電子標(biāo)簽電阻多機(jī)多路檢測電路的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

摘 要：電子標(biāo)簽電阻多機(jī)多路檢測電路主要分為三個部分，主機(jī)單元、從機(jī)單元和電腦端控制軟件。系統(tǒng)以MSP430為主控模塊，主要用于電子標(biāo)簽的在線生產(chǎn)質(zhì)量檢測。系統(tǒng)的自動控制及數(shù)據(jù)的保存是基于電腦端軟件來實(shí)現(xiàn)的，該電路一共包括16路檢測通道，可以滿足多個電子標(biāo)簽生產(chǎn)設(shè)備同時運(yùn)行，電阻的測量范圍為0～2Ω，精度可達(dá)0.1mΩ。另外，系統(tǒng)通過通信協(xié)議來保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴?/p>

關(guān)鍵詞：RFID；MSP430；多機(jī)通信；自動控制；電子測量

中圖分類號：TP311.52 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）24-0304-01

引 言

電子標(biāo)簽的制造成本[1]主要有芯片成本、天線制造成本、封裝成本三部分構(gòu)成[2]。然而在這三部分成本中，最容易控制的就是標(biāo)簽天線的制造成本。常用的標(biāo)簽天線制作方法主要有三種，即天線蝕刻法、線圈繞制法以及電鍍法[3]，不同方法所制造的標(biāo)簽合格率是不一樣的。如文中測量的一款電子標(biāo)簽線圈的總阻值大約為1.6Ω，考慮鉚接點(diǎn)連通情況，還需要進(jìn)行鉚接點(diǎn)阻值的測量。而連通后鉚接點(diǎn)的阻值較低，一般小于30mΩ，并且測量時需進(jìn)行電子標(biāo)簽的正反面連接。電子標(biāo)簽微小阻值的精確測量給人工檢測帶來嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，并嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率。因此設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)一個電子標(biāo)簽電阻在線檢測裝置對于大多數(shù)廠家來說是很有必要的，這不僅能夠有效地測試產(chǎn)品的合格率，節(jié)省生產(chǎn)成本，也能夠讓廠家在電子標(biāo)簽的印刷、蝕刻等生產(chǎn)工藝上做出相應(yīng)改進(jìn)，事半功倍。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

考慮電子標(biāo)簽電阻測量的實(shí)時性和有效性。該系統(tǒng)主要目的是測量電子標(biāo)簽的阻值，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后顯示保存。電腦端控制設(shè)備開始工作后，由從機(jī)單元開始測量RFID阻值數(shù)據(jù)并通過串口進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳，主機(jī)單元用來控制數(shù)據(jù)的傳輸，保障從機(jī)與電腦端的數(shù)據(jù)的安全性。

2 硬件設(shè)計(jì)

硬件電路通過MSP430單片機(jī)，驅(qū)動DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換器TLC5615。①產(chǎn)生可以程序控制的恒壓源。②為了避免前后級的干擾，用運(yùn)算放大器OP07進(jìn)行跟隨可以產(chǎn)生恒定的電壓。③為了提高精度，通過INA128程控放大器進(jìn)行電壓放大，以滿足后級ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器采集電壓的要求。④為了避免50Hz的工頻干擾，在進(jìn)入ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器之前，電路中加一級50Hz的陷波濾波器。⑤把電壓送到ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行運(yùn)算之后，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電阻阻值。

2.1 恒流源[4]

由于電子標(biāo)簽電阻的阻值很小，為了減少電壓波動帶來的干擾，提高測量精度，本設(shè)計(jì)采用DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換器TLC5615產(chǎn)生恒定的電壓。TLC5615是帶有緩沖基準(zhǔn)輸入（高阻抗）的10位的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，恒定的電壓與參考的標(biāo)準(zhǔn)電阻通過開關(guān)管控制，在參考電阻兩端會產(chǎn)生一個固定不變的恒定電流，將待測電阻標(biāo)簽通過表筆串接在恒流源電路中，會產(chǎn)生恒定的電壓，有利于降低電壓波動所造成的誤差干擾實(shí)際的測試結(jié)果。

