2022年采用射频识别技术的门禁系统电路设计 .pdf

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1、采用射频识别技术的门禁系统电路设计The Design of the Gate-Ban System Based on RF ID南华大学电气工程学院(湖南衡阳421001)黄智伟陈和 【摘要】简要介绍了TEM IC 公司的 e5550 射频识别集成电路、 U 2270B 读 写基站集成电路、 微控制器芯片M 44C260 和电控锁构成的非接触门禁系统电路及电路设计中应注意的一些问题 。关键词 : 射频识别 , 门禁, 非接触控制 , 微控制器【Abstract】 T his paper introduced the Gate2ban system based on the RF I D in

2、tegratedcircu it IC e5550, the read w rite base station integrated circu it U 2270B, the m icrocontro llerM 44C260 of TEM IC Corpo ration and the electrocon tro l lock.Some po ints for atten tion ofthe design circu it are also given.Keywords : RF ID , gate-ban, untouched control , m icrocontroller1引

3、言文中介绍的非接触门禁控制系统采用了RF ID(射频识别 ) 技术 , 系统由可读写应答器 、 读写基站和电控锁三部分组成, 可用于出入口管理和汽车防盗等安防领域 。2系统组成及工作原理系统的应答器采用T EM IC半导体公司的用于射频识别 、具有可读写功能的I D IC (识别集成电路 )e5550、读 写基站由专用芯片IC U 2270B 和微控制器芯片M 44C260 组成。 电控锁选用宏泰公司的电控机械两用电控锁 。 系统工作时 , 读 写基站发出 RF 信号 , 产生应答器所需电源, 应答器产生应答信号。 当应答器中的数据如用户密码、 使用权限 (时间、 次数 ) 等与基站中存储的数

4、据相符时, 门禁系统开启。 系统工作时 , 应答器与基站的通信有两个信号通道 : 一个是能量传输通道, 另一个是信号传输通道。 能量传输通道是单向的, 由基站产生给应答器供电的电磁场 ; 信号传输通道是双向的, 由基站向应答器传输的信息为 “写” , 反方向为“读” 。2. 1读 写应答器读 写应答器由ID ICe5550、 电感线圈和电容组成, 电路如图 1 所示。 e5550 是用于射频识别的、 可读 写的 ID IC, SO8 封装。 芯片内包含模拟前端、 控制器、 高压发生器 、 调制器和存储器等电路。 模拟前端产生芯片所需要的电源, 并处理与读写基站 (阅读器) 之间的双向数据通信。

5、存储器由264 位 EEP2ROM 组成 , 分成 8 个区 , 每个区 33 位, 编程电图 1读 写应答器压 (18V )由高压发生器提供。 存储器 0 区包含模式数据, 一般不被传送 ; 1 6 区是用户数据区, 可自由编程; 7 区可用作为口令保护, 也可作为用户数据区使用。 调制器由多个数据编码器组成, 可将它们组合获得所需的调制, 基本的调制类型有FSK、 PSK、二相编码或曼彻斯特编码等, 本设计选用曼彻斯特编码调制方式 。 控制器完成数据的读写编程等控制操作, 使用时 , e5550 通过外接的 LC 回路接收来自读写基站的RF信号 , 经过芯片内部的电源电路处理为芯片提供电源

6、。 通过芯片内部的阻尼负载, 片内EEPROM中的数据被读入读写基站 , 并以一个特殊的方式中断R F 场, 读 写基站可将数据写入片内EEPROM中。用户数据包括用户密码、 权限、优先级别、 进入时间段 、 进入次数等,用户可根据需要进行编程 。?15?电子工程师微电 子 与 基 础 产 品V ol. 27N o. 4 2001收稿日期: 20010223名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 3 页 - - - - - - - - - 图 2读写基站 (阅读器

