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基于AT89C2051单片机的门禁系统应答器电路设计

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关键字:
AT89C2051单片机,应答器,门禁系统,射频识别,

射频识别系统主要由阅读器、天线、应答器等硬件设备和数据采集、处理中间件等软件组成。应答器硬件部分在本系统中可具体分为:天线、电源电路、接受和发送电路、控制电路、存储器几部分组成。

下面对组成门禁射频识别系统的应答器电路设计进行介绍。

1.应答器天线的设计

与阅读器天线一样,应答器天线也选用10匝,直径为6.6cr土0.5cm的线圈来代替。要求应答器的天线回路也工作在谐振状态。由电感

基于AT89C2051单片机的门禁系统应答器电路设计

2.应答器电源电路的设计

此系统要求应答器为无源的,如前所述整个应答器电路工作所需能最都需从天线获得,因此电源电路的设计就成为应答器设计的关键所在。应答器中控制器及外围电路工作都需要Sv左右直流电源,因此,从天线设计得到5v直流电源就成为整个电源电路设计的核心内容,为此电路设计如下图所示。

基于AT89C2051单片机的门禁系统应答器电路设计

从天线得来的信号都属于交流成分,要得到直流成分必须首先经过整流桥进行整流,且此处因天线工作频率较高,所以一桥式整流的二极管均应选择高频二极管。为了得到较为稳定的5V电源VCC.在此选用了使用较为方便的可调分流基准芯片TIA31。其内部含有一个2.5V的基准电压,当在REF端引入输出反馈时,器件可以通过从阴极到阳极很宽范围的分流,控制输出电压。当Rl和R2的阻值确定时,两者对Vo的分压引入反馈,若Vo增大,反馈量增大,TL43l的分流也就增加,从而又导致Vo下降。

显见,这个深度的负反馈电路必然在VI等于基准电压处稳定.Vo=(l+Rl/R2)VI(ref)。选择不同的Rl和R2的值可以得到以2.5V到36V范围内的任意电压输出。当R1=R2时,Vo=5V。需要注意的是,在选择电阻时必须保证TL431工作的必要条件,就是通过阴极的电流要大于1mA。在此选用R1=R2=10kΩ.由式子Vo=(l+Rl/R2)V1(ref)可知vcc可以较为精确地控制为5v,同时也起到了稳压的作用。

3.应答器接收电路的设计

对于接收电路,因能量的问题不能直接采用与阅读器相同的接收电路,必须考虑低功耗且尽可能简单的电路。

同阅读器接收信号一样,应答器接收的信号亦是根据天线上能量的变化解调而得,因此同样需要经过检波,其检波电路与天线连接方式如下图所示。该检波电路与阅读器检波电路相同,各元件功能相同。

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检波后最关键的就是如何设计低功耗且简单的电路从检波信号中获得所需信号,在此采用了芯片CD4069的一个巧妙用法,见上图所示。CD4069由6个低功耗CMOS反相器电路组成,在此利用了CMOS电路的传输特性,如下图所示。在其中一个反相器的输入和输出端之间并联了一个1MΩ的电阻,由于电阻为线性元件,其特性曲线与CMOS电路的传输特性曲线交于一点,此点即为该电路的静态工作点,如下图中标注。可见该静态工作点处于CMOS电路特性曲线的线性转折区,只要信号有微小的变化,该电路就会有很高的增益输出,即实现对信号的放大。再经一反相器输出,使得信号与检波输入信号同相同时对信号也起到了一定的整形作用,使得sjjs端送出的信号可直接供单片机读取。C501为耦合电容。电阻R11用于调整输出端静态时的电位,上图中连接方式使其输出端静态时输出电压为一负值,调整了加入信号后所得的脉冲波形.R11大小可根据所需要的波形来确定(一般是几兆欧)。

基于AT89C2051单片机的门禁系统应答器电路设计

4.应答器发送电路的设计

如前所述,本系统利用的调制模式是负载调制,为此应答器要实现信号的发送必须改变自身阻抗的大小,电路设计如下图所示。

整个发送电路仅用了一个NPN型的三极管,通过这个三极管来实现整个应答器负载大小的控制。TZXH端接控制器输出的调制信号。当调制信号为“0”(低电平)时,三极管处于截止状态,此时天线的负载等于整个电路的阻抗大小。当调制信号为“1”(高电平)时,三极管导通,此时天线的两端等效为接地,大地成为了整个天线的负载,使得电路的Q值降低。正是通过此过程实现了应答器天线从阅读器天线耦合过来的能量大小的变化,进而实现了负载调制,完成信号的发送。

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5.控制电路及存储器的设计

因应答器一方工作所需的能量全部经由天线整流稳压而得到,考虑到天线的效率及整个电路对能量的需求,应答器一方应尽可能地选择低功耗的芯片。为此应答器部分的控制器在此选择了功耗较低且电压工作范围较大的AT89C2051(2.7V-6V)。其外接晶振同样选择6MHz.连接方式同阅读器。因应答器只有进入阅读器工作范围其控制器才能正常工作,故在此单片机只需上电复位即可。另外应答器应具有存储功能,同样考虑到能量的问题,在此选用了电压工作范围为1.8V—6V的低功耗存储芯片CAT24WC01。其引脚排列方式如下图所示。

基于AT89C2051单片机的门禁系统应答器电路设计

下图所示,控制器各引脚具体连接方式为:P3.0口接24C01时钟控制端SCL,P3.1口接24C01数据发送接收端SDA。P1.5~P1.7分别接24C01的地址控制端AO~A2;P1.4口用于数据接收,与应答器接收电路的sjjs端相连;P1.3口用于数据发送,与应答器发送电路的TZXH端相连;电源Vcc与电源电路Vcc端相连。

结:通过对应答器的电路系统的设计研究,并进行了实验,基本上达到了预期的效果。

基于AT89C2051单片机的门禁系统应答器电路设计


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来源:21ic   作者:佚名  2019/11/13 16:21:00
栏目: [ 51单片机的应用]

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