基于1 T單片機(jī)的電子標(biāo)簽銷碼器

摘要：射頻識別采用無接觸讀寫，可同時(shí)識別多個(gè)物體，有較好的抗干擾能力和保密性能等，在現(xiàn)代超市、圖書館、倉儲等公共流通部門的防盜系統(tǒng)中應(yīng)用越來越廣泛。采用1T單片機(jī)STC12C2052AD設(shè)計(jì)的電子標(biāo)簽銷碼器結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠，有較高的實(shí)用價(jià)值。
關(guān)鍵詞：射頻識別；電子標(biāo)簽；1T單片機(jī)；脈寬調(diào)制；諧振

0 引言
    電子標(biāo)簽在現(xiàn)代超市、圖書館、倉儲等公共流通部門的防盜系統(tǒng)中應(yīng)用越來越廣泛。電子標(biāo)簽及其銷碼本質(zhì)為一種射頻識別(RFID)系統(tǒng)，其工作方式為非接觸式，是利用射頻信號及其空間耦合、傳輸特性，對靜止的或移動(dòng)中的待識別物品進(jìn)行自動(dòng)識別，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、高頻小信號檢測等技術(shù)，制作的電子標(biāo)簽銷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)簽附著在待識別的物品上，閱讀器用于當(dāng)附著電子標(biāo)簽的待識別物品通過其讀出范圍時(shí)，以無接觸的方式自動(dòng)將電子標(biāo)簽中的約定識別信息取出，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識別物品或自動(dòng)收集物品標(biāo)識信息的功能。
    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。現(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附近，如果交變磁場的頻率fG與振蕩回路的諧振頻率fH相吻合，振蕩回路產(chǎn)生諧振，從交變磁場獲取能量。因此，振蕩線圈上的振蕩過程，可以根據(jù)交變磁場中振蕩線圈的短時(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)被直觀地稱作降落(Dip)。
    這種Dip的相對強(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)生的磁場頻率不是恒定的，而是掃描的。使振蕩器頻率不斷掃過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)簽銷碼器)上，該裝置產(chǎn)生一個(gè)足夠強(qiáng)的磁場，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)品就檢測不到。
    電子標(biāo)簽銷碼器的主要技術(shù)指標(biāo)有：1)能識別電子標(biāo)簽，能對電子標(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信號及FSK(移頻鍵控)信號的調(diào)制、解調(diào)，無需外接復(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。通過單片機(jī)的P3．7腳輸出占空比周期變化的PWM電壓，經(jīng)過電阻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％，且通過掃描方式(90Hz掃描)，步進(jìn)128步來完成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)射電路通過天線發(fā)射無線電波，無線電波的發(fā)射與接收依靠天線來完成。掃頻電路輸出的以8．2MHz為中心頻率，左右頻偏10％的信號由功率放大與發(fā)射電路的WAVE端輸入，經(jīng)過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)射無線電波，同時(shí)天線還用來接收無線電波，并把接收無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)。檢測電路的任務(wù)就是在天線中的眾多頻率中檢測出這一特殊頻率，并將其轉(zhuǎn)換成單片機(jī)的外部中斷電平。但在工程中，對Dip點(diǎn)檢測比較困難，但檢測電子標(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，接收器可以檢測到，用二次諧波頻率產(chǎn)生的信號能使報(bào)警設(shè)備啟動(dòng)。檢測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，帶通濾波電路用來取出二次諧波分量，電平轉(zhuǎn)換電路用來把交流分量轉(zhuǎn)變成直流分量送至單片機(jī)作中斷請求信號。在系統(tǒng)檢測時(shí)單片機(jī)會(huì)發(fā)出一組控制信號控制HC4066開、關(guān)發(fā)射電路和檢測電路。檢測信號通過FI0和FI1進(jìn)入檢測電路，通過二極管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。該信號再通過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)檢測中斷產(chǎn)生。檢測電路如圖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程序存儲器，擦寫次數(shù)1097次以上，片內(nèi)256字節(jié)RAM數(shù)據(jù)存儲器，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)，是目前同類技術(shù)中性價(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)中斷來控制模擬開關(guān)HC4066，實(shí)現(xiàn)發(fā)射和檢測的控制。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)檢測到報(bào)警物的存在，通過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)簽銷碼器的核心程序，在測試系統(tǒng)開始工作后，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。控制功能子程序使控制系統(tǒng)按照功能要求正常工作。檢測子程序完成電子標(biāo)簽的檢測和擊穿電子標(biāo)簽。占空比周期變化的PWM子程序用來控制產(chǎn)生掃描頻率。主程序流程圖如圖5所示。

3 結(jié)論
    RFID采用無接觸讀寫，可同時(shí)識別多個(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)。