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基于AVR单片机的125kHz简易RFID阅读器设计

发布时间:2020-06-30 18:58:49 阅读: 来源:遮阳挡厂家

0 引言 无线射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)是利用感应、电磁场或电磁波为传输手段,完成非接触式双向通信、获取相关数据的一种自动识别技术。该技术完成识别工作时无须人工干预,易于实现自动化且不易损坏,可识别高速运动物体并可同时识别多个射频卡,操作快捷方便,已经得到了广泛的应用。 目前存在的一些读卡器,都需要读卡芯片作为基站,成本较高。本文介绍了一种采用分立元件构成的125 kHz RFID阅读器,电路结构简单,成本极低,用于读取EM4100型ID卡。1 RFID系统的分类 RFID系统的分类方法有很多,在通常应用中都是根据频率来分,根据不同的工作频率,可将其分为以下四种: (1)低频(120~135 kHz)。该频段具有很强的场穿透性,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,主要应用于门禁、“一卡通”消费管理、车辆管理等系统; (2)高频(10~15 MHz)。该频段与低频相比,具有防冲撞、能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,主要应用于图书管理、物流等系统; (3)超高频(850~960 MHz)。该频段较高频相比,具有可实现长距离识别的的优点,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,主要应用于铁路车辆识别、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,但其价格也最贵,主要应用于智能交通系统中。2 RFID系统的组成 射频识别系统一般由阅读器、电子标签、天线三部分组成。 (1)阅读器:读取或读/写电子标签信息的设备,主要任务是控制射频模块向标签发射读取信号,并接收标签的应答,对标签的标识信息进行解码,将标识信息连带标签上其他相关信息传输到主机以供处理。一台典型的阅读器包含有高频模块(发送器和接收器)、控制单元以及与应答器连接的耦合元件。此外,许多阅读器还有附加的接口(RS 232,RS 485等),以便将所获得的数据传输给另外的系统(如个人计算机),其系统结构框图如图1所示。

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(2)电子标签(应答器):由芯片及内置天线组成,芯片内保存有一定格式的电子数据,放在被识别物体上,作为待识别物品的标识性信息,它是射频识别系统真正的数据载体,内置天线用于和射频天线间进行通信。通常,应答器没有自己的供电电源,只有在阅读器的响应范围以内,应答器才是有源的。应答器工作所需的能量,是通过耦合单元(非接触的)传输给应答器的。 (3)天线:标签与阅读器之间数据传输的载体。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是8位单片机中第一个真正采用RSIC结构的单片机,它采用了大型快速存取寄存器组、快速单周期指令系统以及单级流水线等先进技术,使得AVR单片机具有高达1 MLPS/MHz的高速运行处理能力。

硬件电路如图2所示,在图2中①为载波产生及功率放大电路,由单片机的T/C2工作于CTC模式,产生标准125 kHz载波信号,经过限流电阻R1后送入推挽式连接的三极管功率放大电路,放大后的载波信号通过天线发射出去。天线L1与电容C1构成串联谐振电路,谐振频率为125 kHz,谐振电路的作用是使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为检波电路,检波电路用来去除125 kHz载波信号,还原出有用数据信号。R2,D1,R3,C2构成基本包络检波电路,C3为耦合电容,R4,C4为低通滤波电路,D2,D3为保护二极管,输出接到滤波放大电路。③为滤波放大电路,滤波放大电路采用集成运放LM358对检波后的信号进行滤波整形放大,放大后的信号送入单片机的定时/计数器T1的输入捕捉引脚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 本系统的软件设计包括两部分:125 kHz载波的产生和ID卡解码。载波信号产生相对简单,可利用单片机的T/C2,使其工作于CTC模式,比较匹配时使输出OC2取反便可得到125 kHz的方波。解码软件设计相对较复杂,要对ID卡进行解码,首先应掌握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EM4100的64位数据信息,它由5个区组成:9个引导位、10个行偶校验位“PO~P9'’、4个列偶校验位“PC0~PC3”、40个数据位“D00~D93”和1个停止位S0。9个引导位是出厂时就已掩膜在芯片内的,其值为“111111111”,当它输出数据时,首先输出9个引导位,然后是10组由4个数据位和1个行偶校验位组成的数据串,其次是4个列偶校验位,最后是停止位“0”。“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。

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