一种基于RFID读卡器的鱼道远程监测系统论文和设计-叶明

全文摘要

本实用新型涉及基于RFID读卡器的鱼道远程监测系统，由RFID读卡器通过感应线圈发送134.2Khz频率的射频信号，感应线圈通电状况下也产生磁场；体内携带玻璃管电子标签的鱼体，经过感应线圈时产生感应电流，从而获得能量，玻璃管电子标签被激活，使得电子标签将自身编码信息通过内置天线发送出去；RFID读卡器通过感应线圈接收到从标签发送来的信号，对接收的信号进行信号运算放大，并发送给无线数据传输终端，根据TCP\/IP通讯协议进行解调和解码。无线数据传输终端实时储存数据，并同时通过GPRS网络，以短信的形式发送编码信息到服务器；用户通过程序登陆服务器，接收编码信息等数据，从而实现远程监测目标鱼类个体在鱼道中的通过情况。

主设计要求

1.一种基于RFID读卡器的鱼道远程监测系统，其特征在于，包括：感应线圈，至少由发射线圈和接收线圈组成，感应线圈在通电时产生磁场，安装在使通道内通过的玻璃管电子标签获取感应电流的方向；RFID读卡器，具有分别与发射线圈和接收线圈电性连接的发射天线接口和接收天线接口，发射天线接口与功率放大电路的输出节点连接，接收天线接口与信号放大电路的输入节点连接，功率放大电路输入端连接频率发生电路，电压转换电路板连接电池为功率放大电路和信号放大电路供电；无线数据传输终端，具有与信号放大电路输出端连接的串口，还具有连接GPRS模块和存储卡的单片机，用于存储和向服务器传输从RFID读卡器接收的数据；所述玻璃管电子标签为封闭在玻璃管内的PIT射频芯片。

设计方案

1.一种基于RFID读卡器的鱼道远程监测系统，其特征在于，包括：

感应线圈，至少由发射线圈和接收线圈组成，感应线圈在通电时产生磁场，安装在使通道内通过的玻璃管电子标签获取感应电流的方向；

RFID读卡器，具有分别与发射线圈和接收线圈电性连接的发射天线接口和接收天线接口，发射天线接口与功率放大电路的输出节点连接，接收天线接口与信号放大电路的输入节点连接，功率放大电路输入端连接频率发生电路，电压转换电路板连接电池为功率放大电路和信号放大电路供电；

无线数据传输终端，具有与信号放大电路输出端连接的串口，还具有连接GPRS模块和存储卡的单片机，用于存储和向服务器传输从RFID读卡器接收的数据；

所述玻璃管电子标签为封闭在玻璃管内的PIT射频芯片。

2.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于，所述频率发生电路包括电连接振荡器的14位二进制异步计数器，该异步计数器的计数输出端通过电阻R41电连接至功率放大电路输入端。

3.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于，所述无线数据传输终端包括依次电连接的天线、SIM卡、GPRS模块、单片机，所述GPRS模块选用SIM300，其数据接收引脚RXD和数据发送引脚TXD与单片机的引脚连接，所述GPRS模块为SIM卡供电，还通过输出引脚相连，所述单片机选用P87LPC764，其输入端连接信号放大电路的输出端。

4.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于，所述功率放大电路包括发射管Q2、发射管Q3、电解电容C20和电容C14、C9、C16，所述发射管Q2的集电极与外部电源VCC连接，发射管Q2和发射管Q3的基极共同与射频发生电路的输入端连接，所述发射管Q2的发射极与所述发射管Q3的发射极共同连接所述发射天线接口ANT1，电容C9、C16并联，该并联支路一端连接于所述发射管Q3的集电极，其另一端连接所述接收天线接口ANT2，发射管Q3的集电极接地，电解电容C20和电容C14的一端接地，另一端并联至发射管Q2集电极。

