基于1T单片机的电子标签销码器

0 引言

电子标签在现代超市、图书馆、仓储等公共流通部门的防盗系统中应用越来越广泛。电子标签及其销码本质为一种射频识别(RFID)系统，其工作方式为非接触式，是利用射频信号及其空间耦合、传输特性，对静止的或移动中的待识别物品进行自动识别，有快捷、方便等优点。本设计以单片机STC12C2052AD为核心，应用NE546锁相环等芯片，以及频率合成、高频小信号检测等技术，制作的电子标签销码器具有较高的可靠性和实际应用价值。

1 系统硬件设计

RFID系统一般由电子标签和阅读器两部分组成。应用中，电子标签附着在待识别的物品上，阅读器用于当附着电子标签的待识别物品通过其读出范围时，以无接触的方式自动将电子标签中的约定识别信息取出，从而实现自动识别物品或自动收集物品标识信息的功能。

RFID是运用L-C振荡回路工作的。该振荡回路调到一个规定的谐振频率fH。现代系统中采用在商品铭牌薄膜的导体上蚀刻应答器线圈，生产的电容器片中间的绝缘薄膜使用10μm厚。将振荡回路移入到交变磁场附近，如果交变磁场的频率fG与振荡回路的谐振频率fH相吻合，振荡回路产生谐振，从交变磁场获取能量。因此，振荡线圈上的振荡过程，可以根据交变磁场中振荡线圈的短时电压或电流变化得到。这种线圈电流的短时上升(或者线圈电压短时下降)被直观地称作降落(Dip)。

这种Dip的相对强度主要取决于两个线圈接近的速度，为了保证可靠地识别粘贴在产品上的应答器振荡回路，需要获得一个尽可能明显的Dip，可采用产生的磁场频率不是恒定的，而是扫描的。使振荡器频率不断扫过最大和最小频率之间的范围，如果扫描的振荡器频率正好命中了(应答器里振荡回路的)fH，则振荡回路就开始起振，并由此在振荡器线圈的电源电流中产生一个明显的Dip，从而检测到电子标签。为了在付款处不揭下电子标签，收银员收款后将被保护的产品放到一个装置(电子标签销码器)上，该装置产生一个足够强的磁场，其感应电压能使电子标签的薄膜电容击穿，破坏振荡回路，使振荡回路在扫描频率的范围内不会产生谐振，这样，被保护的产品就检测不到。

电子标签销码器的主要技术指标有：1)能识别电子标签，能对电子标签去活化处理。2)电子标签谐振频率：8.2MHz+10%。3)扫描频率：90Hz。4)最大工作速度：40枚/s。5)最大工作距离：50cm。

电子标签销码器构成的框图如图1所示。由扫描频率产生电路、功率放大与发射电路、检测电路、单片机控制电路和报警电路构成。

1.1 扫描电路

扫描电路采用高频模拟锁相环NE564构成，NE564的最高工作频率可达50MHz，采用+5V单电源供电，特别适用于高速数字通信中FM信号及FSK(移频键控)信号的调制、解调，无需外接复杂的滤波器。利用NE564的调频功能，先让其工作在一个固定频率，再利用其调频特性进行频率的扫描。通过单片机的P3.7脚输出占空比周期变化的PWM电压，经过电阻R30、R31和电容C30、C31滤波，运放LM324构成的差动放大器后产生的调制信号电压，输入到NE564的FM端，从而控制NE564的输出频率。使扫描频率以8.2MHz为中心频率，左右频偏10%，且通过扫描方式(90Hz扫描)，步进128步来完成7.38～9.02MHz频率的产生。扫描电路如图2所示。

1.2 功率放大与发射电路

功率放大电路采用宽带变压器耦合回路。宽带变压器用高频磁芯绕制的高频变压器和传输线变压器。宽带功率放大器不需要调谐回路，可在很宽的频率范围内获得线性放大。发射电路通过天线发射无线电波，无线电波的发射与接收依靠天线来完成。扫频电路输出的以8.2MHz为中心频率，左右频偏10%的信号由功率放大与发射电路的WAVE端输入，经过Q1放大和高频变压器T1耦合后送到发射天线，向规定的方向发射无线电波，同时天线还用来接收无线电波，并把接收无线电波还原为高频电流。功率放大与发射电路如图3所示。

1.3 检测电路

当电子标签谐振时，天线上会出现一个Dip点。检测电路的任务就是在天线中的众多频率中检测出这一特殊频率，并将其转换成单片机的外部中断电平。但在工程中，对Dip点检测比较困难，但检测电子标签产生谐振时发射产生的二次谐波较容易实现。将一个电子标签放入具有能使其产生谐振(8.2MHz)频率的范围内，在电子标签产生谐振时，它产生的二次谐波会向反方向发射，接收器可以检测到，用二次谐波频率产生的信号能使报警设备启动。检测电路主要由接收天线、带通滤波电路、放大电路、电平转换电路组成。接收天线用于接收高次谐波，带通滤波电路用来取出二次谐波分量，电平转换电路用来把交流分量转变成直流分量送至单片机作中断请求信号。在系统检测时单片机会发出一组控制信号控制HC4066开、关发射电路和检测电路。检测信号通过FI0和FI1进入检测电路，通过二极管IN4148限幅和OP37组成的二阶带通滤波器，二次谐波分量输出带宽在14～18MHz。该信号再通过Q6构成的谐振放大电路放大，得到所需的谐波分量，经电平转换电路整形输出直流电压控制单片机检测中断产生。检测电路如图4所示。

1.4 单片机控制电路

STC12C2052AD单片机采用增强型8051内核，1个时钟及1个机器周期(1T单片机)，速度比普通8051快8～12倍。工作频率0～35MHz，片内8k字节Flash程序存储器，擦写次数1097次以上，片内256字节RAM数据存储器，2个硬件16位定时器，1个全双工异步串行口，2路PWM输出，8路A/D转换。具有高速、低功耗、超强抗干扰等优点，是目前同类技术中性价比较高的产品。单片机系统内部采用定时器的定时中断来控制模拟开关HC4066，实现发射和检测的控制。单片机的P3.7脚输出占空比周期变化的PWM电压用以产生周期扫描频率;一旦系统检测到报警物的存在，通过INT0使单片机产生中断，单片机的P1.7脚输出低电平，打开功率管Q2，加大发射功率击穿电子标签中的电容，并在P1.2脚输出高电平，使蜂鸣器发声报警。单片机控制电路如图2所示。

2 软件设计

STC12C2052AD软件部分的设计基于嵌入式C语言，采用模块化程序结构。包括主程序、系统初始化子程序、控制功能子程序、检测子程序、占空比周期变化的PWM子程序。

主程序是电子标签销码器的核心程序，在测试系统开始工作后，程序保持在主程序中循环运行，根据不同需要对其它功能子程序进行调用，调用完毕后，程序返回主程序继续进行循环。主程序流程图如图5所示。系统初始化子程序主要完成系统初始化工作，包括引脚配置初始化、定时器初始化、中断初始化、系统参数初始化等。控制功能子程序使控制系统按照功能要求正常工作。检测子程序完成电子标签的检测和击穿电子标签。占空比周期变化的PWM子程序用来控制产生扫描频率。主程序流程图如图5所示。

3 结论

RFID采用无接触读写，可同时识别多个物体，有较好的抗干扰能力和保密性能，这些方面都是条形码无法比拟的，随着信息化水平的不断提高，RFID技术有着广阔的应用前景和巨大商机。