基于PIC16F639的免持式被動無鑰門禁系統設計

如式2和式3所示，當LC電路準確調諧到入射載波的頻率時，線圈上的感應電壓最大。但在實際應用中，由于LC元件的容差不同，各個應答器的LC諧振頻率也不同。為補償元件容差帶來的誤差，PIC16F639的每個通道都有一個內部調諧電容組。電容值可以以1pF為步長，被編程到最大63pF，電容值隨配置寄存器位的增加而單調遞增。

可通過監(jiān)測RSSI電流輸出對電容進行有效調諧。RSSI輸出與輸入信號強度成正比，因此LC電路被調諧得與載波頻率越接近，監(jiān)測到的RSSI輸出越高?？傠娙葜惦S著配置寄存器位升高而增加，由此得到的內部電容被疊加到LC電路的電容上。隨內部諧振電容的增加，LC諧振頻率將降低。

圖5：應答器電路的每個諧振天線必須調諧到基站單元的載波頻率，以達到最佳信號接收狀態(tài)。

后備電池與無電池模式

實際應用有可能發(fā)生電池意外地暫時脫離電路的情況，例如當應答器掉落到硬質表面上時。如果發(fā)生此種情況，存儲在MCU中的數據可能無法正確恢復。為避免電池意外脫離，用戶可考慮采用后備電池電路。后備電池電路能向應答器暫時提供VDD電壓。建議在精密應答器中采用這種電路，但并不是所有應用都必須采用它。在圖2中，D4和C1構成了電池后備電路。當電池連接時，C1被完全充電，當電池短暫斷開時，C1提供VDD電壓。

當應答器處于無電池運行時稱為無電池模式。在圖2中，二極管D1、D2、D3和C1構成無電池模式的電源電路。當應答器線圈產生電壓時，線圈電流流過二極管D1和D2為C1充電，C1可為應答器提供VDD電壓。當PIC16F639用于需要無電池運行的防碰撞應答器應用中時，這種電源電路很有用。根據不同應用，無電池模式下C1電容值從幾微法到幾法不等。

圖6：在基站電路中，電流驅動器U1放大來自MCU的125 kHz方波脈沖的功率。U1的方波脈沖輸出通過由L1、C2、C3和C4組成的LC串聯諧振電路后變成正弦波。

應答器電路

應答器電路具有三個外部LC諧振電路、五個按鈕開關、一個用于UHF數據發(fā)送的433.92MHz諧振器和幾個用于后備電池模式的元件。

每個LC諧振電路都連接到LC輸入和LCCOM引腳?？招咎炀€連接到LCX輸入，兩個鐵氧體磁棒電感連接到LCY和LCZ引腳。LCCOM引腳為三個天線連接的公共引腳，通過C11和R9接地。每個諧振天線必須調諧到基站單元的載波頻率，以達到最佳信號接收狀態(tài)(圖5)?？衫妹總€通道的內部電容將天線調諧到最佳狀態(tài)。

器件初始上電時，數字部分利用SPI(CS、SCLK/ALERT和SDIO)對AFE配置寄存器進行編程。由于AFE輸入靈敏度高(約3mV峰峰值)，AFE對環(huán)境噪聲非常敏感，所以必須采取措施避免沿PCB走線上產生過多交流噪聲。在VDD和VDDT引腳分別使用電容C6和C12濾除噪聲。

二極管D1和D2及電容C5用于電池后備模式，二極管D2、D3和D7及電容C5用于無電池模式。為使無電池模式穩(wěn)定運行，需要較大的C5容值。電容C5通過二極管D3和D7保存來自電池和線圈電壓的電荷。當電池暫時斷開時，C5儲存的電荷可維持PIC16F639器件的供電。二極管D3和D7穿過空芯線圈相互連接，在三個外部LC諧振天線中產生強大的線圈電壓。

一旦檢測到有效輸入信號，數字MCU部分即被喚醒，如果命令信號有效，則發(fā)出一個響應。

應答器可使用內部調制器(LF對講)或外部UHF發(fā)送器發(fā)出響應。每個模擬輸入通道在輸入和LCCOM引腳間有一個內部調制器(晶體管)。如果AFE從數字MCU部分接收到箝位或斷開箝位的命令，內部調制器就會分別導通和關斷。天線電壓分別根據箝位或斷開箝位命令進行箝位和斷開箝位，這稱為LF對講。LF對講只在近距離應用中使用?；究梢詸z測應答器天線電壓的變化并重建調制數據。

在長距離應用中，應答器采用UHF發(fā)送器。由UHF(433.92 MHz)諧振器U2和功率放大器Q1構成一個用按鍵通斷的UHF發(fā)送器。電容C2和C3的容量都在約20pF的范圍內，具體取決于線路布局。一般由印刷電路板的金屬走線而形成的L1是一個UHF天線，增大其環(huán)路面積后效率將顯著提高。

當MCU I/O引腳輸出邏輯高電平時，UHF發(fā)送器部分導通，否則關閉。RC5輸出為UHF信號的調制數據，可由基站的UHF接收器重建。

基站電路

基站單元包括一個MCU、125kHz的發(fā)送器/接收器和一個UHF接收器模塊。基站發(fā)出125kHz的低頻命令信號，并通過UHF和LF接收來自應答器的響應。發(fā)出LF命令后，基站通過LF或UHF鏈路檢查是否有響應。

125kHz發(fā)送器產生一個基于MCU的脈寬調制器(PWM)輸出的載波信號。電流驅動器U1放大來自MCU的125kHz方波脈沖的功率。U1的方波脈沖輸出通過由L1、C2、C3和C4組成的LC串聯諧振電路后變成正弦波。L1為用于125kHz LF天線的空芯電感(圖6)。

當LC串聯諧振電路調諧到PWM信號的頻率時，天線輻射最強。在諧振頻率處，LC電路阻抗最小，這使得L1負載電流最大，從而產生很強的電磁場。用戶可通過監(jiān)視L1上的線圈電壓調諧LC電路。二極管D1后的各個元件用來接收來自應答器的LF對講信號。當應答器以LF對講作出響應后，L1上的線圈電壓會由于應答器線圈電壓產生的磁場而改變。由于應答器線圈電壓最初是由基站天線(L1)產生的，所以響應電壓與初始電壓的相位相差180o。因此，在給定條件下，L1上的電壓將隨著應答器的線圈電壓變化。

可通過包絡檢波器和由D1和C5構成的低通濾波器檢測L1上線圈電壓的變化。檢測到的包絡信號通過有源增益濾波器U2A和U2B。經過解調的模擬輸出被饋送到MCU的比較器輸入引腳，以進行脈沖整形。比較器輸出可在TP6上得到，并由MCU解碼。