5.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于，所述信号放大电路包括放大器U3A、放大器U3B，放大器U3A的输出端连接放大器U3B的同相端，电容C5、C22一端接地，另一端并联至放大器U3A的电源引脚，电阻R8的负极连接放大器U3A的反相端，电阻R8的负极还通过电阻R7接地，电阻R8的正极连接电阻R9的负极，电阻R9的正极连接电源引脚，其负极同时连接放大器U3B的反相端，电阻R9与电阻R8的共节点与RC并联电路一端连接，RC并联电路另一端接地；

发射天线接口ANT2与放大器U3A的同相端之间顺次设置有二极管D3、二极管D4、高频滤波电路、直流滤波电路、限幅电路，二极管D3和二极管D4串联，用于取出半周信号，其正极连接发射天线接口ANT2，其负极通过直流滤波电路的电容C6连接放大器U3A的同相端；直流滤波电路为串联RC电路，电阻R13与限幅电路并联，该并联支路一端连接电容C6与放大器U3A同相端之间的节点，另一端连接发射管Q3的集电极，限幅电路包括反向并联的二极管D5和二极管D6；高频滤波电路为RC并联电路，其一端连接二极管D4和电容C6的共接点，另一端连接发射管Q3的集电极，用于滤除高频载波。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及RFID射频识别技术领域，更涉及一种基于RFID读卡器的鱼道远程监测系统。

背景技术

监测目标个体(鱼类)在鱼道中的行为，如运动的方向、通过特定断面的时间，常采用视频监测法、网具回捕法和声学监测法，但上述三种方法存在以下缺点：1、网捕法影响鱼道的运行；2、视频监测法在水质浑浊情况下无法发挥其作用；3、声学监测技术不成熟，受环境因素的影响较大。目前需要在获知(鱼类)在鱼道中的行为，如运动的方向、通过特定断面的时间的同时将数据远程传输，不必现场人员值守，以便于可长期监测。

实用新型内容

本实用新型的技术目的在于提供一种基于RFID读卡器的鱼道远程监测系统，用于鱼道过鱼效果评估监测，可以应用于野外小河及溪流环境下水生生物监测、养殖场的水下鱼类、以及畜牧站、养殖场的牛、羊、鸡鸭的监测。

本实用新型的技术方案为：一种基于RFID读卡器的鱼道远程监测系统，包括：

感应线圈，至少由发射线圈和接收线圈组成，感应线圈在通电时产生磁场，安装在使通道内通过的玻璃管电子标签获取感应电流的方向；

无线数据传输终端，具有与信号放大电路输出端连接的串口，还具有连接GPRS模块和存储卡的单片机，用于存储和向服务器传输从RFID读卡器接收的数据；

所述玻璃管电子标签为封闭在玻璃管内的PIT射频芯片。

进一步地，所述频率发生电路包括电连接振荡器的14位二进制异步计数器，该异步计数器的计数输出端通过电阻R41电连接至功率放大电路输入端。

进一步地，所述无线数据传输终端包括依次电连接的天线、SIM卡、GPRS模块、单片机，所述GPRS模块选用SIM300，其数据接收引脚RXD和数据发送引脚TXD与单片机的引脚连接，所述GPRS模块为SIM卡供电，还通过输出引脚相连，所述单片机选用P87LPC764，其输入端连接信号放大电路的输出端。

进一步地，所述功率放大电路包括发射管Q2、发射管Q3、电解电容C20和电容C14、C9、C16，所述发射管Q2的集电极与外部电源VCC连接，发射管Q2和发射管Q3的基极共同与射频发生电路的输入端连接，所述发射管Q2的发射极与所述发射管Q3的发射极共同连接所述发射天线接口ANT1，电容C9、C16并联，该并联支路一端连接于所述发射管Q3的集电极，其另一端连接所述接收天线接口ANT2，发射管Q3的集电极接地，电解电容C20和电容C14的一端接地，另一端并联至发射管Q2集电极。

