基于RFID技術(shù)的體育應(yīng)答器結(jié)構(gòu)分析

（陜西財(cái)經(jīng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，咸陽(yáng)，712000）

基于RFID技術(shù)的體育應(yīng)答器結(jié)構(gòu)分析

袁永彥

（陜西財(cái)經(jīng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，咸陽(yáng)，712000）

文章分析了RFID體育應(yīng)答器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，RFID應(yīng)答器的調(diào)制方式的選擇、控制芯片的選擇、載波頻率的選擇，并對(duì)應(yīng)答器的總電路、電源電路、檢波電路、ASK調(diào)制電路進(jìn)行了分析。

RIDF；ATmega168V；應(yīng)答器

RFID技術(shù)是一種無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)，非接觸式的識(shí)別技術(shù)，基本原理是電磁理論，利用電磁能量實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別與數(shù)據(jù)的采集技術(shù)，RFID系統(tǒng)由應(yīng)答器、閱讀器和應(yīng)用軟件三部分組成，閱讀器不斷發(fā)射在其覆蓋的區(qū)域內(nèi)發(fā)射無(wú)線信號(hào)，運(yùn)動(dòng)員攜帶應(yīng)答器，當(dāng)他們進(jìn)入信號(hào)的區(qū)域范圍內(nèi)被激活，將保存在應(yīng)答器內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)員信息發(fā)給閱讀器，閱讀器收到這些數(shù)據(jù)信息后，就可以將運(yùn)動(dòng)員的一切信息及周邊的情況發(fā)送給應(yīng)用軟件，在反饋到計(jì)算機(jī)上。

1 RFID體育應(yīng)答器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

應(yīng)答器的主要作用就是在接收到無(wú)線信號(hào)后，把存儲(chǔ)的信息傳出，應(yīng)答器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如下圖1所示：

圖1 應(yīng)答器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

應(yīng)答器的主要作用使是接收信號(hào)和發(fā)送存儲(chǔ)的信息，應(yīng)答器主要是接收需要的頻帶上的中心頻率，這個(gè)頻率位于一個(gè)固定的頻率f0上，經(jīng)過(guò)窄帶濾波器濾波后，獲取需要的頻帶，然后將芯片上存儲(chǔ)的信息發(fā)送發(fā)給閱讀器。

2 應(yīng)答器結(jié)構(gòu)

2.1 調(diào)制方式的選擇

在近距離內(nèi)傳輸信息，必須首先要選擇基帶數(shù)字信號(hào)，在遠(yuǎn)距離內(nèi)尤其是在無(wú)線和光纖信道上傳輸信息時(shí)，必須要將信號(hào)頻譜經(jīng)過(guò)調(diào)制搬移到高頻處，才能在信道中傳輸，所以調(diào)制對(duì)系統(tǒng)傳輸?shù)挠行院涂煽啃杂绊懞艽?。傳輸信?hào)有三中基本的調(diào)制方式：相移鍵控（PSK）、頻移鍵控（FSK）和幅移鍵控（ASK），這三種調(diào)制方式分別對(duì)應(yīng)載波相位、頻率和幅度來(lái)傳遞數(shù)字基帶信號(hào)。從功率利用率和頻帶利用率兩方面來(lái)說(shuō)，通常選擇PSK系統(tǒng)，在中速和高速的數(shù)據(jù)傳輸中PSK調(diào)制方式應(yīng)用廣泛。本應(yīng)答器存儲(chǔ)固定信息為無(wú)源應(yīng)答器，耦合線圈得到的能量低，ASK的調(diào)解易實(shí)現(xiàn)，耗能小，所以ASK系統(tǒng)適合在應(yīng)答器中使用。

2.2 控制芯片的選擇

應(yīng)答器的控制芯片要求耗能低并有一定的內(nèi)存，體育應(yīng)答器的控制芯片選擇ATmega168V數(shù)據(jù)吞吐率可以達(dá)到1MIPS/MHz，功耗很低，是一個(gè)8位CMOS的微控制器，是AVR增強(qiáng)型、RISC結(jié)構(gòu)的微控制器。ATmega168V含有的片內(nèi)SRAM的1K字節(jié)和的系統(tǒng)內(nèi)的可編程Flash的16K字節(jié)還有的512字節(jié)；同時(shí)還有兩個(gè)8位和一個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；一個(gè)串行的USART接口、8路10位的A/D轉(zhuǎn)換端口、六路PWM輸出和23個(gè)I/O口線可被編程；其工作電壓范圍是為1.8-5.5V；工作速度的等級(jí)為0-4MHz；極低功耗：片上自帶的EEPROM可以按字節(jié)擦寫，可擦寫的FLASH，模擬比較器，功耗極低小于300μA，ATmega168V具有1KB可以按字節(jié)讀寫的EEPROM，操作很的方便，還有具有Flash的自編功能，當(dāng)1KB EEPROM存滿數(shù)據(jù)可以轉(zhuǎn)存到Flash內(nèi)。

