無線漢字收發(fā)1

1、無線識(shí)別論文 學(xué)校：天津理工大學(xué) 組員： 劉 洋（08 電器） 袁利東（08 集成） 張禮川 （09 電信） 指導(dǎo)老師：張濤 王欣 日期：2011.8.31010天津理工大學(xué)摘要無線識(shí)別裝置由閱讀器、應(yīng)答器和耦合線圈三部分組成。閱讀器與發(fā)射器收發(fā)裝置相同。發(fā)射部分采用ASK調(diào)制技術(shù)。通過有源晶振產(chǎn)生4MHz載波，通過74HC00產(chǎn)生ASK調(diào)制信號(hào)。通過74HC04非門芯片產(chǎn)生高的電流。接收部分以NE5532高頻功率放大芯片為主題，加電壓比價(jià)器對(duì)波形整形。采用80C52單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的控制部分，程序設(shè)計(jì)在C程序基礎(chǔ)上編程實(shí)現(xiàn)；采用1602顯示屏顯示發(fā)送與接收到的漢字。經(jīng)測(cè)試，整機(jī)功能齊全，各

2、項(xiàng)性能指標(biāo)符合系統(tǒng)要求，發(fā)射與接收到得漢字基本上無錯(cuò)誤。關(guān)鍵詞：ASK 調(diào)制， ，存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)； 目錄摘要21 方案論證與比較41.1 調(diào)制方案選擇：41.2 解調(diào)方案選擇：41.3 多點(diǎn)通訊方案選擇：42理論分析與參數(shù)計(jì)算、電路設(shè)計(jì)42.1收發(fā)電路分析-422無線收發(fā)電路設(shè)計(jì)-52.3閱讀器處理模塊設(shè)計(jì)-72.4應(yīng)答器處理模塊設(shè)計(jì)-72.5軟件設(shè)計(jì)-73統(tǒng)測(cè)試與數(shù)據(jù)分析83.1系統(tǒng)距離設(shè)計(jì)-8 3.2系統(tǒng)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)-94系統(tǒng)功能95總結(jié)-91 方案論證與比較1.1 調(diào)制方案選擇：方案 1：采用 FSK 調(diào)制，優(yōu)點(diǎn)是具有較強(qiáng)的抗干擾能力。缺點(diǎn)是解調(diào)部分的硬件較為復(fù)雜。方案 2：采用ASK 調(diào)制，優(yōu)

3、點(diǎn)是調(diào)制和解調(diào)的電路都相對(duì)簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是抗干擾能力較差。通過在干擾較小的頻段選擇合適的載頻，由于本題目要求傳輸距離較近，并通過窄帶濾波能夠消除大部分干擾，所以本作品選擇了 ASK 調(diào)制方式。1.2 解調(diào)方案選擇：方案 1：對(duì) ASK 信號(hào)放大與窄帶濾波后，進(jìn)行包絡(luò)檢波，再通過門限判決的方 法解調(diào)。該方案的成本低，缺點(diǎn)是抗干擾能力很差，窄帶濾波器容易 偏頻，難以調(diào)試。方案 2：對(duì) ASK 信號(hào)放大后，采用調(diào)諧式解調(diào)器（Tone-Decoder）進(jìn)行解調(diào)， 解調(diào)器本身是個(gè)窄帶鎖相環(huán)，能夠省去窄帶濾波器，且本身抗干擾能 力較強(qiáng)；本作品中采用該方案。1.3通訊方案選擇： 由于采用外加電源對(duì)應(yīng)答器供電，故