进一步地，所述信号放大电路包括放大器U3A、放大器U3B，放大器U3A的输出端连接放大器U3B的同相端，电容C5、C22一端接地，另一端并联至放大器U3A的电源引脚，电阻R8的负极连接放大器U3A的反相端，电阻R8的负极还通过电阻R7接地，电阻R8的正极连接电阻R9的负极，电阻R9的正极连接电源引脚，其负极同时连接放大器U3B的反相端，电阻R9与电阻R8的共节点与RC并联电路一端连接，RC并联电路另一端接地；

本实用新型的基本构思是：由RFID读卡器通过感应线圈发送134.2Khz频率的射频信号，感应线圈通电状况下也产生磁场；体内携带玻璃管电子标签的鱼体，经过感应线圈时产生感应电流，从而获得能量，玻璃管电子标签被激活，使得电子标签将自身编码信息通过内置天线发送出去；RFID读卡器通过感应线圈接收到从标签发送来的信号，对接收的信号进行信号放大，并发送给无线数据传输终端，根据TCP\/IP通讯协议进行解调和解码。

无线数据传输终端实时储存数据，并同时通过GPRS网络，以短信的形式发送编码信息到服务器；用户通过程序登陆服务器，接收编码信息等数据，从而实现远程监测目标鱼类个体在鱼道中的通过情况。

本实用新型实用新型的优点在于：使用134.2kHz的低频感应线圈及电子标签，适合于水体中鱼类个体的监测；PIT射频芯片感应距离远，感应线圈直径最大可达90cm，一般的读卡器识别范围仅10cm,该系统适用于鱼道环境的鱼类监测；使用全双工编码的芯片，芯片成本远低于半双工编码的；加载有无线数据传输终端GPRS-GTU，可以远程转输数据，可在连接互联网的场所接收到数据，系统同时也在现场实时存储监测数据。

三极管Q2和Q3驱动放大输入信号给天线ANT1，二极管D3、D4取出半周期信号，R12、C10滤除高频载波，C6、R13滤除直流信号，D5、D6反向并联起到限幅的作用，这样在将玻璃管电子标签发出的自身编码信息解调和解码时，防止输入信号过大，导致运算放大器自锁而损坏，U3A和U3B为滞回比较器，解决数字信号输出的抗干扰问题。电路滤除杂余信号后，最终输出载有鱼类编码的数字信号。

附图说明：

图1为本实用新型的监测系统的功能结构框图；

图2为本实用新型的监测系统的RFID读卡器的电路图；

图3为本实用新型的监测系统的射频发生电路的示意图；

图4为本实用新型的监测系统的无线数据传输终端GPRS-GTU电路图；

图5为本实用新型的监测系统的无线数据传输终端GPRS-GTU原理图。

具体实施方式：

如图1，一种基于RFID读卡器的鱼道远程监测系统，主要构件：1块RFID读卡器1、1个感应线圈2(1m*2m,宽*长)、1块无线数据传输终端3(带内存卡及SIM电话卡)、1个电压转换电路板4及1块备用电池5、1个铝制设备盒，电池使用12V锂电池。

感应线圈2的工作频率134.2k，穿透性强；接收2mm*12mm(玻璃管电子标签7的直径及长度)的玻璃管电子标签7发送的信号的距离是40cm或以上，感应线圈2由多匝导线组成；

如图2，RFID读卡器1支持FDX-B协议、EMID卡及其兼容RFID射频芯片，符合ISO11784\/85国际标准协议；RFID读卡器1具有UART通信接口，TTL电平输出，输出端为MCST，操作简单，波特率9600bps。系统电源电压为12V或220V。系统支持多个读卡模块在附近同时使用，不影响读卡。RFID读卡器1，具有分别与发射线圈和接收线圈电性连接的发射天线接口ANT1和接收天线接口ANT2，发射天线接口ANT1与功率放大电路的输出节点2连接，接收天线ANT2与信号放大电路的输入节点4连接，功率放大电路输入端0连接频率发生电路，电压转换电路板4连接电池5为功率放大电路和信号放大电路供电；

