CN101546464B - 基于tms320f2812的单天线商品防盗检测信号发射系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于TMS320F2812的单天线商品防盗检测信号发射系统。它包括一块DSP-TMS320F2812和天线，DSP-TMS320F2812连接一个时钟、一个JTAG接口、一个复位和一个拨码开关电路，其输出信号经一个微分电路、一个扫频信号生成及同步控制电路、一个前端放大电路和一个功率放大电路后，连接至天线，由18V交流电源经一个电压比较器和一个电压变换电路接入工作电源；本系统产生扫频周期信号和同步时序控制信号，通过同步信号控制发射时序，将不同时间段的扫频信号通过天线发射出去，在天线两边形成检测场区，以达到检测进入检测场区的标签商品信号，从而达到防盗目的。

Description

基于TMS320F2812的单天线商品防盗检测信号发射系统

技术领域：

本发明涉及一种单天线的商品防盗检测系统(Electronic Article Surveillance，简称EAS)，本系统只需要一只天线就可实现EAS的功能，区别于传统的EAS系统(至少需要2只天线)。

背景技术：

随着经济的发展和人们购物观念的转变，零售业以传统的柜台销售为主的销售模式逐渐被开架销售(自选超市)这种崭新的模式所代替，开架销售模式在提高商品销量的同时，也带来了严重的商品被盗问题，商品防盗检测系统也就是伴随着自选超市所出现的问题而发展起来的。商品防盗检测系统于20世纪60年代诞生于美国，1979年进入中国市场，并于1992年开始普及应用。根据所采用的技术的不同和信号处理的算法不同，EAS系统可以分为模拟机系统、数字机系统和智能机系统。现在市场上广泛采用的是数字机型和模拟机型，数字机型仍占大多数。第一套国产EAS系统在1995年诞生于成都，发展滞后于欧美国家。

发明内容：

本发明的目的在于针对已有技术的缺陷，提供一种基于TMS320F2812的单天线商品防盗检测信号发射系统，通过一个天线来发射和接收信号，从而达到防盗的目的。

为达到上述目的，本发明的构思如下：本发明利用DSP-TMS320F2812产生180Hz的扫频周期信号以及同步时序控制信号，通过同步信号控制发射时序，然后通过发射电路，将不同时间段的中心频率为8.2MHz的扫频信号(频带为7.7MHz-8.7MHz)通过天线发射出去，在天线两边形成检测场区。单天线商品防盗检测系统工作原理：当有未解码的标签(硬标签或软标签)，经过天线两边的检测场区时，标签内部的LC回路和天线发出的扫频信号相互作用，产生回波信号，回波信号被天线接收，经过信号识别算法处理后最终触发系统的声光报警，提醒厂家有未解码标签被带出检测门道外，从而达到防盗的目的。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种基于TMS320F2812的单天线商品防盗检测信号发射系统，包括一块DSP-TMS320F2812和天线，其特征在于所述DSP-TMS320F2812连接一个时钟、一个JTAG接口、一个复位和一个拨码开关电路，其输出信号经一个微分电路、一个扫频信号生成及同步控制电路、一个前端放大电路和一个功率放大电路后，连接至所述天线，由18V交流电源经一个电压比较器和一个电压变换电路接入工作电源；系统产生扫频周期信号和同步时序控制信号，通过同步信号控制发射时序，将不同时间段的扫频信号通过天线发射出去，在天线两边形成检测场区。

上述系统中，通过一个电源滤波器和一个变压器从市电220V50Hz获得所述18V交流电源，将其接入所述电压变换电路和电压比较器，所述电压变换电路将18V交流电转成12V、5V、3.3V和1.8V电源，为系统提供工作电源；所述电压比较器的输出口连接所述DSP-TMS320F2812外部中断的输入口。

