器的固有谐振频率与阅读器的发送频率相符合，则处于阅读器天线的交变磁场中的应答器就能从磁场获得最大能量。同时，与应答器线圈并接的阻抗变化能通过互感作用对阅读器线圈造成反作用，从而引起阅读器线圈回路变换阻抗ZT的变化，即接通或关断应答器天线线圈处的负载电阻会引起阻抗ZT的变化，从而造成阅读器天线的电压变化。根据这一原理，可以通过数据控制应答器线圈并接负载电阻的接通和断开，使这些数据以调幅的方式从应答器传输到阅读器。在阅读器端，对阅读器天线上的电压信号进行包络检波，并放大整形得到所需的逻辑电平，实现数据的回收。传输距离是简易无线电系统的综合性技术指标，单工系统最大作用距离为： （2-1）其

38、中Pt天线的有效功率，Smin接收机的最小检测功率，Gt，Gr分别是发射机和接收机的增益，K在实验条件下基本为常量。本系统可分为几个模块：1、应答器单片机控制模块；2、阅读器单片机模块；3、无线传输模块；4、键盘显示、发光二极管模块；5、数据存储模块。如图2-1所示。特点：采用单片机异步串口通信方式，具有较高的显示正确率。nRF401的Gt，Gr和Smin都比传统的无线数传产品的好，且电路简单。图2-1无线识别装置方案一方框图方案二：如图2-2所示，采用PT2262编码芯片，与PT2272解码芯片组成无线识别系统。应答器通过四位拨码开关进行卡号设置，PT2262对卡号进行编码并通过耦合线圈发射

39、出去；阅读器通过耦合线圈接收信号并交给PT2272解码芯片译码输出应答器卡号，由发光二极管显示。特点：系统组成简单，成本低，功耗小，且PT2262起始工作电压低，但该芯片不可编辑，故本方案不适合。图2-2 无线识别装置方案二方框图结合以上分析实际情况，采用方案一。 调制方式论证与比较方案一：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。因设计过程复杂而不采用本方案。方案二：频移键控（FSK）。虽然调制电路复杂，成本高，尤其功耗较高，而且解调电路较为

40、复杂。但传输速率快，数据正确率高。尤其是抗干扰能力强。故选用该方案。方案三：幅移键控（ASK）。调制电路简单，功耗较低，常用于简单的低速数据通信，解调电路也十分简单，但抗干扰能力不强，综合考虑不选用该方案。 555时钟电路控制对象论证与比较方案一：用555时钟电路控制阅读器和应答器，也就是在阅读器和应答器当中都使用555时钟电路。当阅读器向应答器辐射能量时应答器只接收能量，当应答器进行编码并发射时阅读器停止向应答器辐射能量而只接收应答器发来的编码信号并对其进行解码和显示，但在实际工作中，很难保证阅读器和应答器同步，所以不采用此方案。方案二：用555时钟电路控制应答器，阅读器不使用该电路。这样的

41、设计就是让阅读器不停地工作，定时电路控制应答器接受能量、储能以及编码并发送，但因为应答器的输出功率太小，如果阅读器那边连续辐射信号，阅读器就无法接收到应答器的信号，所以也不采用此方案。方案三：用555时钟电路控制阅读器，应答器不使用该电路。也就是应答器会不停地工作，而阅读器间歇的工作，这样就能够很好的保证阅读器能够接收到应答器发送的编码信号并进行解码显示。所以本设计中采用此方案。系统硬件电路设计该控制系统采用MCS-51系列单片机作为核心控制器，nRF401芯片作无线收发的核心部件，5位8段数码管显示模块显示信息。5位8段数码管是由5个相同的由8段发光二极管组成数码管，可以显示字母和数字。键盘

42、部分为44矩阵键盘。无线传输部分采用手工绕制线圈，利用nRF401提供的振荡频率发送和接受数据并在无源时负责给应答器提供电源，以保证数据通信顺利完成。 阅读器电路分析与设计阅读器总体设计框图如图3-1所示。图 3-1 阅读器系统总体框图电路的设计关键点主要是：如何把信号从线圈发射和接收回来，使之有较好的准确性；因此采用nFR401做发射和接收。阅读器单片机最小系统设计本系统采用了24C64作为外置内存，而24C64采用了I2C总线，I2C总线增加了高速模式（HS模式），它将位速率增加到3.4Mbit/s，而且它还具有极低的电流消耗，抗高噪声干扰，电源电压范围宽，工作的温度范围广和以下的优点：（

43、1）单信号供给电压4.5V5.5V；（2）低功耗CMOS技术；（3）组成结构42568或82568；（4）两对双口I2C总线；（5）工作频率100KHz；（6）百万次擦写。串行通信接口采用德州仪器公司（TI）推出的一款兼容RS232标准的芯片。该器件包含2个驱动器、2个接收器和1个电压发生器电路提供TIA/EIA-232-F电平。该器件符合TIA/EIA-232-F标准，每一个接收器将TIA/EIA-232-F电平转换成5-V TTL/CMOS电平。每一个发送器将TTL/CMOS电平转换成TIA/EIA-232-F电平。LED显示器采用5位共阴式数码管。每一位数码管的电流大约为10mA。若将无

44、用的位消隐，则会增加显示位的亮度，故实际中会消隐无用的位以增加显示亮度。选用二与门DS75451为LED位选，集电极开路的非门LED的段驱动，为保证每位LED的驱动电流，选择其上拉电阻位500。具体实现电路如图3-2和3-3所示：图 3-2 阅读器键盘电路图 3-3 阅读器显示电路阅读器发射电路nRF401是北欧集成电路公司（NORDIC）的产品，是一个为433MHz ISM频段设计的真正单片UHF无线收发芯片。它采用FSK调制解调技术，最高工作速率可达到20Kbit/s，发射功率可以调整，最大发射功率是+10dBm。nRF401的天线接口设计为差分天线，以便于使用低成本的PCB天线12。它要求非常少的外围元件（约10个），无需声表滤波器、变容管等昂贵的元件，只需要便宜且易于获得的4MHz晶体，收发天线合一。无需进行初始化和配置，不需要对数据进行曼彻斯特编码，有两个工作频宽（433.92/434.33MHz）,工作电压范围可以从2.7V-5V，还具有待机模式，可以更省电和高效13。天线接口设计为差分天线以便于使用低成本的PCB天线nRF401还具有待机模式这样可以更省电和高效nRF401的工作电压范围可以从2.7-5VnRF401满足欧州电信工业标准(