基于RFID技術的體育應答器結構分析

（陜西財經職業技術學院，咸陽，712000）

基于RFID技術的體育應答器結構分析

袁永彥

（陜西財經職業技術學院，咸陽，712000）

文章分析了RFID體育應答器的內部結構，RFID應答器的調制方式的選擇、控制芯片的選擇、載波頻率的選擇，并對應答器的總電路、電源電路、檢波電路、ASK調制電路進行了分析。

RIDF；ATmega168V；應答器

RFID技術是一種無線射頻識別技術，非接觸式的識別技術，基本原理是電磁理論，利用電磁能量實現自動識別與數據的采集技術，RFID系統由應答器、閱讀器和應用軟件三部分組成，閱讀器不斷發射在其覆蓋的區域內發射無線信號，運動員攜帶應答器，當他們進入信號的區域范圍內被激活，將保存在應答器內部的運動員信息發給閱讀器，閱讀器收到這些數據信息后，就可以將運動員的一切信息及周邊的情況發送給應用軟件，在反饋到計算機上。

1 RFID體育應答器的內部結構圖

應答器的主要作用就是在接收到無線信號后，把存儲的信息傳出，應答器的內部結構圖如下圖1所示：

圖1 應答器內部結構圖

應答器的主要作用使是接收信號和發送存儲的信息，應答器主要是接收需要的頻帶上的中心頻率，這個頻率位于一個固定的頻率f0上，經過窄帶濾波器濾波后，獲取需要的頻帶，然后將芯片上存儲的信息發送發給閱讀器。

2 應答器結構

2.1 調制方式的選擇

在近距離內傳輸信息，必須首先要選擇基帶數字信號，在遠距離內尤其是在無線和光纖信道上傳輸信息時，必須要將信號頻譜經過調制搬移到高頻處，才能在信道中傳輸，所以調制對系統傳輸的有效性和可靠性影響很大。傳輸信號有三中基本的調制方式：相移鍵控（PSK）、頻移鍵控（FSK）和幅移鍵控（ASK），這三種調制方式分別對應載波相位、頻率和幅度來傳遞數字基帶信號。從功率利用率和頻帶利用率兩方面來說，通常選擇PSK系統，在中速和高速的數據傳輸中PSK調制方式應用廣泛。本應答器存儲固定信息為無源應答器，耦合線圈得到的能量低，ASK的調解易實現，耗能小，所以ASK系統適合在應答器中使用。

2.2 控制芯片的選擇

應答器的控制芯片要求耗能低并有一定的內存，體育應答器的控制芯片選擇ATmega168V數據吞吐率可以達到1MIPS/MHz，功耗很低，是一個8位CMOS的微控制器，是AVR增強型、RISC結構的微控制器。ATmega168V含有的片內SRAM的1K字節和的系統內的可編程Flash的16K字節還有的512字節；同時還有兩個8位和一個16位定時器/計數器；一個串行的USART接口、8路10位的A/D轉換端口、六路PWM輸出和23個I/O口線可被編程；其工作電壓范圍是為1.8-5.5V；工作速度的等級為0-4MHz；極低功耗：片上自帶的EEPROM可以按字節擦寫，可擦寫的FLASH，模擬比較器，功耗極低小于300μA，ATmega168V具有1KB可以按字節讀寫的EEPROM，操作很的方便，還有具有Flash的自編功能，當1KB EEPROM存滿數據可以轉存到Flash內。

2.3 載波頻率

圖2 應答器的總電路圖

載波頻率也稱為基頻，就是在傳輸時，信號并不是直接傳輸的，而是把信號加載在一個固定頻率的波上，這種固定頻率的波稱為載波頻率，從嚴格的意義上來講，就是要把一個相對較低的信號頻率通過解調，調制到一個相對較高的頻率上，這種頻率被低頻調制到較高頻率的就稱為載波頻率。

載波頻率分為低頻、高頻和超高頻，低頻載波頻率一般小于150KHz，其優點就是標準的CMOS工藝、技術很簡單而且可靠成熟、沒有頻率的限制，缺點就是通訊速度低，天線尺寸大，工作的距離短一般小于10cm，高頻的載波頻率在13.56MHz左右，與標準的CMOS工藝兼容，主要是通過近場的電磁耦合方式進行通訊，距離較近，一般在75cm左右，無線的尺寸大、容易受金屬材料等的影響。比如我們的二代證，北京公交卡等都應用高頻的載波頻率；超高頻的波頻率在860MHz - 960MHz，其優點是工作距離長大于1m，無線尺寸小，可以繞開障礙物無需保持視線的接觸，可以進行定向識別，但是受某些材料的影響較大，應用在世博會門票、倉庫管理方面、奧運會門票、物流管理管理及監獄人員的管理等方面，基于上面這些論述應答器載波頻率選擇超高頻。

3 電路分析

應答器的電路主要有電源諧振線圈電路、ASK調制電路、檢波電路等幾部分組成。

3.1 電源電路

應答器的電源是從諧振線圈所獲得的，應答器電路的調制信號，它是從單片機的引出的，并接入到三級管的基極所實現調制的。在這個系統里，其原理就是諧振線圈接收到的交流電壓通過橋式整流電路整流成單方向的脈動直流電壓，再通過磁環繞制的電感和一系列各種不同容量的電容，進行電源的濾波，從而使輸出的電壓平滑，最后再利用一個穩壓二極管，它的作用就是限制經過濾波后輸出的電壓不超過單片機所承受的最大電壓，從而保證單片機的安全，不被高壓燒壞。

3.2 檢波電路

應答器的檢波電路就是在線圈的兩端利用兩個二極管來進行檢波，將檢波器的輸出先供給單片機內比較器的負輸入端，與此同時將電源也降壓0.5v，然后后作為比較器基準供給單片機內比較器的正輸入端，從而實現基帶信號的整形。

3.3 ASK調制電路

單片機的信號通過限流電阻加在基極上，并控制諧振線圈的短路、開路，從而實現ASK的調制。

3.4 應答器的電路圖

綜上所述，應答器的總電路圖如圖2所示：

4 總結

RFID的應用越廣泛，高新技術給人們帶來越來越多的便利。RFID應答器的應用也越來越廣泛，本文主要分析了應答器的整體結構，應答器的調制方式選為ASK，是因為其功耗低，易實現ASK的解調，控制芯片選擇了ATmega168V ，功耗低，內存具有1KB EEPROM，EEPROM可以按字節讀寫，操作十分方便，ATmega168V還具有Flash的自編功能，載波頻率使用超高頻，適應于較遠距離的識別，還分析了應答器的線路。RFID體育應答器將更好的為體育事業服務。

高樹靜.低成本無源RFID安全關鍵技術研究[D].山東大學,2013

袁永彥，男，1981年10月，講師，體育教育與運動訓練學

Sports transponder-based structural analysis of RFID technology

Yuan Yongyan
(Shaanxi Vocational and Technical College of Finance and Economics，Xianyang，712000)

The article analyzes the internal structure of the RFID transponder Physical select RFID transponder modulation scheme,control chip selection,selecting a carrier frequency and the total circuit of the transponder,the power supply circuit,detection circuit,ASK modulation circuit analyzes.

RIDF;ATmega168V;transponder