基于RFID的學(xué)生考勤系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1．2 射頻卡基站器件U2270B的支撐電路
1．2．1 電源模塊
U2270B的VS(電源)為內(nèi)部電路提供電源，VEXT為天線和外部電路提供電壓。對(duì)于U2270B基站電源有3種設(shè)計(jì)模式：第1種是單電壓供電，即引腳DVS、VEXT、VS、VBall使用5 V電源；第2種是雙電壓供電，即引腳Vs使用5 V電壓，而引腳DVS、VEXT、VBall使用7～8 V電壓；第3種是電池電壓供電，引腳VEXT和Vs由內(nèi)部電池供給，而引腳DVS和VBall使用7~16 V外部電壓，對(duì)于這種供電方式，U2270B的低功耗模式是可供選擇的。該學(xué)生考勤系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用第2種電源供給方案。
1．2．2 頻率設(shè)置
該頻率設(shè)置是U2270B輸出的天線驅(qū)動(dòng)頻率，而天線端子線圈的發(fā)射頻率最終是由線圈回路的電阻、電容決定的，這個(gè)頻率越接近發(fā)射頻率，則發(fā)射功率越強(qiáng)。U2270B的天線驅(qū)動(dòng)頻率可自行設(shè)置，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)頻率設(shè)置是由流入RF端的電流值決定的，而Vs是由內(nèi)部電源供給，所以可以通過(guò)改變Vs端和RF端之間的電阻值進(jìn)行設(shè)定。

經(jīng)過(guò)計(jì)算，設(shè)定的電阻值分別為R8=68 Ω，R9=43 Ω，這樣射頻頻率為125 kHz。
1．2．3 天線模塊
該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的天線模塊只涉及到電容，電阻和線圈，但是對(duì)于各個(gè)元器件的選值是比較精確的。從U2270B的Coil1和Coil2端口出來(lái)經(jīng)電容，電阻和線圈組成一個(gè)IC串聯(lián)諧振選頻回路，其作用就是從眾多頻率中選出有用信號(hào)，濾除或抑制無(wú)用信號(hào)。由串聯(lián)諧振電路的諧振角頻率可知諧振頻率：

當(dāng)從Coil1、Coil2出來(lái)的脈沖滿足該頻率設(shè)置要求后，串聯(lián)諧振電路就會(huì)啟振，在回路兩端產(chǎn)生一個(gè)較高的諧振電壓VL=QVs。其中，Vs為U2270B的Coil1、Coil2端的輸出電壓，線圈兩端的諧振電壓VL一般可能介于200～350 V之間，所以線圈兩端的電容耐壓值要高，熱穩(wěn)定性要好，因此對(duì)諧振回路的電容要求就比較高。當(dāng)諧振電壓達(dá)到一定數(shù)值就會(huì)通過(guò)感應(yīng)電場(chǎng)給應(yīng)答器供電，當(dāng)應(yīng)答器進(jìn)入感應(yīng)電場(chǎng)范圍內(nèi)，應(yīng)答器內(nèi)部電路就會(huì)在諧振脈沖的基礎(chǔ)上進(jìn)行非常微弱的調(diào)幅調(diào)制，再由U2270B讀取。Q為諧振回路的品質(zhì)因數(shù)，用于描述回路的儲(chǔ)能與其耗能之比：

本設(shè)計(jì)中應(yīng)答器標(biāo)簽的頻率為125 kHz，線圈的電感L約1．35 mH，這樣可由式(3)計(jì)算出電容C的容值。另外通過(guò)調(diào)節(jié)電阻R(注意線圈也含有一定的電阻)來(lái)調(diào)節(jié)品質(zhì)因數(shù)Q，改變諧振電壓，提高讀寫(xiě)距離。
1．2．4 數(shù)據(jù)輸入
這里的數(shù)據(jù)輸入是U2270B從天線回路讀回的數(shù)據(jù)?；緩膽?yīng)答器讀入的是經(jīng)過(guò)載波調(diào)制后的信號(hào)，它通過(guò)C7電容耦合輸入到INPUT輸入端，經(jīng)過(guò)低通濾波器、放大器、施密特觸發(fā)器等環(huán)節(jié)后，在OUTPUT端輸出解調(diào)后的信號(hào)。低通濾波器的截止頻率由fosc決定。引腳INPUT的耦合電容C7以及引腳HIPASS的去耦電容C6的值決定解調(diào)電路的高通特性，有利于更進(jìn)一步濾除無(wú)用及干擾信號(hào)。C6和C7的容值隨射頻卡的數(shù)據(jù)傳輸波特率的不同而不同，該學(xué)生考勤系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用的波特率為focs／32，此時(shí)C6，C7分別為100 nF和680 pF。
C6與下限截止頻率fCVT的關(guān)系：

式中，Ri=2．5Ω。
需要注意的是OUTPUT端輸出的信號(hào)只是經(jīng)過(guò)解調(diào)，并沒(méi)有解碼。解碼需要通過(guò)單片機(jī)編程完成。

2 U2270B模塊軟件設(shè)計(jì)
U2270B模塊提供給高層調(diào)用的主要有4個(gè)子函數(shù)，分別為初始化函數(shù)、停止工作函數(shù)、開(kāi)啟函數(shù)和解碼函數(shù)。
1)U2270B初始化函數(shù) U2270B的初始化主要就是將U2270B必要的控制端口提供滿足條件的電平，由于不是馬上開(kāi)始解碼，所以同時(shí)應(yīng)將U2270B停止工作，并且默認(rèn)是125 kHz的解碼。
2)U2270B停止工作函數(shù) 考慮到該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的低功耗和具體功能，只有在光敏電阻中斷被允許或按下“IRQ”鍵時(shí)才調(diào)用一次解碼函數(shù)，在其他情況下一般U2270B處于空閑狀態(tài)。
3)開(kāi)啟U2270B函數(shù) 當(dāng)“開(kāi)始上課”按鈕有效時(shí)，光敏電阻中斷被允許，或者利用“IRO”按鈕使讀卡器從低功耗模式下被喚醒，U2270B處于工作狀態(tài)。
4)U2270B解碼函數(shù) 解碼部分完全由軟件程序?qū)崿F(xiàn)，通過(guò)輸入捕捉接收到的脈沖進(jìn)行解碼，這也是U2270B的不足之處。

3 結(jié)束語(yǔ)
學(xué)生考勤系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心是射頻卡讀寫(xiě)器，而射頻卡讀寫(xiě)器的關(guān)鍵是射頻卡基站器件，該器件主要完成數(shù)據(jù)的調(diào)制、發(fā)射和射頻接收以及數(shù)據(jù)解調(diào)任務(wù)。從射頻識(shí)別卡的使用方便、交易速度快、便于維護(hù)和使用壽命較長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)來(lái)看，射頻識(shí)別卡正在逐漸替代目前廣泛使用的接觸式IC卡。這里所設(shè)計(jì)的學(xué)生考勤系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了方便、快捷、省時(shí)的學(xué)生考勤管理功能。