4、閱讀器與應(yīng)答器的收發(fā)模塊相同。發(fā)射模塊將所需要的文字信號(hào)和4MHz載波信號(hào)通過與非芯片形成ask信號(hào)然后經(jīng)四個(gè)并聯(lián)的非門芯片進(jìn)行電流放大經(jīng)LC串聯(lián)放大后發(fā)出，接收模塊將接收到的信號(hào)通過NE5532功率放大器進(jìn)行放大，該放大器具有解調(diào)功能。后經(jīng)過電壓比較器對(duì)解調(diào)出的小電壓進(jìn)行升壓以供單片機(jī)識(shí)別。單片機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理在應(yīng)答器處顯示出漢字，同時(shí)將信號(hào)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，后將信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)給閱讀器。閱讀器通過一系列的放大檢波之后，將其顯示出來。2理論分析與參數(shù)計(jì)算、電路設(shè)計(jì)2.1 收發(fā)電路分析1）載波頻率的選擇。電磁波能量分為磁場(chǎng)分量與電場(chǎng)分量兩部分，線圈（環(huán) 形天線）對(duì)其中的磁場(chǎng)分量敏感而對(duì)電場(chǎng)分量不敏感。雖

5、然在理論上振蕩頻 率越高電磁波越容易被發(fā)射，但考慮到實(shí)際的測(cè)試環(huán)境中存在各種磁場(chǎng)干擾， 例如中波電臺(tái) 500kHz-1.6MHz，短波電臺(tái) 1.8MHz-29.7MHz，占據(jù)了題目所限 定頻率范圍的高端，因此我們選擇 500kHz 以下的頻率。又考慮到工頻設(shè)備100Hz 磁場(chǎng)以及開關(guān)電源的磁場(chǎng)干擾大約數(shù)十 kHz 至 100kHz，由于我們要求的工作距離非常短，并且我們已有4MHZ有源晶振，故選取4MHZ作為載波。2）發(fā)射電路分析。該系統(tǒng)中，信息通過磁場(chǎng)耦合，而線圈發(fā)射的磁場(chǎng)強(qiáng)度正 比于線圈中的電流。線圈內(nèi)阻很小，如果直接給線圈施加大電流激勵(lì)，系統(tǒng) 功耗很大且能量幾乎全部浪費(fèi)在限流電阻上。為了

6、以較小的功耗來獲得較大 的線圈電流，采用諧振式（丙類）放大器。經(jīng)測(cè)量，直徑6.5cm，10 匝空心線 圈的電感量 16uH，當(dāng)諧振頻率 f0=280kHz 時(shí)，與之并聯(lián)的諧振電容 C0 的容量為：C0=1 /( 2pf0 )L0=0.02uF3）接收電路分析。 對(duì)于接收放大器來說，線圈是一個(gè)低阻抗的信號(hào)源，不要求 放大器具有高輸入阻抗。ASK 解調(diào)對(duì)信號(hào)失真度要求也不嚴(yán)格，為了簡(jiǎn)化電路，我們選取NE5532功率放大器作為主體。放大后的信號(hào)通過解 調(diào)后還原成基帶信號(hào)（數(shù)據(jù)流）送至單片機(jī)串口。2.2無線收發(fā)電路設(shè)計(jì)1耦合線圈的匹配理論電感耦合的無線識(shí)別裝置耦合線圈用于產(chǎn)生磁通量，而磁通量用于向應(yīng)答

7、器提供電源并在應(yīng)答器與閱讀器之間傳送信息。因此，對(duì)耦合線圈天線的構(gòu)造有以下幾個(gè)基本要求：（1）使天線線圈的電流最大，用于產(chǎn)生最大的磁通量；（2)功率匹配，以最大程度地利用產(chǎn)生磁通量的可用能量；（3)足夠的帶寬，以無失真地傳送用數(shù)據(jù)調(diào)制的載波信號(hào)。在天線設(shè)計(jì)中，還有一個(gè)參數(shù)很重要，那就是品質(zhì)因數(shù)Q，較高的品質(zhì)因數(shù)的值會(huì)使天線線圈中的電流強(qiáng)度大些，由此改善對(duì)應(yīng)答器的功率傳送。本設(shè)計(jì)電路中，采用直徑小于1mm的漆包線密繞10匝，線圈直徑為6.5cm。由于買到低功耗的單片機(jī)，故發(fā)揮部分使用耦合的電能為應(yīng)答器供電不能很好的實(shí)現(xiàn)。因此采用外加電源供電的方式。這樣就可以使應(yīng)答器與閱讀器使用相同的2收發(fā)模塊。