所述功率放大电路包括发射管Q2、发射管Q3、电解电容C20和电容C14、C9、C16，所述发射管Q2的集电极3与外部电源VCC连接，发射管Q2和发射管Q3的基极共同与射频发生电路的输入端CNT OUT连接，参见图3，所述发射管Q2的发射极与所述发射管Q3的发射极共同连接所述发射天线接口ANT1，电容C9、C16并联，该并联支路一端5连接于所述发射管Q3的集电极，其另一端6连接所述接收天线接口ANT2，发射管Q3的集电极接地，电解电容C20和电容C14的一端接地，另一端并联至发射管Q2集电极。所述信号放大电路包括放大器U3A、放大器U3B，放大器U3A的输出端9连接放大器U3B的同相端12，电容C5、C22一端接地，另一端并联至放大器U3A的电源引脚10，电阻R8的负极连接放大器U3A的反相端8，电阻R8的负极还通过电阻R7接地，电阻R8的正极连接电阻R9的负极，电阻R9的正极连接电源引脚，其负极同时连接放大器U3B的反相端13，电阻R9与电阻R8的共节点与RC并联电路(由电容C4与电阻R10构成)一端连接，RC并联电路另一端接地；图3为模拟电路，功能为信号放大，ASK解调。UA3和U3B为滞回比较器(施密特触发器，迟滞比较器)，减少输出在高低逻辑电平之间振荡，提升数字信号输出的抗干扰性能。

发射天线接口ANT2与放大器U3A的同相端7之间顺次设置有二极管D3、二极管D4、高频滤波电路、直流滤波电路、限幅电路，二极管D3和二极管D4串联，用于取出半周信号，其正极连接发射天线接口ANT2，其负极通过直流滤波电路的电容C6连接放大器U3A的同相端7；直流滤波电路为串联RC电路，由电容C6和电阻R13组成，电阻R13与限幅电路并联，该并联支路一端17连接电容C6与放大器U3A同相端之间的节点，另一端18连接发射管Q3的集电极，限幅电路包括反向并联的二极管D5和二极管D6，D5、D6为限幅(限压)作用，使U3A LMV358运算放大器的同相端(7号引脚)电压最大不会超过0.7V；高频滤波电路为RC并联电路，由电阻R12和电容C10组成，其一端19连接二极管D4和电容C6的共接点，另一端20连接发射管Q3的集电极，用于滤除高频载波。

如图4，无线数据传输终端3可自带128G存储卡，实时存储数据。具有与信号放大电路输出端MCST连接的串口引脚P0.2\/CIN2A，还具有连接GPRS模块和存储卡的单片机P87LPC764，用于存储和向服务器6传输从RFID读卡器1接收的数据；所述无线数据传输终端3包括依次电连接的天线、SIM卡、GPRS模块、单片机，所述GPRS模块选用SIM300，其数据接收引脚RXD和数据发送引脚TXD分别与单片机的引脚TXD和RXD对应电性连接，所述GPRS模块的VDD引脚连接SIM卡的VCC引脚为其供电，还通过输出引脚I\/O、CLK、RST与SIM卡的对应引脚相连，所述单片机选用P87LPC764，其输入端P0.2\/CIN2A连接信号放大电路的输出端MCST。

系统带备用锂电池5，可以保证停电状况下RFID读卡器1电路板及无线数据传输终端3仍可正常使用5-8小时。

玻璃管电子标签7是市场上购置的普通植入式HDX或FDX-B格式的PIT标签，在本系统中仅仅作为耗材使用。

表1 RFID读卡器技术参数表

设计图

一种基于RFID读卡器的鱼道远程监测系统论文和设计

一种基于RFID读卡器的鱼道远程监测系统论文和设计-叶明

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主设计要求

设计方案

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