7、 ) 电路2. 2读 写基站读 写基站由读写基站IC U 2270B 和微控制器M 44C260 和 电 控 锁 组 成, 电 路 如 图 2 所 示。U 2270B 是 ID IC 读 写基站专用芯片, 芯片内含有一个由片上电源、振荡器和线圈激励器组成的为应答器供电的能量转换电路和一个将微小输入信号变为微控制器所需信号所必需的全部信号处理电路。它采用 SO16 封装 , 各引脚功能如表1 所示。微控制表 1U 2270B引脚功能引脚符号功能1GND地2Output数据输出3O E数据输出使能4Input数据输入5M S模式选择6CFE载波频率使能7DGND激励器地8CO IL 2线圈激励器2

8、9CO IL 1线圈激励器110V EXT外部电源11DV S激励器电源电压12VBatt电池电压13Standby备用输入14V S内部电源15RF频率调节16H IPA SSDC去耦器M 44C260 是TEM IC半 导 体 公 司 生 产 的M A RC444 位微处理器系列中的一个专为遥控、保安和访问控制应用而优化设计的产品, 具有宽的工作电压( 2 . 4V 5 . 5 V ) 和极小的电流消耗(IDD有效 1mA , 睡眠 (3 V ) 1 A ) 增加了机动应用系统中电池的寿命 。 采用 D IT、 SSO20 或 SSO28 封装。 片内含有 4Kb itROM , 256x

9、4RAM , 128 位 EEPROM , 18个可编程I O 口, 6 个中断源 、32kHz 晶振。 在片的128 位 EEPROM提供了存储 、 交换标识和保密码能力, 用户数据保存在EEPROM 中。在片的多功能定时器 计数器提供多种直接信号产生方式,如曼切斯特调制 、双相调制等, 本设计选用曼切斯特编码方式。 系统工作时 ,M 44C260 将 U 2270B 输入数据与存储在EEPROM中的数据进行比较, 若相符 , 则输出控制信号使电控锁开启。3系统设计时应注意的一些问题系统在设计时应注意以下几个问题:(1) 频率匹配在R FID系统中有两个L C电路 : 基站线圈和连接电容组成

10、的L C 电路以及应答器线圈和连接电容组成的LC电路。 在单线圈系统中, 要求两个L C电路调谐在相同的谐振频率上。 如果基站 (阅读器 )和应答器的的谐振频率不匹配, 零调制就会产生, 从而降低系统的性能, 因为在系统设计成型后, 天线的电感是固定的, 增加和减少L C 电路中的电容可以调整电路的谐振频率。(2) 优化耦合因子耦合因子为阅读器基站的电磁场产生线圈和应答器线圈之间的耦合, 耦合因子取决于系统的结构参数, 如线圈直径 、 距离和线圈方向 。优化耦合因子将对能量传输通道和信号传输通道有利。阅读器基站天线是由一个电感、一个电容和一个电阻组成的串联谐振电路, 其特性用谐振频率f0和Q因

11、子表示 ,f0是 RFI D 系统的工作频率, 本设计选择f0= 125kH z;Q因子 (QR) 与天线的带宽B和谐振频率f0存在如下关系 :B=f0QR。较高的Q值会得到较高的阅读器天线电压, 因而可增加应答器的能量传输 。 较高Q值的缺点是减小了天线带?25?黄智伟 , 等: 采用射频识别技术的门禁系统电路设计名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 3 页 - - - - - - - - - 宽, 较小的天线带宽可能会减小所感应的应答器的数据信号电压 。耦合

12、因子直接影响基站与应答器的读写距离 。 为确定耦合因子可利用TEM IC 公司提供的试验应答线圈及电路进行测试。(3)应答器的设置利用 T EM IC 公司提供的I D IC 演示板和ID IC演示软件 (I D S) 能够完成ID IC 的设置 , 演示板和演示软件需要PC 机支持 。 演示软件(ID S) 适用于T EM IC 公司所有类型的应答器, 应答器的性能以及功能均可通过一个程序进行控制。 确定应答器型号后 , 软件可自动地选出被那种应答器所支持的性能。 用演示板可以读应答器、 写数据到应答器 、 设置应答器的不同工作模式。 设计者可根据PC 机显示器上的提示完成所需的操作。 例如