8、 發(fā)射部分：載波發(fā)生及驅(qū)動(dòng)電路：直接采用有源晶振產(chǎn)生載波信號(hào)，為了推動(dòng)后級(jí)的丙類功放，要求前級(jí)有一定的電流和功率驅(qū)動(dòng)能力，但引入中間放大器會(huì)增加額外的功率損耗，使效率降低，同時(shí)也增加了電路各級(jí)之間匹配的復(fù)雜程度，故采用多個(gè)74HC04反相器的并聯(lián)來增加驅(qū)動(dòng)能力。 由于所需的通信距離非常的短，故我們將經(jīng)過C3后的信號(hào)直接接向LC串聯(lián)回路。從而將信號(hào)發(fā)出。 接收部分：我們將LC串聯(lián)回路耦合接收到的信號(hào)首先進(jìn)行功率放大，如圖所示，由于NE5532P是高性能低噪聲運(yùn)放，具有較好的噪聲性能，優(yōu)良的輸出驅(qū)動(dòng)能力以及相當(dāng)高的小信號(hào)與電源帶寬。其輸入失調(diào)電壓0.5mV；偏置電流200nA；增益帶寬積GB10M

9、Hz；轉(zhuǎn)換速率9V/s；噪聲5nV/(Hz1/2)(1kHZ)；消耗電流8mA；±3±22V電源；功耗1000mW。所以根據(jù)以上參數(shù)，我們選用NE5532P芯片，再接外圍電路構(gòu)成我們需要的功率放大電路。閱讀器接收到的信號(hào)經(jīng)過一定值電阻，然后通過NE5532P的2號(hào)腳正向輸入，7號(hào)腳放大輸出，1號(hào)腳通過接可調(diào)電阻來控制放大器的放大倍數(shù)。由于NE5532P是二級(jí)放大。根據(jù)外接電路可知，第一級(jí)放大倍數(shù)為1000/100=10倍。第二級(jí)因?yàn)橥饨右粋€(gè)1K可調(diào)電阻，放大倍數(shù)最大為1K/100=10倍。所以閱讀器放大電路的理論放大倍數(shù)最大為100倍。耦合后的信號(hào)經(jīng)放大器放大后，經(jīng)檢測(cè)其波

10、形與基帶信號(hào)一致，也就是說放大器直接完成了包絡(luò)檢波和低通濾波的功能，但檢測(cè)到電壓達(dá)不到3V,故我們?cè)谄浜蠹恿艘浑妷罕容^器以將長生的信號(hào)進(jìn)行升壓，達(dá)到所需要求。（如下圖所示） 后將所檢波出的信號(hào)直接接向單片機(jī)處理信號(hào)。 2.3閱讀器處理模塊的設(shè)計(jì)2.3應(yīng)答器處理模塊的設(shè)計(jì)2.4軟件設(shè)計(jì)應(yīng)答器的軟件包含通信模塊和數(shù)據(jù)的讀取模塊；閱讀器軟件包含通信 模塊和顯示塊模和文字編碼模塊。如下圖所示閱讀器程序應(yīng)答器程序流程圖 3系統(tǒng)測(cè)試與數(shù)據(jù)分析3.1系統(tǒng)距離測(cè)試。測(cè)試方法：如圖 6，固定閱讀器，移動(dòng)應(yīng)答器找到兩機(jī)能夠正常直接通的距離3.2 系統(tǒng)正確性測(cè)試測(cè)試方法：使用鍵盤對(duì)閱讀器隨基輸入漢字，在顯示屏上顯示

