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LPC2142的低功耗有源RFID手持机设计

发布时间:2015-08-03 07:38:00  来源:大电流电感厂家   查看:

提出一种可以显著降低有源RFID手持机功耗的流程,并采用微处理器LPC2142为核心,结合MAX1551、LTC3530、LTC3525-5 V、CH45 2A、nRF24L01等外围器件,完成具有有源RFID标签读写功能的低功耗手持机的设计。该手持机在开阔场地的有效阅读距离可以达到80 m左右,其电池的待机时间为10天以上。

  引言

  根据供电方式的不同,可以将RFID分为两类:一类是无源RFID,另一类是有源RFID。无源RFID工作时标签通过读写器的电磁场获得能量,标签本身不需要电池;有源RFID则恰恰相反,电子标签需要自备电池,提供全部器件工作所需的电源。与无源RFID系统相比,有源RFID系统对阅读器的发射功率要求更低,有效阅读距离也更远,因此在很多领域都有着广泛的应用。

  1 有源RFID系统组成及工作原理

  

有源RFID系统组成

  有源RFID系统由有源标签、阅读器和应用系统3个部分组成,如图1所示。有源标签具有唯一的身份识别码(即ID),一些有源标签内部还集成了传感器,用于对特定物理量的测量。在阅读器的有效工作范围内,电子标签主动地将自己的ID和所测得的物理量以电磁波的形式发送给阅读器,阅读器将相关信息存储在自己的存储设备中。存储在阅读器中的数据可以通过以太网口、RS232、USB等通信接口传送给应用系统,以便对数据进行进一步处理。

  2 有源RFID手持机的结构

  

有源RFID手持机结构框图

  本文设计的有源手持贴片电感器机的结构框图如图2所示。其核心是微处理器(Microprocessor Unit,MPU);复位电路、时钟电路、电源、键盘、LCD显示是最小系统不可缺少的组成部分,用来维持系统正常工作以及进行人机交互;声音提示电路用来进行操作有误或者电池电量不足时的报警提示;背光电路可以为键盘和LCD提供背光;电量检测电路通过检测电池的电压,依照电池电量和电压的对照关系,间接地检测出电池的剩余电量;RF电路通过天线可以进行射频信号的收/发;外扩Flash可以存储读取到标签的身份识别码、汉字点阵字库以及相关属性等信息;USB接口可使手持机与PC机进行数据通信;JTAG接口用来下载和调试程序。

  2.1 主控模块与外围模块

  主控模块采用NXP公司基于ARM7内核的LPC2142微处理器。LPC2142具有USB2.O接口、2个I2C接口、2个串口、1个SPI接口、1个SSP接口、6个A/D通道,以及16 KB的RAM和64 KB的Flash;还具有实时时钟(RTC),可以避免外接实时时钟带来的麻烦。通过分析得知,该微处理器完全可以满足系统的需求。主控模块的电路图如图3所示。

  

有源RIFD手持机主控模块

2.2 复位电路

  为保证系统能够可靠复位,采用专用的复位芯片CAT809进行系统的复位。复位电路如图4所示。

变压器与电感器设计

  

复位电路

  2.3 电量检测一体成型电感电路

  电量检测电路采用LPC2142内部的A/D转换器。A/D的参一体电感考电压Vref由电源电压+3.3 V通过电阻分压得到,如图5所示。参考电压的理论值是2.533 V,由于锂电池的电压最高可达4.2 V(满充时),此时超出了A/D转换器的量程,所以需要对该量程进行扩充。解决办法是,将锂电池的输出电压(图中为3.7 V)通过两个大功率电感贴片电感器一样的电阻进行分压,将分压后的电压进行检测,转换得到的电压值应该乘以2。

  2.4 充电与静电防护电路

  

充电与静电防护电路

  如图6所示,系统采用锂电池和USB的VBUS两路电源供电。两路电源汇合后接入锂电池充电芯片MAX1551的输入脚,对电池进行充电。/CHG脚为充电状态指示引脚,未充满时呈高阻态,充满时输出低电平。充电期间,微处理器通过检测这一引脚的状态来判断充电是否完成,并将充电状态显示在LCD上。为避免静电对微处理器造成损坏,需要对USB接口电路进行静电防护,这里采用的芯片是SN65220。

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