采用AT89C51設(shè)計(jì)的門禁系統(tǒng)應(yīng)答電路

　　射頻識(shí)別系統(tǒng)主要由閱讀器、天線、應(yīng)答器等硬件設(shè)備和數(shù)據(jù)采集、處理中間件等軟件組成。應(yīng)答器硬件部分在本系統(tǒng)中可具體分為：天線、電源電路、接受和發(fā)送電路、控制電路、存儲(chǔ)器幾部分組成。
　　
　　下面對(duì)組成門禁射頻識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)答器電路設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹。
　　
　　1．應(yīng)答器天線的設(shè)計(jì)
　　
　　與閱讀器天線一樣，應(yīng)答器天線也選用10匝，直徑為6.6cr土0.5cm的線圈來代替。要求應(yīng)答器的天線回路也工作在諧振狀態(tài)。由電感

　　2．應(yīng)答器電源電路的設(shè)計(jì)
　　
　　此系統(tǒng)要求應(yīng)答器為無源的，如前所述整個(gè)應(yīng)答器電路工作所需能最都需從天線獲得，因此電源電路的設(shè)計(jì)就成為應(yīng)答器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在。應(yīng)答器中控制器及外圍電路工作都需要Sv左右直流電源，因此，從天線設(shè)計(jì)得到5v直流電源就成為整個(gè)電源電路設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容，為此電路設(shè)計(jì)如下圖所示。

　　從天線得來的信號(hào)都屬于交流成分，要得到直流成分必須首先經(jīng)過整流橋進(jìn)行整流，且此處因天線工作頻率較高，所以一橋式整流的二極管均應(yīng)選擇高頻二極管。為了得到較為穩(wěn)定的5V電源VCC．在此選用了使用較為方便的可調(diào)分流基準(zhǔn)芯片TIA31。其內(nèi)部含有一個(gè)2.5V的基準(zhǔn)電壓，當(dāng)在REF端引入輸出反饋時(shí)，器件可以通過從陰極到陽極很寬范圍的分流，控制輸出電壓。當(dāng)Rl和R2的阻值確定時(shí)，兩者對(duì)Vo的分壓引入反饋，若Vo增大，反饋量增大，TL43l的分流也就增加，從而又導(dǎo)致Vo下降。
　　
　　顯見，這個(gè)深度的負(fù)反饋電路必然在VI等于基準(zhǔn)電壓處穩(wěn)定．Vo=(l+Rl/R2)VI(ref)。選擇不同的Rl和R2的值可以得到以2.5V到36V范圍內(nèi)的任意電壓輸出。當(dāng)R1=R2時(shí)，Vo=5V。需要注意的是，在選擇電阻時(shí)必須保證TL431工作的必要條件，就是通過陰極的電流要大于1mA。在此選用R1=R2=10kΩ．由式子Vo=(l+Rl/R2)V1(ref)可知vcc可以較為精確地控制為5v，同時(shí)也起到了穩(wěn)壓的作用。

　　3．應(yīng)答器接收電路的設(shè)計(jì)
　　
　　對(duì)于接收電路，因能量的問題不能直接采用與閱讀器相同的接收電路，必須考慮低功耗且盡可能簡(jiǎn)單的電路。
　　
　　同閱讀器接收信號(hào)一樣，應(yīng)答器接收的信號(hào)亦是根據(jù)天線上能量的變化解調(diào)而得，因此同樣需要經(jīng)過檢波，其檢波電路與天線連接方式如下圖所示。該檢波電路與閱讀器檢波電路相同，各元件功能相同。
　　