11、。觀察應(yīng)答器顯示屏顯示漢字是否相同。連續(xù)測(cè)試十次。對(duì)正確性做統(tǒng)計(jì)。4系統(tǒng)功能： 我們制作的系統(tǒng)可以在3CM的距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)閱讀器通過鍵盤輸入漢字，并在閱讀器處的顯示屏顯示所輸漢字。應(yīng)答器接收到所需漢字并顯示出漢字。應(yīng)答器將信號(hào)傳輸給閱讀器并顯示接到的漢字。5總結(jié)我們對(duì)發(fā)射模塊采用74HC00與非門芯片，NE555芯片完成系統(tǒng)信號(hào)的發(fā)射。為了節(jié)約成本，我們采用三極管搭建二級(jí)放大電路，并用LMC567 芯片完成解調(diào)。在閱讀與應(yīng)答器上，我們分別使用了兩個(gè)單片機(jī)進(jìn)行控制。由于缺少低功耗單片機(jī)，故我們對(duì)應(yīng)答器采用外電源供電。 感想在這次比賽中，我們收獲到了很多東西。通過搭建收發(fā)模塊，我們更加系統(tǒng)的對(duì)ASK數(shù)

12、字調(diào)制我了深入的理解。通過編輯數(shù)字識(shí)別系統(tǒng)，我們對(duì)單片機(jī)的使用也越發(fā)成熟。在這四天三夜中，我們深刻體會(huì)到了時(shí)間的寶貴，我們真切感受到了團(tuán)結(jié)合作的力量，我們也越發(fā)清楚我們的不足之處。在比賽期間，我們感受到了方案選則的重要。如果題目理解偏了即使水平再高，也不能有很好的發(fā)揮。在比賽期間，我們起先就因?yàn)閷?duì)題目理解存在誤差而耽誤了很長時(shí)間，在做之前，一定要先把方案詳細(xì)的設(shè)計(jì)好，磨刀不誤砍柴工！同時(shí)我們體會(huì)到了經(jīng)驗(yàn)的重要性。理論只有經(jīng)過實(shí)踐的檢驗(yàn)才能真正發(fā)揮出他的作用。因?yàn)槲覀兪窃谧鰧?shí)際的東西，我們只有掌握豐富的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，才能在短時(shí)間內(nèi)熟練的把東西做出來。只有在比賽之前積累豐富的經(jīng)驗(yàn)，掌握各種模塊的制作，

13、各種系統(tǒng)的制作，才能有足夠的自信心，去應(yīng)對(duì)各種問題。三個(gè)人是一個(gè)團(tuán)隊(duì)，是一個(gè)整體。我們?nèi)齻€(gè)人之間只有相互配合，互相幫助，分工協(xié)作，才能發(fā)揮出我們的最大力量。單絲不成線，獨(dú)木不成林。三個(gè)臭皮匠，賽過諸葛亮。一個(gè)人水平再高，也不可能把所有的事情都輕松搞定。這次比賽給我們最多的是教訓(xùn)，是深刻的教訓(xùn)。由于在比賽期間，我們?cè)谡麄€(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)存在問題，使我們不僅沒做出成果，而且浪費(fèi)了大量寶貴的時(shí)間。我們也深刻體會(huì)到了我們知識(shí)的匱乏。在遇到問題時(shí)，所拿出的方案大都是在網(wǎng)上或書上找的，這些并不是我們自己之前用過的方案，經(jīng)過仿真，實(shí)物焊接，不僅浪費(fèi)了很多寶貴的時(shí)間，也存在了很多潛在的問題。我們?cè)诒荣惼陂g，就為了做一個(gè)高頻功率放大的模塊，用了好幾套方案，折騰了一兩天，最后還沒有成功做出來。在就今后的一個(gè)月里，我們要著重積累經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)進(jìn)一步加深對(duì)基礎(chǔ)理論的