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125KHz RFID芯片模块及电路替代方案

125K RFID芯片模块能写数据吗?

以上是125KHz RFID芯片模块供应商及芯片名称、频段、容量、功能、协议。18000-2、11784、11785协议。

集成 RFID 收发器可对 100 到 150 kHz 频率范围内的转发器、双相位编码和曼彻斯特编码 ASK 寻址。开/关键控制调制。

功耗低,性能优异:独特的并联天线概念,最大限度地提高功率效率;节能模式;波特率可选的片滤波器可获得最大灵敏度;无零调制问题。

成本低,设计紧凑: SO8 紧凑型读写器设计,包装和高度集成;没有外部石英参考,只有 2 电阻加天线;电影上的解码功能可以加快系统设计,易于使用;可用于泄漏数据和时钟输出 2 线串行通信。

无线射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)采用感应、电磁场或电磁波作为传输手段,完成非接触式双向通信,获取相关数据。该技术无需人工干预即可完成识别工作,易于实现自动化,不易损坏。它可以识别高速运动对象和多个射频卡,操作快捷方便,已被广泛使用。

目前,一些读卡器需要读卡芯片作为基站,成本较高。本文介绍了一种由分立元件组成的125 kHz RFID读取器,电路结构简单,成本极低EM4100型ID卡。

1 RFID系统的分类

RFID系统的分类方法有很多,根据频率和不同的工作频率,可分为以下四种:

(1)低频(120~135) kHz)。该频段具有较强的场渗透性,使用不受限制,性能不受环境影响,价格低廉,最大识别距离一般小于60 cm,主要用于门禁、一卡通消费管理、车辆管理等系统;

(2)高频(10~15) MHz)。与低频相比,该频段具有防碰撞、同时识别多个标签的优点,但其性能受环境影响,识别距离一般小于100 cm,主要用于图书管理、物流等系统;

(3)超高频(850~960) MHz)。与高频相比,该频段具有长距离识别的优点,最大识别距离可达10 m,但其性能受环境影响较大,价格也较贵,主要用于铁路车辆识别、集装箱识别等系统;

(4)微波(2.45~5.8) GHz)。该频段可实现远距离识别,识别距离可达100 m,但其价格也是最贵的,主要用于智能交通系统。

2 RFID系统的组成

射频识别系统一般由阅读器、电子标签和天线组成。

(1)读者:读取或读取/编写电子标签信息的设备的主要任务是控制射频模块向标签发送读取信号,接收标签响应,解码标签的标签信息,并将标签上的其他相关信息传输到主机进行处理。典型的阅读器包括高频模块(发送器和接收器)、控制单元和与应答器连接的耦合元件。此外,许多阅读器还有额外的界面(RS 232,RS 为了将获得的数据传输给其他系统(如个人计算机),系统结构框图如图1所示。

(2)电子标签(应答器):由芯片和内置天线组成。芯片中保存了一定格式的电子数据,并将其放置在识别对象上。作为待识别对象的识别信息,是射频识别系统的真实数据载体。内置天线用于与射频天线通信。通常,应答器没有自己的电源,只有在阅读器的响应范围内,应答器才是有源的。通过耦合单元(非接触)将应答器工作所需的能量传递给应答器。

(3)天线:数据传输的载体在标签和读者之间。

3 硬件电路设计

本设计以AVR系列单片机ATmega8作为微控制器。Atmel公司的AVR真正使用8位单片机的是第一个RSIC结构单片机采用大型快速存取寄存器组、快速单周期指令系统、单级流水线等先进技术AVR单片机高达1 MLPS/MHz高速运行处理能力。

如图2所示,硬件电路在图2中①单片机用于载波产生和功率放大电路T/C2工作于CTC标准125 kHz载波信号通过限流电阻R1后送入推拉式连接的三极管功率放大电路,放大的载波信号通过天线发射。天线L1与电容C1构成串联谐振电路,谐振频率为125 kHz,谐振电路的作用是在天线上获得最大的电流,从而产生最大的磁通量,获得更大的读卡距离。②检波电路用于去除125 kHz载波信号,恢复有用的数据信号。R2,D1,R3,C构成基本包络检波电路,C三是耦合电容,R4,C四是低通滤波电路,D2,D三是保护二极管,输出滤波放大电路。③对于滤波放大电路,滤波放大电路采用集成运放LM358滤波整形放大检波后的信号,放大后的信号送入单片机定时/计数器T输入捕捉引脚ICPl,由单片机对接收到的信号进行解码,从而得到ID卡的卡号。

4 软件设计

该系统的软件设计包括两部分:125 kHz产生载波和ID卡解码。载波信号相对简单,可以使用单片机T/C2.让它工作CTC当模式匹配时,输出OC取反便可以得到125 kHz方波。解码软件设计比较复杂,要对ID解码卡时,首先要掌握ID卡的存储格式和数据编码方式。

