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基于嵌入式系统的RFID手持机系统设计

发布时间:2020-07-01 01:39:13 阅读: 来源:耐拉纤维厂家

RFID手持机在交通运输、门禁、物流、考勤、货物管理、身份识别等方面有着十分广泛的应用。RFID手持设备对电源的效率、使用寿命、可靠性、体积、成本等方面有较高的要求。因此,设计一个稳定性好、效率高、杂散小的电源对于RFID手持机有着十分重要的意义。1RFID手持机硬件结构在基于嵌入式系统的RFID手持机系统设计中,以微处理器LPC2142为主控制器,根据系统的需求外扩了SRAM、Flash、SD卡、键盘、LCD显示、声响提示进行数据处理、数据存储、人机交互以及出错报警提示,通过USB接口可以与主机进行数据通信,背光模块可以为LCD和键盘提供背光,电压检测模块通过核心处理器的A/D转换器进行电池电压的检测,从而间接检测出电池的剩余电量,RF模块能够进行读写器与标签之间射频信号的收发,通过JTAG接口可以进行程序的调试与下载。电源部分可以为系统中需要电源的各个模块提供电源,这是本文设计的重点内容。系统硬件结构框图如图1所示。

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2需求电源的指标经设计并计算,该系统需要两种电压的电源,一路是3.3V的,为键盘、LCD复位电路、所外扩的存储器、RF模块供电;另一路是5V的,为系统的声响提示电路以及键盘和LCD的背光电路提供电源。为方便携带,系统采用电池供电,欲达到性能指标如下:(1)电源转化效率≥80%;(2)输出电流要求:3.3V输出电流500mA;5V输出电流300mA;(3)两路电源电压的波动均控制在±5%以内;(4)可以通过USB输入对电池进行充电。3各种电源芯片的特点及选型注意事项3.1各种电源芯片3.2选型注意事项首先,必须要正确选择电源芯片类型。要明确输入电压和所需要的输出电压,进而确定是升压、降压还是升/降压。特别要注意的是,普通线性稳压器、LDO和Buck(或Step-down)型DC-DC只能降压,不能升压,Boost(或Step-up)型DC-DC只能升压不能降压。强调这一点的原因是,一些芯片(LDO或者降压型DC-DC)的手册给出的输入电压范围和输出电压范围都很宽,很容易误导没有经验的设计者。手册中的输出电压范围,很多都是针对给出的输入电压范围的,对于特定的输入电压,在很多情况下,实际的输出是达不到给出的输出电压的。这一点十分关键,决定系统设计的成败,应引起高度重视。其次,手持设备的电源设计中,要注意芯片的静态电流,这一点对系统的待机时间影响很大,好的电源芯片的静态电流在μA级,较差的芯片在mA级,相差上千倍,静态电流越小,电池的电能耗散就越少,寿命就越长。再次,注意要从实际的负载来考察效率。电源效率与输出电流是密切相关的,当输出电流很小或很大时,效率都会变得较差,需要根据需要的电流来选择电源芯片,以达到效率最大化。4方案选择及芯片选型4.1方案选择方案1:3.3V输出采用LDO,5V输出采用电荷泵。方案2:3.3V输出采用Buck/Boost型DC-DC,5V输出采用升压型DC-DC。由于锂离子电池的电压范围变化较宽,在2.5V~4.2V(4.2V是满充可以达到的电压)之间都应该有正常的电源输出电压,如果采用3.3V输出的LDO,由于要满足输入输出的最小压差的要求,当电池电压降到3.4V左右时,电源可能达不到输出3.3V电压了。采用电荷泵输出5V,当输入输出电压比较接近时电荷泵的效率不会很高。采用第二种方案可以最大限度地提高电源转化效率,延长电池的使用时间。综合考虑以上的比较,选择第二种方案。4.2芯片选型通过查询,决定采用TI的两个芯片TPS63031和TPS61240分别作为3.3V输出和5V输出的电压转换芯片,TPS63031在输入电压在2.4~5.5V范围内,通过升压或者降压工作模式输出高达800mA的电流,在节能模式下,当输出电流在100~500mA之间变化时,效率均在80%以上。TPS61240是可以工作在3.5MHz的升压DC-DC,输出电流可以达到450mA,具有PFM/PWM工作模式,当负载电流在200mA左右时,可以在电池的电压范围内提供80%以上的效率。由于微处理器对电源纹波要求较高,所以在3.3V输出的后边增加了一个LDO,以滤除DC-DC输出较大的纹波,提高输出电压的稳压精度。由于要满足压差和处理器可靠工作电压的要求,选输出电压比3.3V低的TPS78320,可以输出3.2V电压,最大可以输出150mA的电流,这个电压满足微处理器LPC2142可靠工作电源电压范围和电流需求。此外,该LDO的静态电流仅为500nA,这正符合电池供电的手持系统节能的要求。5调试5.1调试步骤按照原理图上的参数在印制电路板上焊接好元器件之后,仔细检查元器件的取值、焊接方向、元器件的极性是否焊接正确,用万用表仔细检测元器件的焊接是否存在虚焊,靠得比较近的元器件是否存在不应该存在的短路现象。

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