電子標籤銷碼器
學院：物理與機電工程學院專業：電子資訊工程
學號：200402124 姓名：林強指導老師：劉生建
【摘要】電子標籤在現代超市、圖書館、倉儲等公共流通部門的防盜系統中應用越來越廣泛. 電子標籤及其銷碼本質為一種射頻識別系統，其工作為非接觸方式，有快捷、方便等優點. 本設計應用89c2051微控制器、ne564模擬瑣相環等晶元以及智慧型控制、頻率合成、高頻小訊號檢測等技術研製的電子標籤系統，有較高的可靠性和實際應用價值.
【關鍵詞】電子標籤、射頻識別、頻率合成
目錄摘要1
1 引言3
2 設計理論基礎及方案3
2.1射頻識別的工作原理3
2.2射頻法設計思路4
2.3射頻法設計方案5
2.4整體的框圖設計5
3 單元電路設計5
3.1掃頻電路的設計6
3.2功率放大電路的設計7
3.3發射天線的設計11
3.4檢測電路的設計12
3.5微控制器控制模組的設計13
3.6報警電路的設計14
4 軟體設計15
5 系統除錯15
5.1鎖相環的主要引數與測試方法15
5.2壓控振盪器的控制特性曲線16
5.3 ne564的壓控掃頻除錯17
6設計總結18
參考文獻19
附錄21
1 引言
射頻識別（rfid）技術是一種無接觸自動識別技術，其基本原理是利用射頻訊號及其空間耦合、傳輸特性，實現對靜止的或移動中的待識別物品的自動機器識別[6]。
所涉及的關鍵技術大致包括：晶元技術、天線技術、無線收發技術、資料變換與編碼技術、電磁傳播特性。
設計乙個電子標籤銷碼器。要求能識別電子標籤，能對電子標籤去活化處理，電子標籤諧振頻率為8.2mhz±10%。
設計主要引數如下。
⑴ 掃頻步進：12.8khz。
⑵ 掃頻頻率：85hz。
⑶ 最大工作距離：45cm。
⑷ 最大工作速度：30枚/秒。
⑸ 額定功率：p≤10w。
⑹ 輸入電源：～220v±20%（50hz）。
2 設計理論基礎及方案
2.1 射頻識別的工作原理
射頻識別系統一般由兩個部分組成，即電子標籤和閱讀器。應用中，電子標籤附著在待識別物上，閱讀器用於當附著電子標籤的待識別物品通過其讀出範圍時，自動以無接觸的方式將電子標籤中的約定識別資訊取出，從而實現自動識別物品或自動收集物品標識資訊的功能[6]。
射頻識別系統的基本模型如圖2-1所示。
圖2-1 射頻識別系統的基本模型
其中，電子標籤又稱為射頻標籤、應答器、資料載體；閱讀器又稱為讀出裝置，掃瞄器、通訊器、讀寫器（取決於電子標籤是否可以無線改寫資料）。電子標籤與閱讀器之間通過耦合元件實現射頻訊號的空間（無接觸）耦合、在耦合通道內，根據時序關係，實現能量的傳遞、資料的交換。
發生在閱讀器和電子標籤之間的射頻訊號的耦合型別有兩種。
1 電感耦合：變壓器模型，通過空間高頻交變磁場實現耦合，依據的是電磁感應定律。
2 電磁反向散射耦合：雷達原理模型，發射出去的電磁波，碰到目標後反射，同時攜帶回目標資訊，依據的是電磁波的空間傳播規律。
電感耦合方式一般適用於中、低頻工作的近距離射頻識別系統。典型的工作頻率有125khz、225khz和13.56mhz。識別作用距離小於1m，典型作用距離為10cm~20cm。
電磁反向散射耦合方式一般適用於高頻、微波工作的遠距離射頻識別系統。典型的工作頻率有：433mhz，915mhz，2.