13、:选择菜单项 “Settings. . . . . . Setup” 即可出现5550 设置对话框 , 该框允许设置: 比特率 、 特征位 、用户首标 、 调制编码和时钟频率等参数。 应该注意的是 0 区的锁定位 ,设置该位可将调制类型、 比特率等锁定 , 不可再改变 。选 择 菜 单 项“W riteT ransponder. . . . Pro2gram m emory”则出现 5550 设置对话框 , 5550 所有存储器均可被编程, 输入数据用16 进制。 应该注意的是 : 编程时需要高的场强, 应答器应尽量靠近基站线圈。 为保护数据不被改写, 可利用锁住特性, 应注意锁住特性是不可逆

14、的。5550 的口令功能能保护存储的数据, 避免未经许可或意外的编程。选择“Setting. . . . . . Setup” 并选择 “pass word” , 将应答器放置在基站线圈附近, 并选择 “Configu re” ,应答器就被设置在口令模式。 选择菜单项“W rite T ransponder. . . . . . Pass w ord mode”并选择“Pass w ord enable” , 即可激活口令模式, 输入应答器的有效口令。 应该注意的是 : 在系统设计期间, 要小心使用这一功能。(4)M 44C260 的开发M 44C260 的开发利用TEM IC公司的M A R

15、C 4开发工具完成,M A RC 4 开发工具包括 : 集成软件包SDS2 和目标应用接口板。集成软件包包括: 免费提供的 qFORTH 软件库 、软件仿真器、高度优化的qFOR TH 编译器和用户目标应用系统标准软件模块 等。 目标应用接口板可完成实时仿真。 由于在M A RC4 内 核 开 发 过 程 中, 选 择 了 高 级 语 言qFRO TH 编程 , 可缩短软件开发时间, 在开发过程中, 使用者也可自行创建和增加软件子程序库, 以进一步降低开发成本和时间。4结束语实 验 表 明: 采 用 TEM IC公 司 的e5550、U 2270B、 M 44C260 芯片和电控锁构成的门禁系

16、统结构简单 、性能稳定可靠, 典型距离在0 10cm范围, 可广泛应用于出入口管理和汽车防盗等安全防范领域 , 如需扩大识别距离可采用外接晶体管放大电路完成 。 本系统采用的是读写应答器 , 如需对应答器进行加密操作, 可选用5560 读 写 加密应答ID IC。参考文献1白晓梅,宋汝江,梅平萍.非接触控制系统集成电路原理及设计方案 M.北京:兵器工业出版社, 1999年5月第1版?元器件推荐?超小型S OT 2328封装的全新双路微功耗比较器M A X 9075 M A X 9077微功耗比较器仅需3A即可获得540ns的传输延迟 。 它工作于单电源+ 2. 1V至+ 5 . 5 V ,采用

17、超小型封装,比业界其它任何微功耗比较器具有更优的速度功耗比,这对于各种便携式应用是非常理想的。这两款比较器还可提供满幅输出和地电平检测输入。 单比 较器M A X 9075采用超小型的SC7025封装(尺寸约占SOT 2325的 一 半) ,双 比 较 器M A X9077为 节 省 空 间 的SOT2328封装。?元器件推荐?单片S OT 23封装的新型比较器+精密基准M A X 90402M A X 9043和M A X 90502M A X 9053用 于 精密电池监视非常理想。 它们结合了微功耗比较器和+ 2 .048V或+2 .5 V精 密 基 准,并 封 装 于 极 为 节 省 空 间 的SOT 23或 M A X封装。 比较器具有300ns的传输延迟 、 超电源幅度的输入和满幅输出。 基准具有最大0 . 4%的初始精度和30ppm的温漂 。 它们工作于单电源+ 2 . 7V至+ 5 .5 V ,耗电仅55A(M A X 9040 M A X 9041)。?35?电子工程师微电 子 与 基 础 产 品V ol. 27N o. 4 2001名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 3 页 - - - - - - - - -