基于AT89C2051單片機的門禁系統(tǒng)應答器電路設(shè)計

射頻識別系統(tǒng)主要由閱讀器、天線、應答器等硬件設(shè)備和數(shù)據(jù)采集、處理中間件等軟件組成。應答器硬件部分在本系統(tǒng)中可具體分為：天線、電源電路、接受和發(fā)送電路、控制電路、存儲器幾部分組成。

下面對組成門禁射頻識別系統(tǒng)的應答器電路設(shè)計進行介紹。

1．應答器天線的設(shè)計

與閱讀器天線一樣，應答器天線也選用10匝，直徑為6.6cr土0.5cm的線圈來代替。要求應答器的天線回路也工作在諧振狀態(tài)。由電感

2．應答器電源電路的設(shè)計

此系統(tǒng)要求應答器為無源的，如前所述整個應答器電路工作所需能最都需從天線獲得，因此電源電路的設(shè)計就成為應答器設(shè)計的關(guān)鍵所在。應答器中控制器及外圍電路工作都需要Sv左右直流電源，因此，從天線設(shè)計得到5v直流電源就成為整個電源電路設(shè)計的核心內(nèi)容，為此電路設(shè)計如下圖所示。

從天線得來的信號都屬于交流成分，要得到直流成分必須首先經(jīng)過整流橋進行整流，且此處因天線工作頻率較高，所以一橋式整流的二極管均應選擇高頻二極管。為了得到較為穩(wěn)定的5V電源VCC．在此選用了使用較為方便的可調(diào)分流基準芯片TIA31。其內(nèi)部含有一個2.5V的基準電壓，當在REF端引入輸出反饋時，器件可以通過從陰極到陽極很寬范圍的分流，控制輸出電壓。當Rl和R2的阻值確定時，兩者對Vo的分壓引入反饋，若Vo增大，反饋量增大，TL43l的分流也就增加，從而又導致Vo下降。

顯見，這個深度的負反饋電路必然在VI等于基準電壓處穩(wěn)定．Vo=（l+Rl/R2）VI（ref）。選擇不同的Rl和R2的值可以得到以2.5V到36V范圍內(nèi)的任意電壓輸出。當R1=R2時，Vo=5V。需要注意的是，在選擇電阻時必須保證TL431工作的必要條件，就是通過陰極的電流要大于1mA。在此選用R1=R2=10kΩ．由式子Vo=（l+Rl/R2）V1（ref）可知vcc可以較為精確地控制為5v，同時也起到了穩(wěn)壓的作用。

3．應答器接收電路的設(shè)計

對于接收電路，因能量的問題不能直接采用與閱讀器相同的接收電路，必須考慮低功耗且盡可能簡單的電路。

同閱讀器接收信號一樣，應答器接收的信號亦是根據(jù)天線上能量的變化解調(diào)而得，因此同樣需要經(jīng)過檢波，其檢波電路與天線連接方式如下圖所示。該檢波電路與閱讀器檢波電路相同，各元件功能相同。

檢波后最關(guān)鍵的就是如何設(shè)計低功耗且簡單的電路從檢波信號中獲得所需信號，在此采用了芯片CD4069的一個巧妙用法，見上圖所示。CD4069由6個低功耗CMOS反相器電路組成，在此利用了CMOS電路的傳輸特性，如下圖所示。在其中一個反相器的輸入和輸出端之間并聯(lián)了一個1MΩ的電阻，由于電阻為線性元件，其特性曲線與CMOS電路的傳輸特性曲線交于一點，此點即為該電路的靜態(tài)工作點，如下圖中標注?？梢娫撿o態(tài)工作點處于CMOS電路特性曲線的線性轉(zhuǎn)折區(qū)，只要信號有微小的變化，該電路就會有很高的增益輸出，即實現(xiàn)對信號的放大。再經(jīng)一反相器輸出，使得信號與檢波輸入信號同相同時對信號也起到了一定的整形作用，使得sjjs端送出的信號可直接供單片機讀取。C501為耦合電容。電阻R11用于調(diào)整輸出端靜態(tài)時的電位，上圖中連接方式使其輸出端靜態(tài)時輸出電壓為一負值，調(diào)整了加入信號后所得的脈沖波形．R11大小可根據(jù)所需要的波形來確定（一般是幾兆歐）。

4．應答器發(fā)送電路的設(shè)計

如前所述，本系統(tǒng)利用的調(diào)制模式是負載調(diào)制，為此應答器要實現(xiàn)信號的發(fā)送必須改變自身阻抗的大小，電路設(shè)計如下圖所示。

整個發(fā)送電路僅用了一個NPN型的三極管，通過這個三極管來實現(xiàn)整個應答器負載大小的控制。TZXH端接控制器輸出的調(diào)制信號。當調(diào)制信號為“0”（低電平）時，三極管處于截止狀態(tài)，此時天線的負載等于整個電路的阻抗大小。當調(diào)制信號為“1”（高電平）時，三極管導通，此時天線的兩端等效為接地，大地成為了整個天線的負載，使得電路的Q值降低。正是通過此過程實現(xiàn)了應答器天線從閱讀器天線耦合過來的能量大小的變化，進而實現(xiàn)了負載調(diào)制，完成信號的發(fā)送。

5．控制電路及存儲器的設(shè)計

因應答器一方工作所需的能量全部經(jīng)由天線整流穩(wěn)壓而得到，考慮到天線的效率及整個電路對能量的需求，應答器一方應盡可能地選擇低功耗的芯片。為此應答器部分的控制器在此選擇了功耗較低且電壓工作范圍較大的AT89C2051（2.7V-6V）。其外接晶振同樣選擇6MHz．連接方式同閱讀器。因應答器只有進入閱讀器工作范圍其控制器才能正常工作，故在此單片機只需上電復位即可。另外應答器應具有存儲功能，同樣考慮到能量的問題，在此選用了電壓工作范圍為1.8V—6V的低功耗存儲芯片CAT24WC01。其引腳排列方式如下圖所示。

下圖所示，控制器各引腳具體連接方式為：P3.0口接24C01時鐘控制端SCL，P3.1口接24C01數(shù)據(jù)發(fā)送接收端SDA。P1.5～P1.7分別接24C01的地址控制端AO～A2;P1.4口用于數(shù)據(jù)接收，與應答器接收電路的sjjs端相連；P1.3口用于數(shù)據(jù)發(fā)送，與應答器發(fā)送電路的TZXH端相連；電源Vcc與電源電路Vcc端相連。

結(jié)：通過對應答器的電路系統(tǒng)的設(shè)計研究，并進行了實驗，基本上達到了預期的效果。

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