45ghz，5.8ghz。識別作用距離大於1m，典型作用距離為3m~10m。
2.2射頻法設計思路
1位元（bit）是可以表示的最小訊號單位，且僅需識別兩種狀態：「1」或「0」。對具有1位元應答器的系統來說，意味著只有兩種可表示狀態：
「響應範圍內有應答器」或者「響應範圍內無應答器」。雖然功能簡單，但1位元應答器的使用範圍還是非常廣泛的。他的主要應用領域是在商場裡的電子防盜器（eas）。
電子標籤防盜器由以下幾部分構成：乙個「閱讀器」或檢測器的天線、安全保密裝置或標籤以及一種可選的在付款後使用標籤的去活化器。對現代系統來說，商品的標籤在起登入價碼的同時就失效了。
有一些系統還使用另一種活化器，用這種活化器可以將去活化後的標籤重新活化成為可以再次使用的。所有系統的主要功能特性是：識別率或檢測率與通道寬度（應答器和檢波器天線之間的最大距離）有關。
在聯邦德國工程師協會規範vdi4470的「貨物安全系統規範」中，規定了對所安裝的貨物安全系統進行檢查和測試的過程，該規範包含計算檢測率的錯誤報警率的一些定義和測試過程。這個規範可以作為零售業中簽訂銷售合同的基礎，或用於對安裝的系統在執行過程中的效能監視。對廠商來說，顧客檢查規範為安全專案的綜合解決方案的優化和發展提供了有效的評價基準[nach vdi4470]。
射頻（rf）法是運用l-c振盪迴路工作的。該振盪迴路調到乙個規定的諧振頻率fh。早期的方案是用焊接在塑料殼（硬標籤）中的電容和捲繞的漆包線電感。
現代系統中採用在商品名牌薄膜的導體上蝕刻應答器線圈的方法。為了使阻尼電阻不因過大而使諧振迴路的品質因數變差，在25μm厚的聚乙烯薄膜上的鋁導體厚度必須小於50μm。
生產電容器片必須使用10μm厚的中間薄膜。如果人們將振盪迴路移入到交變磁場附近，那麼，能量便通過振盪迴路的線圈感應出交變磁場能量（感應定律）。如果交變磁場的頻率fg與振盪迴路的諧振頻率fh相吻合，振盪迴路就激發了諧振振盪。
此振盪過程從交變磁場取得能量。因而，振盪線圈上的振盪過程，可以根據交變磁場中振盪線圈的短時電壓變化或電流變化得到。這種線圈電流的短時上公升（或者線圈電壓下降）被直觀地稱作降落（dip）。
這種dip的相對強度取決於兩個線圈的距離，受激的振盪迴路（在應答器裡）的品質因數。尤其是取決於兩個線圈接近的速度，就是說，應答器的振盪迴路以怎樣的速度接近振盪器的線圈，後者的磁場當距離增加是減弱。對防盜裝置（電子防盜器）來說，通過裝置的結構限定了兩個線圈的最大距離。
同樣，使用的材料也決定了振盪迴路的品質因數。
設計者不能對進入振盪器的磁場的進入速度v施加限制，只能考慮以無限小的速度接近振盪迴路時所產生的乙個無限小的dip。
為了保證可靠地識別粘帖在產品上的1位元應答器振盪迴路，需要獲得乙個盡可能明顯的dip。這是通過乙個小技巧來實現的：使產生的磁場的頻率不是恆定的，而是「掃頻」的。
振盪器頻率不斷掃過最大和最小頻率之間的範圍。8.2mhz±10%的頻率範圍供「掃頻」系統使用。
如果掃頻的振盪器頻率正好命中了（在應答器裡的**迴路）諧振頻率，則振盪迴路就開始起振，並由此在振盪器線圈的電源電流中產生乙個明顯的dip。對掃頻系統來說，在應答器的諧振頻率的位置上的dip取決於掃頻速度（頻率變化速度），而不是應答器的運動速度，並可調整最佳的識別率。應答器的頻率容許偏差受製造容許偏差或金屬環境限制，但是，對識別的可靠性是沒有影響的。
如果在付款處不揭下標籤，就必須改變標籤以防止啟動電子防盜器。為了實現這一目的，收銀員收款後將被保護的產品放到乙個裝置上，即去活化器。它產生乙個足夠強的磁場，其感生電壓能破壞應答器的薄膜電容。
電容器設有固定的短路點，即所謂的淺凹（dimples）。
因為，電容器的擊穿是不可逆轉的，並嚴重地壞了振盪迴路，以至於迴路不再被掃瞄訊號啟用。
為了產生所需的交變磁場，應該使用大面積的框形與普通閘門在一起，在較大的百貨商店可以看到這種結構形式。使用射頻系統時閘門寬度可達2m。對相當低的檢出率（大約70%）來說，被檢商品材料有著相當大的影響。
例如金屬（如罐頭）影響標籤的諧振頻率和檢波器線圈的耦合，從而降低了檢出率。為了達到以上所說的閘門寬度和檢出率，必須使用50×50mm的標籤。
對系統生產者的乙個很大挑戰是：不僅有各種產品的材料效能問題，還有諧振頻率問題（例如電纜卷）。如果它們的諧振頻率正處於8.2mhz±10%的掃頻範圍內，那麼比定引起錯誤報警。
2.3射頻法設計方案
採用ne564的訊號調頻功能的掃頻電路如圖2-2所示。
圖2-2 採用ne564的訊號調頻功能的掃頻電路
高頻模擬鎖相環ne564的最高工作頻率可達到50mhz，採用+5v單電源特性，特別適用於高速數字通訊中fm調頻訊號及fsk移頻鍵控訊號的調製，解調，無需外接複雜的濾波器。利用ne564的調頻功能，先讓其工作在一固定頻率，利用其調頻特性進行頻率的掃瞄。通過輸入ne564的調製。
2.4整體的框圖設計
根據設計方案，確定了整體的設計框圖，它由掃瞄頻率產生電路、功率放大電路、發射電路、檢測電路、微控制器控制模組、報警電路和穩壓電源電路等7個模組構成，如圖2-3所示。
圖2-3 系統整體的設計框圖
3單元電路設計
本系統的單元電路包括掃瞄電路、功率放大電路、發射電路、檢測電路、微控制器控制模組、報警電路和穩壓電源電路。
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