基于AVR单片机的125kHz的RFID阅读器设计

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  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125kHzRFID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(120~135kHz)。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60cm,主要应用于门禁、“一卡通”消费管理、车辆管理等系统;

  (2)高频(10~15MHz)。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100cm,主要应用于图书管理、物流等系统;

  (3)超高频(850~960MHz)。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10m,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(2.45~5.8GHz)。该频段可实现远距离识别,识别距离可达100m,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(RS232,RS485等),以便将所获得的数据传输给另外的系统(如个人计算机)。

  (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、EM4100数据编码方式

  EM4100采用曼彻斯特编码,如图4所示:位数据“1”对应着电平下跳,位数据“0”对应着电平上跳。在一串数据传送的数据序列中,两个相邻的位数据传送跳变时间间隔应为1P。若相邻的位数据极性相同(相邻两位均为“O”或“1”),则在两次位数据传送的电平跳变之间,有一次非数据传送的、预备性的(电平)“空跳”。电平的上跳、下跳和空跳是确定位数据传送特征的判据。在曼彻斯*调制方式下,M4100每传送一位数据的时间是64个振荡周期,其值由RF/n决定。若载波频率为125kHz,则每传送一位的时间为振荡周期的64分频,即位传送时间为:1P=64/125kHz=512μs,则半个周期的时间为256μs。

   4、解码软件设计

  ATmega8单片机T/C1的输入捕捉功能是AVR定时/计数器的一个非常有特点的功能,T/C1的输入捕捉单元可用于精确捕捉一个外部事件的发生,记录事件发生的时间印记。当一个输入捕捉事件发生时,T/C1的计数器TCNTl中的计数值被写入输入捕捉寄存器ICRl中,并置位输入捕获标志位ICFl,产生中断申请。可通过设置寄存器TCCRlB的第6位ICESl来设定输入捕捉信号触发方式。本系统利用单片机的输入捕捉功能进行解码。

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