本发明涉及一种长距离无源RFID卡检测电路，具体可应用于物流管理、门禁系统、食品安全溯源、养老防护等非接触快速识别领域。
技术背景
随着社会的发展和科技的进步，人类社会已步入信息时代，人们对于信息的需求日益增长，例如货运中对货物相关信息的查询，门禁系统对于进出车辆的查询，养老防护系统对于防护对象的信息查询等。如果采用传统的手工方式既费时又费力，所以现在越来越多借助电子技术完成信息的查询。目前常用的有条形码和RFID(射频识别技术)。使用条形码时，条码标签需清洁无破损且条码标签内容无法随意修改，条码与阅读器间要求无障碍物且两者需要保持适当角度才能识别，局限性明显。而RFID能在恶劣环境下读取信息，读取距离远，标签信息能修改，且能同时处理多个标签，所以RFID应用更为广泛。RFID根据实现方式不同分为有源RFID和无源RFID。有源RFID的电子标签内自带电池，无需阅读器提供能量，读写距离较远，但是体积大，价格贵，寿命短。无源RFID的电子标签不带电池，依靠转换阅读器发送的电池波获得工作所需的全部电能，体积小，价格便宜，寿命长，但是读写距离相对较近。RFID技术根据电子标签的工作频率不同分为低频系统、高频系统、超高频系统、微波系统等，工作频率越高，其读取距离越长，标签及阅读器的成本越大。并且不同频率系统在工作方式及应用场合上存在较大差异，所以需要根据实际应用选择合适频率系统。虽然超高频等系统能实现长距离的非接触识别，但是成本大。而低频RFID系统成本低，但识别距离短。随着无源低频RFID卡的广泛使用，检测距离过短的问题也越来越明显，如何提高低频无源RFID系统的识别距离具有重要的意义。本发明提供了一种长距离无源RFID检测电路，主要针对EM4305型RFID卡，具有体积小、价格便宜、寿命长、识别距离长等特点。实测结果表明本发明所述的长距离无源RFID卡检测电路可以达到20cm以上的检测距离，克服了目前传统无源RFID卡检测距离只有10cm左右的检测难题。
技术实现要素：
本发明针对现有技术的不足，提出了一种长距离无源RFID卡检测电路。
本发明一种长距离无源RFID卡检测电路，包括功率驱动电路、阻抗匹配电路、自动调谐电路、T型检波电路、信号处理电路、单片机驱动与解码接口。单片机驱动与解码接口接功率驱动电路，阻抗匹配电路与功率驱动电路信号相连，功率驱动电路与单片机驱动与解码接口信号相连，单片机驱动与解码接口与信号处理电路信号相连，信号处理电路与T型检波电路信号相连，T型检波电路与自动调谐电路信号相连，自动调谐电路与单片机驱动与解码接口信号相连。自动调谐电路、信号处理电路与单片机驱动与解码接口信号相连，单片机驱动与解码接口控制自动调谐电路，并接收并处理信号处理电路的编码数据。
所述的功率驱动电路包括二极管D1、D2、D3、D4，电阻R1、R2、R3、R4、R5，电容C1、C2，晶体管Q1、Q2。
第五电阻R5的一端与PWM_Input相连，第五电阻R5的另一端与第一电容C1、第二电容C2的一端相连，第一电容C1的另一端与第二电阻R2的一端、第一二极管D1的阳极相连，第一二极管D1的阴极与第二电阻R2的另一端、第二二极管D2的阳极、第一晶体管Q1的基极相连，第二二极管D2的阴极与电阻R1的一端以及VCC_8.3V相连，第一电阻R1的另一端与第一晶体管Q1的发射极相连，第一晶体管Q1的集电极与Driver_Input相连。第二电容C2的另一端与第三电阻R3的一端、第三二极管D3的阴极相连，第三二极管D3的阳极与第三电阻R3的另一端、第四二极管D4的阴极、第二晶体管Q2的基极相连，第四二极管D4的阳极与第四电阻R4的一端接地AGND，第四电阻R4的另一端与第二晶体管Q2的发射极相连，第二晶体管Q2的集电极与Driver_Input相连。
所述的阻抗匹配电路包括电感L1、L2，电容C3、C4、C5、C6、C7；第一电感L1的一端与Driver_Input相连，第一电感L1的另一端与第五电容C5的一端、第二电感L2的一端相连，第五电容C5的另一端接地AGND，第二电感L2的另一端接ANT1和Coil_Interface。第四电容C4的一端接ANT2，第四电容C4的另一端接地AGND。第三电容C3的一端接ANT2，第三电容C3的另一端接地AGND。第六电容C6和第七电容C7的一端接地AGND，第六电容C6和第七电容C7的另一端接Coil_Interface。
所述的自动调谐电路包括电容C8、C9、C10、C11、C12、C13、C14、C15、C16、C17、C18、C19，场效应MOS管Q3、Q4、Q5、Q6，电阻R6、R7、R8、R9、R10，二极管D5、D6。