上述系统中，所述时钟是采用30MHz有源晶振(U24)为DSP-TMS320F2812提供工作时钟，所述晶振(U24)的Vdd端接3.3V电源，3.3V电源一端接0.1uF的电容(C227)到地，OE端悬空，接地端接地，输出端通过22欧姆的电阻(R223)接到所述DSP-TMS320F2812的时钟输入引脚XCLKIN；所述复位是一个手动复位开关(SW1)，通过1K欧姆的电阻(R224)连接到所述DSP-TMS320F2812的复位输入引脚，上拉电压3.3V通过20K欧姆的电阻(R214)接复位输入，通过10uF/10V的电解电容(C226)接地；所述JTAG接口的TMS引脚、TDI引脚、TDO引脚、TCK引脚和TRST引脚对应连接到所述DSP-TMS320F2812的TMS引脚、TDI引脚、TDO引脚、TCK引脚和TRST引脚，而EMU0引脚和EMU1引脚分别通过10K欧姆的上拉电阻(R222，R225)和上拉电压3.3V，连接到DSP-TMS320F2812的EMU0引脚和EMU1引脚，JTAG接口的电源接口由3.3V电源供电，3.3V电源同时接0.1uF的去耦电容(C228)到地。

上述系统中，所述的拨码开关电路是一个四路拨码开关电路：8脚四路拨码开关(SW-DIP4)的1、2、3、4引脚接地，5、6、7、8引脚分别接所述DSP-TMS320F2812的117、123、122、124引脚，同时5、6、7、8引脚分别通过1K欧姆的上拉电阻R1、R2、R3、R4连接3.3V电源。

上述系统中，所述微分电路采用一块LM324芯片；所述扫频信号生成及同步控制电路采用一块74F00芯片。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：传统的EAS系统，包括模拟机系统、数字机系统以及智能机系统都是以两只天线为基础的，每只天线实现不同的功能。一只天线用来发射信号而另外一个天线用来接收信号，信号发射电路和信号接收电路独立工作互不影响。本发明是针对单只天线的EAS系统。由于商品防盗检测系统检测距离有限，在大型商场众多门道时就需要安装多只系统，同时为了避免各系统间的相互影响，需要采取相关的措施。对于双天线EAS系统，可以通过控制发射电路产生不同的扫频周期来达到这一目的，但是对于单天线，因为信号的发射接收都在一块电路板上并且通过一个天线来发射和接收信号，因此采用的办法是通过不同的工作时序来实现同步功能。

附图说明：

图1为本发明一个实施例的系统结构框图。

图2为图1示例中时钟、复位和JTAG接口电路原理图。

图3为图1示例的电源电路原理图。

图4为图1示例的拨码开关电路原理图。

图5为图1示例的微分电路原理图。

图6为图1示例的扫频信号生成及同步控制电路原理图。

图7为图1示例的前端放大电路原理图。

图8为图1示例的功率放大电路原理图。

图9为单天线EAS系统天线示意图。

图10为图1示例的软件程序流程框图。

具体实施方式：

本发明的一个优选实施例结合附图详述如下：参见图1，本基于TMS320F2812的单天线商品防盗检测信号发射系统，包括一块DSP-TMS320F2812 5和天线13，其特征在于所述DSP-TMS320F2812 5连接一个时钟6、一个JTAG接口7、一个复位8和一个拨码开关电路2，其输出信号经一个微分电路9、一个扫频信号生成及同步控制电路10、一个前端放大电路11和一个功率放大电路12后，连接至所述天线13，由18V交流电源1经一个电压比较器3和一个电压变换电路4接入工作电源；系统产生扫频周期信号和同步时序控制信号，通过同步信号控制发射时序，将不同时间段的扫频信号通过天线13发射出去，在天线13两边形成检测场区。

本实施例以DSP-TMS320F2812为基础，构建系统平台，通过微分电路、扫频信号生成电路和功率放大电路产生符合条件的扫频信号(频率为7.7MHz～8.7MHz，中心频率8.2MHz可调，扫频宽度1MHz，扫频周期180Hz)，最终驱动天线将同步扫频信号发射出去。

本系统通过电源滤波器和变压器从市电220V50Hz获得18V交流电，进入系统的电压变换电路和电压比较器电路部分。电压变换电路包括将18V交流电转换成12V、5V、3.3V、1.8V，提供给系统各不同的电压需要，电压变换电路如图3所示。电压比较器输出接DSP-TMS320F2812的外部中断输入。DSP-TMS320F2812的外围时钟、复位和JTAG口与DSP-TMS320F2812的连接如图2所示。拨码开关连接到DSP-TMS320F2812的通用输入输出口上，具体连接如图4所示。DSP-TMS320F2812控制输出包括2部分：EVA(事件管理器A)输出和EVB(事件管理器B)输出。EVB的输出连接微分电路，相关连接及说明如图5所示。微分电路的输出和EVA的输出连接扫频信号产生和同步控制电路，电路连接说明如图6所示。扫频信号产生和同步电路输出电路输出部分接前端放大电路，前端放大电路连接如图7所示。前端放大电路的输出接功率放大电路，功率放大电路的连接如图8所示。功率放大电路输出接负载天线，天线的结构图如图9所示。

