基于RFID技术的体育应答器结构分析

（陕西财经职业技术学院，咸阳，712000）

基于RFID技术的体育应答器结构分析

袁永彦

（陕西财经职业技术学院，咸阳，712000）

文章分析了RFID体育应答器的内部结构，RFID应答器的调制方式的选择、控制芯片的选择、载波频率的选择，并对应答器的总电路、电源电路、检波电路、ASK调制电路进行了分析。

RIDF；ATmega168V；应答器

RFID技术是一种无线射频识别技术，非接触式的识别技术，基本原理是电磁理论，利用电磁能量实现自动识别与数据的采集技术，RFID系统由应答器、阅读器和应用软件三部分组成，阅读器不断发射在其覆盖的区域内发射无线信号，运动员携带应答器，当他们进入信号的区域范围内被激活，将保存在应答器内部的运动员信息发给阅读器，阅读器收到这些数据信息后，就可以将运动员的一切信息及周边的情况发送给应用软件，在反馈到计算机上。

1 RFID体育应答器的内部结构图

应答器的主要作用就是在接收到无线信号后，把存储的信息传出，应答器的内部结构图如下图1所示：

图1 应答器内部结构图

应答器的主要作用使是接收信号和发送存储的信息，应答器主要是接收需要的频带上的中心频率，这个频率位于一个固定的频率f0上，经过窄带滤波器滤波后，获取需要的频带，然后将芯片上存储的信息发送发给阅读器。

2 应答器结构

2.1 调制方式的选择

在近距离内传输信息，必须首先要选择基带数字信号，在远距离内尤其是在无线和光纤信道上传输信息时，必须要将信号频谱经过调制搬移到高频处，才能在信道中传输，所以调制对系统传输的有效性和可靠性影响很大。传输信号有三中基本的调制方式：相移键控（PSK）、频移键控（FSK）和幅移键控（ASK），这三种调制方式分别对应载波相位、频率和幅度来传递数字基带信号。从功率利用率和频带利用率两方面来说，通常选择PSK系统，在中速和高速的数据传输中PSK调制方式应用广泛。本应答器存储固定信息为无源应答器，耦合线圈得到的能量低，ASK的调解易实现，耗能小，所以ASK系统适合在应答器中使用。

2.2 控制芯片的选择

应答器的控制芯片要求耗能低并有一定的内存，体育应答器的控制芯片选择ATmega168V数据吞吐率可以达到1MIPS/MHz，功耗很低，是一个8位CMOS的微控制器，是AVR增强型、RISC结构的微控制器。ATmega168V含有的片内SRAM的1K字节和的系统内的可编程Flash的16K字节还有的512字节；同时还有两个8位和一个16位定时器/计数器；一个串行的USART接口、8路10位的A/D转换端口、六路PWM输出和23个I/O口线可被编程；其工作电压范围是为1.8-5.5V；工作速度的等级为0-4MHz；极低功耗：片上自带的EEPROM可以按字节擦写，可擦写的FLASH，模拟比较器，功耗极低小于300μA，ATmega168V具有1KB可以按字节读写的EEPROM，操作很的方便，还有具有Flash的自编功能，当1KB EEPROM存满数据可以转存到Flash内。

2.3 载波频率

图2 应答器的总电路图

载波频率也称为基频，就是在传输时，信号并不是直接传输的，而是把信号加载在一个固定频率的波上，这种固定频率的波称为载波频率，从严格的意义上来讲，就是要把一个相对较低的信号频率通过解调，调制到一个相对较高的频率上，这种频率被低频调制到较高频率的就称为载波频率。

载波频率分为低频、高频和超高频，低频载波频率一般小于150KHz，其优点就是标准的CMOS工艺、技术很简单而且可靠成熟、没有频率的限制，缺点就是通讯速度低，天线尺寸大，工作的距离短一般小于10cm，高频的载波频率在13.56MHz左右，与标准的CMOS工艺兼容，主要是通过近场的电磁耦合方式进行通讯，距离较近，一般在75cm左右，无线的尺寸大、容易受金属材料等的影响。比如我们的二代证，北京公交卡等都应用高频的载波频率；超高频的波频率在860MHz - 960MHz，其优点是工作距离长大于1m，无线尺寸小，可以绕开障碍物无需保持视线的接触，可以进行定向识别，但是受某些材料的影响较大，应用在世博会门票、仓库管理方面、奥运会门票、物流管理管理及监狱人员的管理等方面，基于上面这些论述应答器载波频率选择超高频。

3 电路分析

应答器的电路主要有电源谐振线圈电路、ASK调制电路、检波电路等几部分组成。

3.1 电源电路

应答器的电源是从谐振线圈所获得的，应答器电路的调制信号，它是从单片机的引出的，并接入到三级管的基极所实现调制的。在这个系统里，其原理就是谐振线圈接收到的交流电压通过桥式整流电路整流成单方向的脉动直流电压，再通过磁环绕制的电感和一系列各种不同容量的电容，进行电源的滤波，从而使输出的电压平滑，最后再利用一个稳压二极管，它的作用就是限制经过滤波后输出的电压不超过单片机所承受的最大电压，从而保证单片机的安全，不被高压烧坏。

3.2 检波电路

应答器的检波电路就是在线圈的两端利用两个二极管来进行检波，将检波器的输出先供给单片机内比较器的负输入端，与此同时将电源也降压0.5v，然后后作为比较器基准供给单片机内比较器的正输入端，从而实现基带信号的整形。

3.3 ASK调制电路

单片机的信号通过限流电阻加在基极上，并控制谐振线圈的短路、开路，从而实现ASK的调制。

3.4 应答器的电路图

综上所述，应答器的总电路图如图2所示：

4 总结

RFID的应用越广泛，高新技术给人们带来越来越多的便利。RFID应答器的应用也越来越广泛，本文主要分析了应答器的整体结构，应答器的调制方式选为ASK，是因为其功耗低，易实现ASK的解调，控制芯片选择了ATmega168V ，功耗低，内存具有1KB EEPROM，EEPROM可以按字节读写，操作十分方便，ATmega168V还具有Flash的自编功能，载波频率使用超高频，适应于较远距离的识别，还分析了应答器的线路。RFID体育应答器将更好的为体育事业服务。

高树静.低成本无源RFID安全关键技术研究[D].山东大学,2013

袁永彦，男，1981年10月，讲师，体育教育与运动训练学

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