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宠物管理系统中RFID读卡器设计

时间:06-08 来源:互联网 点击:

1引言

射频识别技术(RadioFrequencyIdentification,RFID)是利用无线电波对记录媒体进行读写。射频识别的距离可达几十厘米至几米。根据读写的方式,可以输入数千字节的信息,同时,还具有极高的保密性。RFID系统的卡片与读写器之间,无需物理接触即可完成识别,因此,可实现多目标识别和运动目标识别。低频系统有读写短距离、成本低的特点,主要有125kHz和134.2kHz两种频率,可用于门禁控制、校园卡、动物监管、货物跟踪等。本文设计的读卡器属于低频系统,使用EM4095构成读写电路,利用单片机完成Biphase解码,在宠物管理系统中用来对动物标签进行识别。

2工作原理及电路设计

2.1工作原理

读卡器采用射频读写芯片EM4095。EM4095的工作模式是由弓I脚SHD和MOD的逻辑电平来控制。当SHD引脚为高电平时,EM4095处于休眠模式。芯片上电时SHD引脚必须为高电平,以便芯片初始化。SHD为低电平时,电路发射射频载波,开始解调天线接收到的AM信号,解调的数字信号通过DEMOD—OUT引脚送到微控制器,以便进行解码和处理。MOD引脚为高电平时电路处于三态,MOD接地使芯片进入只读状态。

EM4095内部集成了锁相环系统,该系统可自适应调整天线谐振频率,发射1OO~150kHz的载波,完成读取射频卡信息的工作。射频卡本身不带电源,是通过负载调制的方式耦合到应用终端的天线上,需要从EM4O95发送的射频信号中提取能量,所以在读取射频卡数据时,EM4095要连续发射射频载波信号。射频卡内有一个LC串联谐振电路,其谐振频率与射频载波频率一致,在电磁波的激励下,LC谐振电路产生共振,从而产生感应电势,当电量累积到一定数量时,就可以作为电源为电路提供工作电压,将卡内信息发送出去。EM4095通过天线接收射频卡发回的信号,并对接收的信号解调,从而得到射频卡中的信息。然后把信息发送给单片机,由单片机按照射频卡的无线通信协议对数据解码、保存或者通过串口传给上位机进行处理。

2.2电路设计

本文设计的读卡器用于宠物管理系统的手持终端设备中,工作频率为134.2kHz。图1是读卡器的电路原理图。



图1读写器电路原理图

单片机ATmega88负责接收上位机的指令,驱动EM4095以及对EM4095发回的数据进行Biphase解码、校验,向上位机发送卡号。单片机ATmega88的PC2,PD7引脚控制EM4095的工作模式,EM4095解调后的数据输出给单片机的PB0引脚,此引脚具有输入捕获功能。基站天线是用铜制漆包线绕制的,天线线圈的直径远大于漆包线的直径。可以采用下面的公式对天线参数进行计算:

其中:L为线圈的电感;N为天线线圈的匝数;U。为磁导率,表征磁介质磁性的物理量,其值为1.257×10-6 V·s/(A·m);R为天线线圈的半径;d为漆包线的直径。本文所用的线圈匝数为120匝,电感为1.54mH。天线线圈的电感确定后,将天线、电阻(R1)、电容(C21,C22,C23)串联构成谐振电路,可以通过下式来确定总电容值,以保证天线的频率与EM4095频率相同。

其中:F0为谐振频率;动物标签频率为134.2kHz;L为天线线圈的电感;C为电容并联的总电容值,通过计算可以得到电容值为912.65pF。

在调试过程中,采用3个电容并联代替1个电容串联到电路中的做法,可以起到高频滤波、消除脉冲干扰的作用。另外通过调节C26的电容值使EM4095的第8引脚DEM0D_IN上的电压峰峰值比ANT1,ANT2引脚上的电压峰峰值小,以便消除无卡时EM4095的杂波输出,便于单片机对数据进行解码。

3软件设计

ISO11784/11785协议是国际标准化组织对动物RFID做出的技术规定。其中对全双工模式做了如下规定:1个11位(00000000001)的数据头用于识别数据流的开始;8个8位的码组组成64位ID号;2个8位的CRC一16校验码码组;3个8位的包含尾码的码组;每个码组的后面都加上一个控制码“1”,防止数据头重复出现。动物标签采用只读芯片EM4105,采用RF/32的传输波特率,数据编码方式为Biphase编码,存储了128位数据信息。



图2为Biphase编码波形图

Biphase编码的特点是二进制码“0”在半位周期时跳变,“1”在半位周期时无跳变,并且“0”和“1”在位周期时都跳变,正好可以利用这一特点解码。通过计算可以得知位周期为238.5μs,半位周期为119μs。图3为读卡流程图。

图3读卡流程图

读卡过程先对系统进行初始化,单片机ATmega88的T/C1内部有输入捕获单元,可应用于精确捕获一个外部事件的发生以及事件发生的时间印记。EM4095解调输出的波形输入到单片机的ICP1引脚,单片机进行跳变

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