参见图2，上述时钟6是采用30MHz有源晶振U24提供DSPTMS320F2812的工作时钟，晶振U24的Vdd端接3.3V电源，3.3V电源一端接0.1uF电容C227到地，OE端悬空、接地端连接地，有源晶振U24的输出端通过22欧姆的电阻R223接到DSP的时钟输入引脚XCLKIN。所述复位8是手动复位开关SW1，通过1K欧姆的电阻R224连接到DSP的复位输入引脚，上拉电压3.3V通过20K欧姆的电阻R214接复位输入，同时通过10uF/10V的电解电容接地。上述JTAG接口7的TMS连接DSP的TMS引脚，JTAG口的TDI连接DSP的TDI引脚，JTAG口的TDO连接DSP的TDO引脚，JTAG口的TCK连接DSP的TCK引脚，JTAG口的TRST接DSP的TRST引脚，JTAG口的EMU0和EMU1分别通过10K的上拉电阻，上拉电压3.3V，连接到DSP的EMU0和EMU1。JTAG口电源接口由3.3V供电，3.3V电源同时接0.1uF的去耦电容C228到地。

参见图3，本系统采用交流50Hz、18V供电，电源输入端串接自恢复保险丝LP 60065，同时电源两端接0.01uF的电容C301，然后接入线圈B82790，线圈输出分别通过0.01uF的电容C302，C303到地，同时线圈的两端串接0.01uF的电容C304，二极管D1，型号LTJ并联到电容C304两端，此电源输出分为两部分：

第一部分，进入整流桥DB104S，整流桥的输出端4接地，另一个输出端1分别通过0.01uF的电容C306和0.01uF的电容C307到地，5uH的绕线电感L1串接到整流桥的输出，并通过10uF/35V电解电容接地。电感L1输出分别通过470uF/35V和220uF/35V电解电容接地，通过0.1uF的电容到地，然后L1的输出分两路，一路接到L7812的输入端，L7812的接地端接地，在输出端输出12V电压，并通过220uF/35V的电解电容C325和0.1uF的电容C319到地。L1输出的另一路先经过一个220欧姆的电阻R25分压，然后电阻输出到L7805的输入端，L7805的接地端接地，输出端输出电压5V，并通过220uF/35V的电解电容接地。5V直流电压一部分供后续集成电路使用外，还要将其进行电压转换：将5V电压输入到三极管Q6、Q7，型号为LM317的输入端。Q6的输出通过二极管CR12，型号为M7连接到Q6的输入，并通过240欧姆的电阻R51接到LM317的Adj端，Adj端通过二极管CR7型号M7接到LM317的输出端，通过390欧姆的电阻R50到地，10uF/50V的电解电容C100到地。Q6的输出端通过0.1uF的电容C44和4.7uF/50V的电解电容C34到地，Q6的输出端输出电压3.3V。Q7的输出端通过二极管CR13型号为M7接到Q7的输入端，CR12和CR13共同通过0.1uF的电容C103到地。Q7的输出端通过240欧姆的电阻(R53)接到Q7的Adj端，Adj端通过二极管CR14型号M7接到LM317的输出端，通过110欧姆的电阻R52到地，47uF/50V的电解电容C35到地。Q7的输出端通过0.1uF的电容C45和10uF/50V的电解电容C53到地，Q7的输出端输出电压1.8V。

第二部分：线圈B82790的输出分别经过6.8K欧姆的电阻R301和15K欧姆的电阻R303到LM393的3引脚和2引脚。LM393的引脚2和3之间串接10K欧姆的电阻R302，电阻R302和0.01uF的电容C305并联。LM393的引脚2通过2.2nF/16V的电解电容C309接地。LM393的输出端1接10K欧姆的上拉电阻，上拉电压为3.3V，然后连接到DSP-TMS320F2812的外部中断引脚XINT2。