第三场效应MOS管Q3的栅极与第十一电容C11的一端、第六电阻R6的一端相连，第六电阻R6的另一端接MOS3，第十一电容C11的另一端接地AGND。第三场效应MOS管Q3的源极接地AGND。第三场效应MOS管Q3的漏极与第八电容C8、第九电容C9的一端相连，第八电容C8、第九电容C9的另一端接Coil_Interface。第四场效应MOS管Q4的栅极与第十四电容C14的一端、第七电阻R7的一端相连，第七电阻R7的另一端接MOS2，第十四电容C14的另一端接地AGND。第四场效应MOS管Q4的源极接地AGND。第四场效应MOS管Q4的漏极与第十电容C10、第十二电容C12的一端相连，第十电容C10、第十二电容C12的另一端接Coil_Interface。第五场效应MOS管Q5的栅极与第十七电容C17的一端、第八电阻R8的一端相连，第八电阻R8的另一端接MOS1，第十七电容C17的另一端接地AGND。第五场效应MOS管Q5的源极接地AGND。第五场效应MOS管Q5的漏极与第十三电容C13、第十五电容C15的一端相连，第十三电容C13、第十五电容C15的另一端接Coil_Interface。第六场效应MOS管Q6的栅极与第十九电容C19的一端、第十九电阻R9的一端相连，第九电阻R9的另一端接MOS0，第十九电容C19的另一端接地AGND。第六场效应MOS管Q6的源极接地AGND。第六场效应MOS管Q6的漏极与第十六电容C16、第十八电容C18的一端相连，第十六电容C16、第十八电容C18的另一端接Coil_Interface。第十电阻R10的一端接Coil_Interface，第十电阻R10的另一端与第五二极管D5的阳极相连，第五二极管D5的阴极与第六二极管D6的阳极相连，第六二极管D6的阴极接Ant_Output；MOS0、MOS1、MOS2、MOS3都连接单片机驱动与解码接口6。
所述的T型检波电路包括电容C20、C21、C22、C23、C24、C25、C26、C27，电阻R11、R12、R13、R14、R15、R16，二极管D7，D8。
第二十电容C20的一端与第二十一电容C21的一端、第十一电阻R11的一端、第二十二电容C22的一端、Ant_Output相连。第二十电容C20的另一端和第二十一电容C21的另一端接地GND。第十一电阻R11的另一端接地AGND。第二十二电容C22的另一端与第十二电阻R12的一端、第二十三电容C23的一端、第七二极管D7的阴极、第八二极管D8的阳极相连，第十二电阻R12的另一端接地AGND。第七二极管D7的阳极接地AGND。第八二极管D8的阴极接地AGND。第二十三电容C23的另一端与第十三电阻R13的一端、第二十四电容C24的一端相连，第二十四电容C24的另一端AGND。第十三电阻R13的另一端与第二十五电容C25的一端、PIN2、第十四电阻R14的一端相连，第二十五电容C25的另一端与第十四电阻R14的另一端、PIN1相连。第十五电阻R15的一端与PIN1相连，第十五电阻R15的另一端与第二十六电容C26的一端相连，第二十六电容C26的另一端与第十六电阻R16的一端、PIN6、第二十七电容C27的一端相连，第十六电阻R16的另一端与PIN7相连，第二十七电容C27的另一端与PIN7相连。
所述的信号处理电路包括信号处理芯片U1，电容C28、C29、C30，电阻R17、R18。
信号处理芯片U1的1脚为PIN1、2脚为PIN2、3脚为PIN3、4脚为PIN4、5脚为PIN5、6脚为PIN6、7脚为PIN7、8脚为PIN8，信号处理芯片U1的3脚与电阻R17的一端、电容C28的一端、电阻R18的一端相连，电阻R17的另一端和电容C28的另一端接地AGND。电阻R18的另一端接VCC_3.3V。信号处理芯片U1的4脚接地AGND。信号处理芯片U1的5脚与信号处理芯片U1的3脚相连。信号处理芯片U1的7脚作为电路输出端输出Manchester Encoding。信号处理芯片U1的8脚与电容C29的一端、电容C30的一端以及VCC_3.3V相连，电容C29的另一端和电容C30的另一端接地GND。
本发明所采用的芯片U1采用Microchip公司的MCP6022T-I/SN，单片机驱动与解码接口6由通用单片机提供，任意能产生125KHz的PWM波形并能够解码Manchester码的单片机都可以完成工作，电路中其他电阻、电容、电感等均为成熟元器件。本发明所需的电源VCC_8.3V和VCC_3.3V由外部电源供电。
相比较于
背景技术：