2.3 載波頻率

圖2 應(yīng)答器的總電路圖

載波頻率也稱為基頻，就是在傳輸時(shí)，信號(hào)并不是直接傳輸?shù)?，而是把信?hào)加載在一個(gè)固定頻率的波上，這種固定頻率的波稱為載波頻率，從嚴(yán)格的意義上來(lái)講，就是要把一個(gè)相對(duì)較低的信號(hào)頻率通過(guò)解調(diào)，調(diào)制到一個(gè)相對(duì)較高的頻率上，這種頻率被低頻調(diào)制到較高頻率的就稱為載波頻率。

載波頻率分為低頻、高頻和超高頻，低頻載波頻率一般小于150KHz，其優(yōu)點(diǎn)就是標(biāo)準(zhǔn)的CMOS工藝、技術(shù)很簡(jiǎn)單而且可靠成熟、沒(méi)有頻率的限制，缺點(diǎn)就是通訊速度低，天線尺寸大，工作的距離短一般小于10cm，高頻的載波頻率在13.56MHz左右，與標(biāo)準(zhǔn)的CMOS工藝兼容，主要是通過(guò)近場(chǎng)的電磁耦合方式進(jìn)行通訊，距離較近，一般在75cm左右，無(wú)線的尺寸大、容易受金屬材料等的影響。比如我們的二代證，北京公交卡等都應(yīng)用高頻的載波頻率；超高頻的波頻率在860MHz - 960MHz，其優(yōu)點(diǎn)是工作距離長(zhǎng)大于1m，無(wú)線尺寸小，可以繞開(kāi)障礙物無(wú)需保持視線的接觸，可以進(jìn)行定向識(shí)別，但是受某些材料的影響較大，應(yīng)用在世博會(huì)門票、倉(cāng)庫(kù)管理方面、奧運(yùn)會(huì)門票、物流管理管理及監(jiān)獄人員的管理等方面，基于上面這些論述應(yīng)答器載波頻率選擇超高頻。

3 電路分析

應(yīng)答器的電路主要有電源諧振線圈電路、ASK調(diào)制電路、檢波電路等幾部分組成。

3.1 電源電路

應(yīng)答器的電源是從諧振線圈所獲得的，應(yīng)答器電路的調(diào)制信號(hào)，它是從單片機(jī)的引出的，并接入到三級(jí)管的基極所實(shí)現(xiàn)調(diào)制的。在這個(gè)系統(tǒng)里，其原理就是諧振線圈接收到的交流電壓通過(guò)橋式整流電路整流成單方向的脈動(dòng)直流電壓，再通過(guò)磁環(huán)繞制的電感和一系列各種不同容量的電容，進(jìn)行電源的濾波，從而使輸出的電壓平滑，最后再利用一個(gè)穩(wěn)壓二極管，它的作用就是限制經(jīng)過(guò)濾波后輸出的電壓不超過(guò)單片機(jī)所承受的最大電壓，從而保證單片機(jī)的安全，不被高壓燒壞。

3.2 檢波電路

應(yīng)答器的檢波電路就是在線圈的兩端利用兩個(gè)二極管來(lái)進(jìn)行檢波，將檢波器的輸出先供給單片機(jī)內(nèi)比較器的負(fù)輸入端，與此同時(shí)將電源也降壓0.5v，然后后作為比較器基準(zhǔn)供給單片機(jī)內(nèi)比較器的正輸入端，從而實(shí)現(xiàn)基帶信號(hào)的整形。

3.3 ASK調(diào)制電路

單片機(jī)的信號(hào)通過(guò)限流電阻加在基極上，并控制諧振線圈的短路、開(kāi)路，從而實(shí)現(xiàn)ASK的調(diào)制。

3.4 應(yīng)答器的電路圖

綜上所述，應(yīng)答器的總電路圖如圖2所示：

4 總結(jié)

RFID的應(yīng)用越廣泛，高新技術(shù)給人們帶來(lái)越來(lái)越多的便利。RFID應(yīng)答器的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，本文主要分析了應(yīng)答器的整體結(jié)構(gòu)，應(yīng)答器的調(diào)制方式選為ASK，是因?yàn)槠涔牡停讓?shí)現(xiàn)ASK的解調(diào)，控制芯片選擇了ATmega168V ，功耗低，內(nèi)存具有1KB EEPROM，EEPROM可以按字節(jié)讀寫，操作十分方便，ATmega168V還具有Flash的自編功能，載波頻率使用超高頻，適應(yīng)于較遠(yuǎn)距離的識(shí)別，還分析了應(yīng)答器的線路。RFID體育應(yīng)答器將更好的為體育事業(yè)服務(wù)。

高樹(shù)靜.低成本無(wú)源RFID安全關(guān)鍵技術(shù)研究[D].山東大學(xué),2013

袁永彥，男，1981年10月，講師，體育教育與運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練學(xué)

Sports transponder-based structural analysis of RFID technology

Yuan Yongyan
(Shaanxi Vocational and Technical College of Finance and Economics，Xianyang，712000)

The article analyzes the internal structure of the RFID transponder Physical select RFID transponder modulation scheme,control chip selection,selecting a carrier frequency and the total circuit of the transponder,the power supply circuit,detection circuit,ASK modulation circuit analyzes.

RIDF;ATmega168V;transponder