参见图4，上述拨码开关电路是一个四路拨码开关电路：8脚四路拨码开关，1、2、3、4引脚接地，5、6、7、8分别接DSP的引脚117、123、122、124。同时5、6、7、8脚分别通过1K欧姆的上拉电阻R1，R2，R3，R4连接3.3V电源。

参见图5，上述微分电路9的核心集成电路是LM324，LM324的输入信号引脚为12脚，它连接到DSP-TMS320F2812的46脚。LM324的13脚通过15K欧姆的电阻R154连接到12V电源，同时通过2.7K欧姆的电阻R152到地，通过0.1uF的电容C95接地。LM324的14脚通过27K欧姆的电阻R142和47nF的电容C89连接到LM324的8和9脚。LM324的10脚通过68K欧姆的电阻R155连接到电容C89和电阻R142，LM324的10脚还通过22nF的电容C90接地。LM324的引脚11接地。LM324的8和9脚通过27K欧姆的电阻R156和47nF的电容C113接到LM324的7脚和6脚。电阻R157与电阻R156和电容C113连接，电阻R157的另一端接LM324的5脚，LM324的5脚还通过22nF的电容C112接地。LM324的引脚4为电源输入，接12V。LM324的引脚6和7通过27K欧姆的电阻R159和68K欧姆的电阻R158接到LM324的引脚3上，LM324的引脚3还通过0.01uF的电容C111接地。LM324的输出引脚1和2相连，并通过47nF的电容C115接到电阻R158和电阻R159之间。LM324的引脚1和2通过1K欧姆的电阻R160接到电位器VR7的可调端，电位器阻值为2K欧姆。电位器一端接地，另一端通过1K欧姆的电阻R161输出到TP1。

参见图6，上述扫频信号生成及同步控制电路10的核心集成电路为与非门74F00，74F00的4、5、7、9、10脚接地，6和8脚悬空。14脚接电源5V。DSP-TMS320F2812的93引脚同时连接到74F00的2脚和12脚。74F00的13脚和3脚相连。74F00的3脚还通过33uH的电感L31接到74F00的引脚1上，引脚1还通过变容二极管CR21型号为BB112，CR22型号为BB112接到74F00的引脚13上，74F00的引脚1和13接的是变容二极管的阴极。TP1信号通过10uF的胆电容C117接到变容二极管CR21和CR22之间，并通过0.001uF的电容C116接地。电位器VR8，阻值50K欧姆，可调端通过33K欧姆的电阻接到变容二极管CR21和CR22之间，电位器的一端通过150K欧姆的电阻R162接地，另一端通过240K欧姆的电阻接12V电源。

参见图7，上述前端放大电路11是信号TP2通过0.001uF的电容C119连接到三极管Q31-2N2222的基极，2N2222的发射级接5V电源，5V电源并通过47K欧姆的电阻R166接到2N2222的基极。2N2222的发射极通过0.01uF的电容C121接到三极管Q32的基极，三极管Q31和电容C121共同通过470欧姆的电阻R167接地。三极管Q32-BC558发射极通过51欧姆的电阻R168接12V电源，Q32的基极通过270K欧姆的电阻R169接到Q32-BC558的发射极。三极管Q33-2N2222基极通过5.6K欧姆的电阻R171接5V电源，Q33的发射极接地，集电极通过470欧姆的电阻R172接地，并通过22欧姆的电阻与Q32的集电极相连。Q32的集电极通过0.001uF的电容C120连接到电位器VR9的一端，电位器的另一端接地，可调段通过0.001uF的电容C122接到Q35-2N2222的基极，Q35的发射极通过22欧姆的电阻R174到地。Q35的基极和集电极之间串接47K欧姆的电阻R173。12V电源通过100欧姆的电阻R175和220欧姆的电阻R176接到Q35的集电极。R175和R176通过0.1uF的电容C123接地。Q35的集电极通过0.01uF的电容C124接到TP3端。TP3通过18K欧姆的电阻R178接12V电源，同时通过10K欧姆的电阻R179接地。

