本发明涉及通信技术领域，特别是指一种低功耗近距离无线通信电路。
背景技术：
现有的近距离无线通信通常指的是NFC，NFC是一种短距高频的无线通信技术，在13.56MHz频率运行于10厘米距离内。
NFC芯片上结合了感应式读卡器，感应式卡片和点对点的功能。在数厘米距离之间于13.56MHz频率范围内工作，通过射频信号自动识别近场设备并获取相关数据，识别工作无须人工干预，任意两个设备无需接线，就可以实现相互间的通信，满足任何两个无线设备间的信息交换、内容访问、服务交换。
对于近场无线通信，NFC是大家的首选，但是标准的NFC使用专用芯片，其价格较高，而且协议复杂，运用在产品中功耗较高，不满足对成本与功耗要求很高的产品利用。
对于一些超低功耗的产品，如智能水表，对设备的功耗要求非常高，且通信需遵循行业内通信协议，如果要将近距离无线通信用在智能水表这样的设备上，就必须有能够在超低功耗要求下进行，且通信协议可自定义的通信方式。智能水表如果要使用NFC实现近距离无线通信，则需要接受其通信协议，而不满足行业内的通信协议。
技术实现要素：
本发明提出一种低功耗近距离无线通信电路，解决了现有技术中NFC价格高、协议复杂，不适用于智能水表的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种低功耗近距离无线通信电路，包括振荡电路、调制电路、谐振电路、检波电路和天线；数据发送流程为，串口发送数据至信号调制电路，信号调制电路对串口发送的数据进行调制，调制后的信号由谐振电路进行调谐，调谐后的信号为谐振信号，谐振信号通过天线将其以电磁波的形式发送；数据接收流程为，天线接收附近的电磁波信号并将其转化电信号，由检波电路进行检波，检波后的信号发送至串口接收；调制过程需要的载波由振荡电路产生，振荡电路由一个放大器和晶振组成，晶振起到频率选择的作用；调制电路由逻辑门电路组成，将载波与数据信号进行调制；谐振电路为LC振荡电路，L为天线，具有电感特性，电磁波信号直接通过天线L发送；检波电路通过电容接收天线L收到的信号并进行检波，输出为串口数据波形；所述调制电路中门电路使用与非门U2，所述与非门U2的一个输入端与发送数据的串口TX连接，另一个输入端与所述振荡电路的输出端连接，所述与非门U2的输出端输出调制信号。
进一步的，所述振荡电路的放大器使用非门U1，并在晶振两端并联一反馈电阻R1，反馈电阻R1使非门U1工作在线性区，使其获得增益，振荡电路输出频率为13.56MHz的正弦波。
进一步的，所述谐振电路由电阻R2、电容C1、电容C2和天线L组成，所述电阻R2的一端与所述调制电路的输出端连接，另一端与所述电容C1的一端连接，所述电容C1的另一端与所述电容C2的一端连接，所述电容C2的另一端接地，所述天线L并联在所述电容C2的两端，由电容C1、电容C2与天线L组成LC谐振电路，通过调节电容C1、电容C2与所述天线L的电感值，使所述谐振电路对调制信号进行调谐，得到谐振信号，同时所述天线L将谐振信号电磁波的形式发送。
进一步的，所述检波电路包括电容C3、电阻R3、电阻R4、电阻R5和三极管T，所述电容C3的一端与所述天线L连接，所述电容C3的另一端与所述三极管T的基极连接，所述电阻R3与R4对电源电压进行分压后连接三极管T的基极，使三极管T工作在线性区，所述三极管T的集电极通过所述电阻R5连接到电源正极，三极管T的集电极为检波电路的输出，连接MCU的串口接收RX。
进一步的，所述调制电路和检波电路分别与MCU连接，由MCU的串口完成数据的收发；所述MCU分别为调制电路、振荡电路和检波电路独立控制供电，当不收发数据时，所述MCU停止对所述调制电路、振荡电路和检波电路供电。
本发明的有益效果在于：不需要专用的NFC集成芯片完成近距离无线通信的功能，成本低，振荡电路采用门电路和分立元件组成，成本低，功耗少，适用于串口传输的通信协议，可以应用于智能水表等低功耗产品，满足其行业内通信协议。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明低功耗近距离无线通信电路的原理框图；
图2为本发明低功耗近距离无线通信电路的电路原理图
图3为本发明低功耗近距离无线通信电路的电路波形图。
图中，1-振荡电路；2-调制电路；3-谐振电路；4-检波电路；5-天线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1和图2所示，本发明提出了一种低功耗近距离无线通信电路，包括振荡电路1、调制电路2、谐振电路3(包括天线L)、检波电路4；发送部分工作流程为，串口发送数据至信号调制电路2，信号调制电路2对串口发出的信号进行调制；谐振电路3对调制后的信号进行调谐并由天线L通过电磁波的形式发送；接收部分工作流程为，天线L接收周围的电磁波将其转化为电信号，检波电路4通过电容C3接收天线转化后的电信号，进行检波，检波后的信号发送至串口接收；串口调制所需要的载波信号由振荡电路1产生；振荡电路由一个放大器和晶振组成，晶振起到频率选择的作用；调制电路由逻辑门电路组成，将载波与数据信号进行调制；谐振电路为LC振荡电路，L为天线，具有电感特性，电磁波信号直接通过天线L发送；检波电路通过电容接收天线L收到的信号并进行检波，输出为串口数据波形。本发明不需要专用的NFC集成芯片完成近距离无线通信的功能，成本低，振荡电路1采用门电路和分立元件组成，成本低，功耗少，适用于串口传输的通信协议，可以应用于智能水表等低功耗产品，满足其行业内通信协议。