，本发明提供了一种长距离EM4305型无源RFID卡的检测电路，可以实现长达20cm距离的无源模式读取，而且成本低廉，可以广泛使用到各种无源模式下的长距离低频读卡环境中。
附图说明
图1是本发明的整体电路示意图。
图2是本发明的功率驱动电路示意图。
图3是本发明的阻抗匹配电路示意图。
图4是本发明的自动调谐电路示意图。
图5是本发明的T型检波电路示意图。
图6是本发明的信号处理电路示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明包括功率驱动电路、阻抗匹配电路、自动调谐电路、T型检波电路、信号处理电路、单片机驱动与解码接口。阻抗匹配电路与功率驱动电路信号相连，功率驱动电路与单片机驱动与解码接口信号相连，单片机驱动与解码接口与信号处理电路信号相连，信号处理电路与T型检波电路信号相连，T型检波电路与自动调谐电路信号相连，自动调谐电路与单片机驱动与解码接口信号相连。本发明所需的电源VCC_8.3V和VCC_3.3V由外部电源供电。
如图2所示，功率驱动电路包括二极管D1、D2、D3、D4，电阻R1、R2、R3、R4、R5，电容C1、C2，晶体管Q1、Q2。功率驱动电路1与单片机驱动与解码接口6信号相连，此电路主要功能是接收单片机脉宽调制信号并实现信号的高效率放大。单片机产生频率为125KHz载波PWM波信号，通过单片机驱动与解码接口输入功率驱动电路，标记为PWM_Input。电阻R5的一端与PWM_Input相连，电阻R5的另一端与电容C1、C2的一端相连，电容C1的另一端与电阻R2的一端、二极管D1的阳极相连，二极管D1的阴极与电阻R2的另一端、二极管D2的阳极、晶体管Q1的基极相连，二极管D2的阴极与电阻R1的一端以及VCC_8.3V相连，电阻R1的另一端与晶体管Q1的发射极相连，晶体管Q1的集电极与Driver_Input相连。电容C2的另一端与电阻R3的一端、二极管D3的阴极相连，二极管D3的阳极与电阻R3的另一端、二极管D4的阴极、晶体管Q2的基极相连，二极管D4的阳极与电阻R4的一端接地AGND，电阻R4的另一端与晶体管Q2的发射极相连，晶体管Q2的集电极与Driver_Input相连。该电路使用两个相同的晶体管组成开关工作状态，通过选频滤波电路将谐波分量滤除，选出基波分量，为后续电路提供基波电压和电流，从而完成信号的高效放大。
如图3所示，阻抗匹配电路包括电感L1、L2，电容C3、C4、C5、C6、C7。阻抗匹配电路2与发送接收线圈相连，主要通过电容和电感的串并联实现射频端口与外接天线间的最佳匹配，使得输出到天线线圈的功率最大，从而能在线圈周围产生供远距离射频卡工作所需要的强发射磁场，即天线具有最大的功率辐射能力。电感L1的一端与Driver_Input相连，电感L1的另一端与电容C5的一端、电感L2的一端相连，电容C5的另一端接地AGND，电感L2的另一端接ANT1和Coil_Interface。电容C4的一端接ANT2，电容C4的另一端接地AGND。电容C3的一端接ANT2，电容C3的另一端接地AGND。电容C6和电容C7的一端接地AGND，电容C6和C7的另一端接Coil_Interface。阻抗匹配电路通过ANT1与ANT2连接线圈，通过阻抗匹配使得接收发送线圈获得最大感应功率，从而产生强发射磁场，有效地增大读卡器的识别距离。
如图4所示，自动调谐电路包括电容C8、C9、C10、C11、C12、C13、C14、C15、C16、C17、C18、C19，场效应MOS管Q3、Q4、Q5、Q6，电阻R6、R7、R8、R9、R10，二极管D5、D6。自动调谐电路3与单片机驱动与解码接口6信号相连，通过单片机技术产生一定的电压改变场效应管的结电容，从而改变本振的振荡频率，使电路在发射频率上谐振，从而更有效的接收电子标签传送的数据信号。场效应MOS管Q3的栅极与电容C11的一端、电阻R6的一端相连，电阻R6的另一端接MOS3，电容C11的另一端接地AGND。场效应MOS管Q3的源极接地AGND。场效应MOS管Q3的漏极与电容C8、电容C9的一端相连，电容C8、电容C9的另一端接Coil_Interface。场效应MOS管Q4的栅极与电容C14的一端、电阻R7的一端相连，电阻R7的另一端接MOS2，电容C14的另一端接地AGND。场效应MOS管Q4的源极接地AGND。场效应MOS管Q4的漏极与电容C10、电容C12的一端相连，电容C10、电容C12的另一端接Coil_Interface。场效应MOS管Q5的栅极与电容C17的一端、电阻R8的一端相连，电阻R8的另一端接MOS1，电容C17的另一端接地AGND。