参见图8，上述功率放大电路12是信号TP3连接到Q34-2N2222的基极。Q34-2N2222的集电极通过180欧姆的电阻R180接12V电源，并通过0.01uF的电容C125接51欧姆的电阻R181到Q36-2SD1816的基极。2SD1816的基极通过51K欧姆的电阻接12V电源，并通过10K欧姆的电阻R184、1uF的电容C127、22K欧姆的电阻R185接地。Q36-2SD1816的发射极接地。Q34的发射极通过180欧姆的电阻R177接地，并通过0.01uF的电容C126、51欧姆的电阻R182接Q37-2SD1816的基极，Q37的基极通过51K欧姆的电阻接12V电源，并通过10K欧姆的电阻R187、1uF的电容C128、22K欧姆的电阻R188到地。Q37-2SD1816的发射极接地。Q36和Q37的集电极分别接线圈TR的两个输入端，线圈12V供电。线圈的两个输出端串接30pF的瓷片电容C132，在线圈的每一个输出端再各通过一个30pF的瓷片电容C131、C132接地，然后线圈的输出直接与负载天线相连。

参见图9，上述天线13是单天线EAS系统天线内部包括两组线：发射信号线和接收信号线。图中的黑色实线是信号发射天线(呈倒U型，即图中标为TX的一组线)，其余的一组两条线是信号接收天线(单8和双8线型的组合)。

本发明是以DSP-TMS320F2812作为核心控制部件，通过编程产生相应的控制信号控制扫频信号的宽度和扫频信号的同步，通过硬件电路由变容二极管构成的环形振荡器产生扫频信号。

软件程序流程框图如图10所示：首先，对DSP进行复位，清寄存器，然后对DSP-TMS320F2812进行初始化，包括系统初始化(DSP内部锁相环倍频系数设置为10，使DSP工作频率为150MHz)，GPIO初始化(将事件管理器对应的引脚设置为复用功能)以及初始化中断向量表等，系统初始化结束后，再对EVB(DSP的事件管理器B)进行设置，使之产生180Hz的方波(180Hz方波信号由程序一产生)，DSP-TMS320F2812的EVB可以与其片内外设并行工作，在EVB持续工作时，等待外部中断信号的到来。外部中断信号由图3中的电压比较器LM393输出得来，将市电50Hz的正弦交流电转变为单极性方波，幅值0～3.3V，可以直接作为DSP的外部中断输入信号。当50Hz方波的下降沿(也可以设置为上升沿)到来时，跳入中断服务程序，否则循环等待。当进入中断服务程序后，读取四位拨码开关的状态，并判断select的值，然后根据select的值，转向由select的值所对应的子程序，从而产生相应的同步控制信号(单路同步控制信号由程序二产生)，同步控制信号是有DSP-TMS320F2812的事件管理器A通过比较中断产生，并最终通过DSP-TMS320F2812的PWM(脉宽调制)引脚93输出，同步扫频信号工作时序图如图11所示：在50Hz的周期内，同步控制信号与50Hz的中断信号保持固定的相位关系，从而控制输出的同步扫频信号与50Hz的中断信号也保持相对应的相位关系。

由DSP46引脚输出的180Hz的方波进入图5由四运放集成电路LM324构成的微分电路，输出端TP1，在微分电路和LM324外围电路共同作用下，将180Hz的方波信号转变成180Hz的正弦信号，也就是扫频宽度信号，电位器VR7可以用来调节扫频宽度的偏移量。TP1信号进入图6的扫频信号发生和同步控制电路，生成中心频率为8.2MHz的扫频信号(扫频信号频率为7.7MHz～8.7MHz)，中心频率可由电位器VR8来调节，扫频信号的产生是由2个变容二极管和与非门构成的环形振荡器来实现的。电路中芯片74F00是一个与非门电路，同步控制信号接到与非门的一个输入端，来控制扫频信号的通断(当同步信号为高电平是电路导通，当同步信号为低电平时电路截止)，图6扫频信号产生和同步控制电路的输出端为TP2，信号TP2为生成的同步扫频信号。同步扫频信号生成以后，功率比较低，不能直接通过天线发射出去，因此要对所生成的同步扫频信号进行放大，如图7和图8所示的两级线性放大电路，前端驱动放大和功率放大电路，前端驱动放大电路是以晶体管2N2222和BC558构成，放大截止频率大于10MHz，适用于7.7MHz-8.7MHz的扫频信号放大。放大功率大小可以通过VR9来调节。输出端TP3接入到功率放大电路的输入端，功率放大电路的核心放大元件是功率三极管2SD1816(C100、2SC1297、2SC2166备选)，实际电路中，由于功率放大元件发热较大，因此电路中采用直插封装元件。功率三极管2SD1816输出信号经过线圈的耦合匹配，接到负载天线的信号发射端，负载天线如图9所示，最终生成可以直接通过天线发射出去的同步扫频信号。