本发明电路简称为SNFC，意为Simple NFC。
具体的，如图1所示，在本实施例中，发送数据的串口为UART发送、接收数据的串口为单片机的UART接收接口。振荡电路由电阻R1、晶振X1和非门U1组成，当电路工作后，振荡电路输出频率为13.56MHz的正弦波。
无线发送流程为：打开振荡电路1的电源，等待振荡电路1工作稳定，打开信号调制电路2的电源，MCU通过串口发送数据波形，信号调制电路2对串口波形与载波波形进行调制，调制后的波形经谐振电路3谐振后由天线以电磁波的方式发射，当串口数据发送完成后，关闭振荡电路1与信号调制电路2电源；无线接收流程为：打开检波电路4电源后即可进行电磁波信号的接收，当谐振电路接收周围的电磁波，并对电磁波信号进行谐振，检波电路4对谐振信号进行检波，检波电路4完成信号放大与解调的功能，得到串口接收数据的波形，通过串口进行接收，串口数据接收完成后，关闭接收电路电源。
电路工作时，可通过调节R2的阻值来调整电磁波发射功率，增加R2的阻值可以降低电路工作时的功耗；电路不工作时，可通过程序对MCU控制关闭电路的电源使电路为零耗电。
振荡电路的放大器使用非门U1，并在晶振两端并联一反馈电阻R1，反馈电阻R1使非门U1工作在线性区，使其获得增益，放大器的功能由非门U1和反馈电阻R1实现。振荡电路输出频率为13.56MHz的正弦波。
调制电路2由与非门U2构成，与非门U2的一个输入端与发送数据的串口TX连接，另一个输入端与振荡电路的输出端连接，与非门U2的输出为调制信号。
谐振电路3由电阻R2、电容C1、电容C2与天线L组成，电阻R2的一端与调制电路的输出端连接，另一端与电容C1的一端连接，电容C1的另一端与电容C2的一端连接，电容C2的另一端接地，天线L并联在电容C2的两端，由电容C1、电容C2与天线L组成LC谐振电路，调节电容C1、电容C2与天线L的电感值，使谐振电路对调制信号进行调谐，得到谐振信号，然后通过天线L将信号以电磁波的形式发送。具体的，通过调节电容与天线L的电感值，使谐振电路对调制信号进行调谐，得到谐振信号，同时天线L将谐振信号以电磁波的形式发送。
检波电路包括电容C3、电阻R3、电阻R4、电阻R5和三极管T，电容C3的一端与天线L连接，电容C3的另一端与三极管T的基极连接，电阻R3与R4对电源电压进行分压后连接三极管T的基极，使三极管T工作在线性区，三极管T的集电极通过上拉电阻R5连接到电源正极，三极管T的集电极为检波电路的输出，连接MCU的串口接收RX。
具体的，三极管为NPN型。
在本实施例中，调制电路2、谐振电路3和检波电路4采用门电路与分立元件组成，使得本发明成本更低。
调制电路和检波电路分别与MCU连接，由MCU的串口完成数据的收发；MCU分别为调制电路、振荡电路和检波电路独立控制供电，当不收发数据时，MCU停止对调制电路、振荡电路和检波电路供电。
具体的，MCU分别为非门U1和与非门U2提供电源，MCU还可以为检波电路供电，使得调制电路2、谐振电路3和检波电路4电源可单独控制，且只在需要发送或接收数据时才消耗电量，MCU通过控制电路各部分供电，可合理的管理电路所消耗的电量，进一步实现了低功耗。当不收发数据时通过软件关闭相应电源以实现电路零功耗。
发送数据的串口TX空闲状态时设为高电平。
本发明工作在半双工通信状态。TX为串口发送端口，空闲状态时为高，U2通电后输出为低电平，此时TX发射电路不消耗电流。对检波电路4进行供电，R3和R4对RX_VCC进行分压，在电路没有通信时，使NPN管T刚好处于关短状态，T的集电极接串口的RX，R3与R4的阻值可以选择很大，这样在R3与R4上消耗的电流也会很小。当停止对U1供电时，晶振X1停止振荡。
当需要发送数据时，先对U1、U2进行供电，等到X1起振后，TX即可发送数据，其波形如图3中“TX”所对应的波形；当TX为低时，U2输出载波信号，所以当TX发送数据时，调制电路输出载波调制的信号，信号波形如图3中的“调制”，调制信号经谐振电路3后发生谐振，信号波形如图3中的“谐振”，然后由天线L将谐振后的电信号转换为无线电磁波信号发送；当TX为高时，U2输出为低，L上没有电磁波发出；谐振后的波形如图3中“谐振”。
当需要接收数据时，串口TX需保持高电平，此时如果天线L接收到周围的电磁波，则会引起谐振电路发生谐振，波形如图3中“谐振”对应的波形，谐振信号经过C3，会引起T管的通断，调节C3、R3、R4、R5的值，使接收电路完成检波解码。三极管T的集电极为串口接收端，连接串口的RX，其波形如图3中的“RX”，此时RX的输出即为串口接收数据。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。