场效应MOS管Q5的源极接地AGND。场效应MOS管Q5的漏极与电容C13、电容C15的一端相连，电容C13、电容C15的另一端接Coil_Interface。场效应MOS管Q6的栅极与电容C19的一端、电阻R9的一端相连，电阻R9的另一端接MOS0，电容C19的另一端接地AGND。场效应MOS管Q6的源极接地AGND。场效应MOS管Q6的漏极与电容C16、电容C18的一端相连，电容C16、电容C18的另一端接Coil_Interface。电阻R10的一端接Coil_Interface，电阻R10的另一端与二极管D5的阳极相连，二极管D5的阴极与二极管D6的阳极相连，二极管D6的阴极接Ant_Output。MOS0、MOS1、MOS2、MOS3都连接单片机驱动与解码接口6，由单片机程序控制进行自动调谐。
如图5所示，T型检波电路包括电容C20、C21、C22、C23、C24、C25、C26、C27，电阻R11、R12、R13、R14、R15、R16，二极管D7，D8。T型检波电路4与自动调谐电路3和信号处理电路5信号相连，该电路通过利用二极管的单相导电性将所接收信号中基带低频信号提取出来，实现对输入的调制信号进行解调功能。电容C20的一端与电容C21的一端、电阻R11的一端、电容C22的一端、Ant_Output相连。电容C20的另一端和电容C21的另一端接地GND。电阻R11的另一端接地AGND。电容C22的另一端与电阻R12的一端、电容C23的一端、二极管D7的阴极、二极管D8的阳极相连，电阻R12的另一端接地AGND。二极管D7的阳极接地AGND。二极管D8的阴极接地AGND。电容C23的另一端与电阻R13的一端、电容C24的一端相连，电容C24的另一端AGND。电阻R13的另一端与电容C25的一端、PIN2、电阻R14的一端相连，电容C25的另一端与电阻R14的另一端、PIN1相连。电阻R15的一端与PIN1相连，电阻R15的另一端与电容C26的一端相连，电容C26的另一端与电阻R16的一端、PIN6、电容C27的一端相连，电阻R16的另一端与PIN7相连，电容C27的另一端与PIN7相连。
如图6所示，信号处理电路包括信号处理芯片U1，电容C28、C29、C30，电阻R17、R18。信号处理电路5与单片机驱动与解码接口6信号相连。信号处理器芯片U1采用的是MCP6022T-I/SN芯片。信号处理电路通过对前端解调后的信号进行处理，然后得到曼彻斯特编码信号，最后传输至单片机进行解码处理。信号处理芯片U1的1脚与PIN1相连，信号处理芯片U1的2脚与PIN2相连，信号处理芯片U1的3脚与电阻R17的一端、电容C28的一端、电阻R18的一端相连，电阻R17的另一端和电容C28的另一端接地AGND。电阻R18的另一端接VCC_3.3V。信号处理芯片U1的4脚接地AGND。信号处理芯片U1的5脚为PIN5，与信号处理芯片U1的3脚相连。信号处理芯片U1的6脚与PIN6相连，信号处理芯片U1的7脚与PIN7相连，作为电路输出端输出Manchester Encoding，传输至单片机驱动与解码接口6进行解码处理。信号处理芯片U1的8脚与电容C29的一端、电容C30的一端以及VCC_3.3V相连，电容C29的另一端和电容C30的另一端接地。
本发明涉及的一种长距离无源低频RFID卡检测电路可分为发送模块和接收模块，发送模块主要包括功率驱动电路、阻抗匹配电路及发送接收线圈，接收模块主要包括自动调谐电路、T型检波电路、信号处理电路及发送接收线圈，检测电路通过发送模块和接收模块共同完成对无源RFID射频卡的驱动与读卡操作。一种长距离无源RFID射频卡检测电路的工作流程如下：检测电路通过单片机驱动与解码接口接收并执行单片机的控制指令，通过发送模块不断向周围发出固定频率的磁场，当RFID射频卡进入检测线圈的工作区域内，且当无源RFID射频卡内串联谐振的频率与检测电路频率一致时，无源RFID射频卡通过线圈的电磁感应，从而获得电能开始工作，无源RFID射频卡对收到的信息进行解码、处理并将相关信息发送给检测电路的接收模块，然后通过单片机驱动与解码接口传递给单片机。
在无源低频RFID卡的检测电路领域，本发明属于一种拥有较长读写距离的电路，用较为低廉的成本获取超过一般距离的读写效果，因此可广泛应用于物流、零售、制造业、服装业、医疗、身份识别、防伪、资产管理、食品、动物识别、图书馆、汽车、航空、军事等众多领域，对改善人们的生活质量、提高企业经济效益、加强公共安全以及提高社会信息化水平产生重要的影响。