射频卡基站器件U2270B的支撑电路 - 基于RFID的学生考勤系统设计

1．2 射频卡基站器件U2270B的支撑电路

1．2．1 电源模块

　　U2270B的VS(电源)为内部电路提供电源，VEXT为天线和外部电路提供电压。对于U2270B基站电源有3种设计模式：第1种是单电压供电，即引脚DVS、VEXT、VS、VBall使用5 V电源；第2种是双电压供电，即引脚Vs使用5 V电压，而引脚DVS、VEXT、VBall使用7～8 V电压；第3种是电池电压供电，引脚VEXT和Vs由内部电池供给，而引脚DVS和VBall使用7~16 V外部电压，对于这种供电方式，U2270B的低功耗模式是可供选择的。该学生考勤系统设计采用第2种电源供给方案。

1．2．2 频率设置

　　该频率设置是U2270B输出的天线驱动频率，而天线端子线圈的发射频率最终是由线圈回路的电阻、电容决定的，这个频率越接近发射频率，则发射功率越强。 U2270B的天线驱动频率可自行设置，该系统设计频率设置是由流入RF端的电流值决定的，而Vs是由内部电源供给，所以可以通过改变Vs端和RF端之间的电阻值进行设定。

 

　　经过计算，设定的电阻值分别为R8=68 Ω，R9=43 Ω，这样射频频率为125 kHz。

1．2．3 天线模块

　　该系统设计的天线模块只涉及到电容，电阻和线圈，但是对于各个元器件的选值是比较精确的。从U2270B的Coil1和Coil2端口出来经电容，电阻和线圈组成一个IC串联谐振选频回路，其作用就是从众多频率中选出有用信号，滤除或抑制无用信号。由串联谐振电路的谐振角频率可知谐振频率：

 

　　当从Coil1、Coil2出来的脉冲满足该频率设置要求后，串联谐振电路就会启振，在回路两端产生一个较高的谐振电压VL=QVs。其中，Vs为 U2270B的Coil1、Coil2端的输出电压，线圈两端的谐振电压VL一般可能介于200～350 V之间，所以线圈两端的电容耐压值要高，热稳定性要好，因此对谐振回路的电容要求就比较高。当谐振电压达到一定数值就会通过感应电场给应答器供电，当应答器进入感应电场范围内，应答器内部电路就会在谐振脉冲的基础上进行非常微弱的调幅调制，再由U2270B读取。Q为谐振回路的品质因数，用于描述回路的储能与其耗能之比：

 

　　本设计中应答器标签的频率为125 kHz，线圈的电感L约1．35 mH，这样可由式(3)计算出电容C的容值。另外通过调节电阻R(注意线圈也含有一定的电阻)来调节品质因数Q，改变谐振电压，提高读写距离。

1．2．4 数据输入

　　这里的数据输入是U2270B从天线回路读回的数据。基站从应答器读入的是经过载波调制后的信号，它通过C7电容耦合输入到INPUT输入端，经过低通滤波器、放大器、施密特触发器等环节后，在OUTPUT端输出解调后的信号。低通滤波器的截止频率由fosc决定。引脚INPUT的耦合电容C7以及引脚 HIPASS的去耦电容C6的值决定解调电路的高通特性，有利于更进一步滤除无用及干扰信号。C6和C7的容值随射频卡的数据传输波特率的不同而不同，该学生考勤系统设计采用的波特率为focs／32，此时C6，C7分别为100 nF和680 pF。

　　C6与下限截止频率fCVT的关系：

 

　　式中，Ri=2．5Ω。

　　需要注意的是OUTPUT端输出的信号只是经过解调，并没有解码。解码需要通过单片机编程完成。

2 U2270B模块软件设计

　　U2270B模块提供给高层调用的主要有4个子函数，分别为初始化函数、停止工作函数、开启函数和解码函数。

　　1)U2270B初始化函数 U2270B的初始化主要就是将U2270B必要的控制端口提供满足条件的电平，由于不是马上开始解码，所以同时应将U2270B停止工作，并且默认是125 kHz的解码。

　　2)U2270B停止工作函数考虑到该系统设计的低功耗和具体功能，只有在光敏电阻中断被允许或按下“IRQ”键时才调用一次解码函数，在其他情况下一般U2270B处于空闲状态。

　　3)开启U2270B函数当“开始上课”按钮有效时，光敏电阻中断被允许，或者利用“IRO”按钮使读卡器从低功耗模式下被唤醒，U2270B处于工作状态。

　　4)U2270B解码函数解码部分完全由软件程序实现，通过输入捕捉接收到的脉冲进行解码，这也是U2270B的不足之处。

3 结束语

　　学生考勤系统设计的核心是射频卡读写器，而射频卡读写器的关键是射频卡基站器件，该器件主要完成数据的调制、发射和射频接收以及数据解调任务。从射频识别卡的使用方便、交易速度快、便于维护和使用寿命较长等优点来看，射频识别卡正在逐渐替代目前广泛使用的接触式IC卡。这里所设计的学生考勤系统实现了方便、快捷、省时的学生考勤管理功能。