Claims (5)

1.一种基于TMS320F2812的单天线商品防盗检测信号发射系统，包括一块DSP-TMS320F2812(5)和天线(13)，其特征在于所述DSP-TMS320F2812(5)连接一个时钟(6)、一个JTAG接口(7)、一个复位(8)和一个拨码开关电路(2)，其输出信号经一个微分电路(9)、一个扫频信号生成及同步控制电路(10)、一个前端放大电路(11)和一个功率放大电路(12)后，连接至所述天线(13)，由18V交流电源(1)经一个电压比较器(3)和一个电压变换电路(4)接入工作电源；系统产生扫频周期信号和同步时序控制信号，通过同步信号控制发射时序，将不同时间段的扫频信号通过天线(13)发射出去，在天线(13)两边形成检测场区；当有未解码的标签——硬标签或软标签，经过天线两边的检测场区时，标签内部的LC回路和天线发出的扫频信号相互作用，产生回波信号，回波信号被天线接收，经过信号识别算法处理后，最终触发系统的声光报警，提醒厂家有未解码标签被带出检测门道外，从而达到防盗的目的。

2.根据权利要求1所述的基于TMS320F2812的单天线商品防盗检测信号发射系统，其特征在于通过一个电源滤波器和一个变压器从市电220V50Hz获得所述18V交流电源(1)，将其接入所述电压变换电路(4)和电压比较器(3)，所述电压变换电路(4)将18V交流电转成12V、5V、3.3V和1.8V电源，为系统提供工作电源；所述电压比较器(3)的输出口连接所述DSP-TMS320F2812(5)外部中断的输入口。

3.根据权利要求1所述的基于TMS320F2812的单天线商品防盗检测信号发射系统，其特征在于所述时钟(6)是采用30MHz有源晶振U24为DSP-TMS320F2812(5)提供工作时钟，所述晶振U24的Vdd端接3.3V电源，3.3V电源一端接0.1uF的电容C227到地，OE端悬空，接地端接地，输出端通过22欧姆的电阻R223接到所述DSP-TMS320F2812(5)的时钟输入引脚XCLKIN；所述复位(8)是一个手动复位开关SW1，通过1K欧姆的电阻R224连接到所述DSP-TMS320F2812(5)的复位输入引脚，上拉电压3.3V通过20K欧姆的电阻R214接复位输入，通过10uF/10V的电解电容C226接地；所述JTAG接口(7)的TMS引脚、TDI引脚、TDO引脚、TCK引脚和TRST引脚对应连接到所述DSP-TMS320F2812(5)的TMS引脚、TDI引脚、TDO引脚、TCK引脚和TRST引脚，而EMU0引脚和EMU1引脚分别通过10K欧姆的上拉电阻R222，R225和上拉电压3.3V，连接到DSP-TMS320F2812(5)的EMU0引脚和EMU1引脚，JTAG接口(7)的电源接口由3.3V电源供电，3.3V电源同时接0.1uF的去耦电容C228到地。

4.根据权利要求1所述的基于TMS320F2812的单天线商品防盗检测信号发射系统，其特征在于所述的拨码开关电路(2)是一个四路拨码开关电路：8脚四路拨码开关SW-DIP4的1、2、3、4引脚接地，5、6、7、8引脚分别接所述DSP-TMS320F2812(5)的117、123、122、124引脚，同时5、6、7、8引脚分别通过1K欧姆的上拉电阻R1、R2、R3、R4连接3.3V电源。

5.根据权利要求1所述的基于TMS320F2812的单天线商品防盗检测信号发射系统，其特征在于所述微分电路(9)采用一块LM324芯片；所述扫频信号生成及同步控制电路(10)采用一块74F00芯片。

Images