　　檢波后最關(guān)鍵的就是如何設(shè)計(jì)低功耗且簡(jiǎn)單的電路從檢波信號(hào)中獲得所需信號(hào)，在此采用了芯片CD4069的一個(gè)巧妙用法，見上圖所示。CD4069由6個(gè)低功耗CMOS反相器電路組成，在此利用了CMOS電路的傳輸特性，如下圖所示。在其中一個(gè)反相器的輸入和輸出端之間并聯(lián)了一個(gè)1MΩ的電阻，由于電阻為線性元件，其特性曲線與CMOS電路的傳輸特性曲線交于一點(diǎn)，此點(diǎn)即為該電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，如下圖中標(biāo)注。可見該靜態(tài)工作點(diǎn)處于CMOS電路特性曲線的線性轉(zhuǎn)折區(qū)，只要信號(hào)有微小的變化，該電路就會(huì)有很高的增益輸出，即實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的放大。再經(jīng)一反相器輸出，使得信號(hào)與檢波輸入信號(hào)同相同時(shí)對(duì)信號(hào)也起到了一定的整形作用，使得sjjs端送出的信號(hào)可直接供單片機(jī)讀取。C501為耦合電容。電阻R11用于調(diào)整輸出端靜態(tài)時(shí)的電位，上圖中連接方式使其輸出端靜態(tài)時(shí)輸出電壓為一負(fù)值，調(diào)整了加入信號(hào)后所得的脈沖波形．R11大小可根據(jù)所需要的波形來確定（一般是幾兆歐）。

　　4．應(yīng)答器發(fā)送電路的設(shè)計(jì)
　　
　　如前所述，本系統(tǒng)利用的調(diào)制模式是負(fù)載調(diào)制，為此應(yīng)答器要實(shí)現(xiàn)信號(hào)的發(fā)送必須改變自身阻抗的大小，電路設(shè)計(jì)如下圖所示。
　　
　　整個(gè)發(fā)送電路僅用了一個(gè)NPN型的三極管，通過這個(gè)三極管來實(shí)現(xiàn)整個(gè)應(yīng)答器負(fù)載大小的控制。TZXH端接控制器輸出的調(diào)制信號(hào)。當(dāng)調(diào)制信號(hào)為“0”（低電平）時(shí)，三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)天線的負(fù)載等于整個(gè)電路的阻抗大小。當(dāng)調(diào)制信號(hào)為“1”（高電平）時(shí)，三極管導(dǎo)通，此時(shí)天線的兩端等效為接地，大地成為了整個(gè)天線的負(fù)載，使得電路的Q值降低。正是通過此過程實(shí)現(xiàn)了應(yīng)答器天線從閱讀器天線耦合過來的能量大小的變化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了負(fù)載調(diào)制，完成信號(hào)的發(fā)送。

　　5．控制電路及存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)
　　
　　因應(yīng)答器一方工作所需的能量全部經(jīng)由天線整流穩(wěn)壓而得到，考慮到天線的效率及整個(gè)電路對(duì)能量的需求，應(yīng)答器一方應(yīng)盡可能地選擇低功耗的芯片。為此應(yīng)答器部分的控制器在此選擇了功耗較低且電壓工作范圍較大的AT89C2051(2.7V-6V)。其外接晶振同樣選擇6MHz．連接方式同閱讀器。因應(yīng)答器只有進(jìn)入閱讀器工作范圍其控制器才能正常工作，故在此單片機(jī)只需上電復(fù)位即可。另外應(yīng)答器應(yīng)具有存儲(chǔ)功能，同樣考慮到能量的問題，在此選用了電壓工作范圍為1.8V—6V的低功耗存儲(chǔ)芯片CAT24WC01。其引腳排列方式如下圖所示。

　　
　　下圖所示，控制器各引腳具體連接方式為：P3.0口接24C01時(shí)鐘控制端SCL,P3.1口接24C01數(shù)據(jù)發(fā)送接收端SDA。P1.5～P1.7分別接24C01的地址控制端AO～A2;P1.4口用于數(shù)據(jù)接收，與應(yīng)答器接收電路的sjjs端相連；P1.3口用于數(shù)據(jù)發(fā)送，與應(yīng)答器發(fā)送電路的TZXH端相連；電源Vcc與電源電路Vcc端相連。
　　
　　結(jié)：通過對(duì)應(yīng)答器的電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，基本上達(dá)到了預(yù)期的效果。