2.2 50Hz陷波器

在我國采用的是50Hz頻率的交流電，對信號進(jìn)行采集處理和分析時，常會存在50Hz的工頻干擾。實(shí)際應(yīng)用中，為避免工頻干擾對信號處理的影響，常常采用陷波處理。陷波器也稱帶阻濾波器或窄帶阻濾波器，它能在保證其他頻率的信號不損失的情況下，有效的抑制輸入信號中某一頻率信息。本設(shè)計(jì)采用運(yùn)算放大器OPA378和外圍電阻電容等器件，構(gòu)建了一個50Hz的工頻濾波器，濾除干擾，以提高待測電子標(biāo)簽阻值的精確性。

3 主控模塊設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用3個美國德州儀器公司生產(chǎn)的MSP430系列的單片機(jī)MSP430F5438A來實(shí)現(xiàn)多路多機(jī)檢測功能[6]。主控模塊主要運(yùn)用其中的時鐘模塊、串口通信、A/D轉(zhuǎn)換[7]，D/A轉(zhuǎn)換模塊通過外部集成芯片來實(shí)現(xiàn)，檢測開始觸發(fā)功能通過一個機(jī)械開關(guān)來完成。

3.1 D/A轉(zhuǎn)換

D/A轉(zhuǎn)換功能采用外部集成芯片TLC5615實(shí)現(xiàn)，MSP430通過控制此芯片輸出不同的模擬電壓，從而實(shí)現(xiàn)恒流源的不同電流值，也就實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)量程的選擇功能。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)共設(shè)置了4種不同大小的檢測量程，不同量程對應(yīng)的電流大小以及D/A模塊的輸入輸出值的大小。

3.2 A/D轉(zhuǎn)換與串口通信

MSP430F5438A系列單片機(jī)內(nèi)嵌有14路12位ADC通道，4路UART串口通信通道，每個從機(jī)單元使用其中8路ADC通道，搭載兩個從機(jī)單元便可實(shí)現(xiàn)16路通道的檢測功能。4路串口通道，其中1路與電腦端通信，如果將14路ADC通道全部使用，理論上本方案最大可以擴(kuò)展到42路的檢測通道，該系統(tǒng)可進(jìn)行再次改造升級開發(fā)。

4 上位機(jī)軟件與通信協(xié)議的設(shè)計(jì)

通過電腦端的上位機(jī)軟件可實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的全程程控，主機(jī)單元將電阻數(shù)據(jù)上傳到電腦端后，軟件可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行不同顏色的顯示，從而達(dá)到可以直觀的觀察到標(biāo)簽質(zhì)量合格與不合格的情況，另外，軟件可以將數(shù)據(jù)在后臺通過EXCEL軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)保存，方便用戶接下來進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

避免數(shù)據(jù)傳輸過程中的數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象的發(fā)生，通過制定規(guī)范的通信協(xié)議來保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性[8]。

5 結(jié)束語

通過對整個系統(tǒng)的測試，本電路能夠精確地對電子標(biāo)簽的質(zhì)量進(jìn)行檢測。本電路的創(chuàng)新點(diǎn)在于能夠通過多機(jī)工作進(jìn)行對多路RFID的質(zhì)量檢測，全過程實(shí)現(xiàn)程序化控制，通信協(xié)議保障了數(shù)據(jù)傳輸安全穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)

[1]周 杰.RFID行業(yè)研究報(bào)告[D].西南財(cái)經(jīng)大學(xué)，2014.

[2]陳世岳.超高頻RFID天線、制作方法及其應(yīng)用的RFID標(biāo)簽，CN107181060A[P].2017.

[3]曹麗娜.標(biāo)簽天線直接印刷的優(yōu)化研究[D].江南大學(xué)，2013.

[4]李宗平，王少坤，張 寧，等.基于單片機(jī)的恒流源設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2017，36（1）：49～53.

[5]史 駿，彭靜玉.基于雙T網(wǎng)絡(luò)的50Hz陷波電路設(shè)計(jì)[J].科技信息，2011（21）：48+127～128.

[6]馮源升，趙 輝，趙 鑫.基于MSP430的多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].電子質(zhì)量，2012（12）：32～37.

[7]MSP430x5xx Family User′s Guide.Texas Instruments，2008.

[8]王清珍，鄔寶寅.基于UART設(shè)備的現(xiàn)場總線通信協(xié)議[J].微處理機(jī)，2012.

收稿日期：2018-7-24