4.1 EM4100数据存储格式

图3是EM64位数据信息4100,由5个区组成:9个引导位,10个行偶验证位PO~P9PC0~PC三、四十个数据位D00~D九三、一个停止位S0。9个引导位出厂时已覆盖芯片,值为1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111“D00~D13是一个8位的晶体版本号或ID识别码。“D20~D93是8组32位的芯片信息,即卡号。

每当EM4100传输64个信息位后,只要ID该卡仍在读卡器的工作区域,它将按照图3的顺序再次发送64位信息,如此重复,直至ID卡退出读卡器的有效工作区域。

4.2 EM4100数据编码

EM4100使用曼彻斯特编码,如图4所示:位数据1对应于电平下跳,位数据0对应于电平上跳。在一系列数据传输的数据序列中,两个相邻位数据传输跳变的时间间隔应为1P。若相邻的位数据极性相同(相邻两位均为“O或1),在两次数据传输的电平跳变之间,有一次非数据传输、准备性(电平)空跳。确定位数据传输特是确定位数据传输特征的判断。在曼彻斯特码调制模式下,M每4100发送一个数据的时间是64个振荡周期,其值由RF/n决定。若载波频率为125 kHz,振荡周期时间为振荡周期的64分频,即位传输时间为:1P=64/125 kHz=512μs,半个周期为256μs。

4.3 解码软件设计

ATmega8单片机T/C输入捕获功能为1AVR定时/计数器是一个非常独特的功能,T/C输入捕捉单元可用于准确捕捉外部事件的发生,并记录事件的时间标记。输入捕捉事件发生时,T/C1的计数器TCNTl输入捕捉寄存器中的计数值ICRl并位输入捕获标志位ICFl,中断申请。可设置寄存器TCCRlB的第6位ICESl设置输入捕获信号触发模式。该系统使用单片机的输入捕获功能进行解码。

根据曼彻斯特的编码特点,每个数据都由半个周期的高电平和半个周期的低电平组成。因此,一个位数据可以分为两个位置。即位数据1可视为10O可视为01,64位数据可视为由128位组成。64位为了获得完整和连续存储的64位ID这里收到两轮完整的64位数据,即256位数据。上一轮接收到的停止位必然是本轮接收到的起始位,从而找出起始同步头。根据曼码的特点ID卡的有效数据(10解码为1;01解码为O”)并进行LCR如果验证正确,将进行验证ID卡号输出至PC机器,准备下一个解码;否则,直接准备下一个解码。 此外,在程序中首先定义数组bit[256]用于存储接收到的数据;定义变量flag用于标记256位数据接收;定义变量error用于标记校验错误。由于无ID当卡靠近读卡器的有效工作区域时,单片机输入捕捉引脚输入高电平,因此在主程序中首先设置为触发下降沿,清除计数器TCNTl,打开T/C输入捕捉功能1。如图5所示,主程序流程图。

在输入捕获中断程序中定义触发标志tr=1(用于表示下降边缘引起的触发),并定义一个无符号字符变量i来计数接收到的数据数量,因为无符号字符数据的值范围是O~255,所以当收到256位时,i值再次变为0。然后判断是否合法跳变。根据上述分析,电平跳变的时间为256μs或512μs合法跳变。本系统使用8 MHz时钟,T/C1设置为无预分频,系统周期为O.125μs,则256μs对应计数值为2 048,512μs对应计值应为4 096。取计数值TCNTl小于5 如果000是合法跳变的依据,TC-NTl大于5 000,被认为是由干扰信号产生的非法跳变,被忽略,被取走TCNTl介于3 000~5 000之间为512μs跳变依据。如果是合法跳变,因为是下降沿触发的中断,则认为接收到数据1;如果是合法跳变和3 000<TCNTl<5 000,认为收到两位数据1。

然后将输入捕获触发模式改为上升沿触发,设置触发沿标志tr=0(用于表示由上升沿引起的触发)。当中断是由上升沿触发时,执行类似的操作。图6为中断处理程序流程图。

5 结语

本设计的硬件电路中的功率放大器和检波部分由分立元件组成,无需读取卡基站芯片。电路结构简单,成本极低;软件部分用C语言编写,提出了曼彻斯特编码的解码方法。由于RS 232的最大传输距离只有15 m,因此对于需要远距离数据传送的场合,可以通过加入RS 为了提高传输距离,传输距离,从而实现远程数据采集和相关控制。在一些需要远读卡距离的应用中,功率放大电路(如D类功率放大电路)可以通过改进来提高,从而增加发射功率和读卡距离。通过测试,系统可以成功实现EM4100 ID微调天线后,卡的最大读取距离可达15 cm,且读卡稳定、成功率高,可将其应用于门禁、公交等系统。

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