基于AVR單片機(jī)的125kHz的RFID閱讀器設(shè)計(jì)

無(wú)線射頻識(shí)別(Radio Frequency Identification，RFID)是利用感應(yīng)、電磁場(chǎng)或電磁波為傳輸手段，完成非接觸式雙向通信、獲取相關(guān)數(shù)據(jù)的一種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。該技術(shù)完成識(shí)別工作時(shí)無(wú)須人工干預(yù)，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化且不易損壞，可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)射頻卡，操作快捷方便，已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。

目前存在的一些讀卡器，都需要讀卡芯片作為基站，成本較高。本文介紹了一種采用分立元件構(gòu)成的125kHzRFID閱讀器，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本極低，用于讀取EM4100型ID卡。

1、RFID系統(tǒng)的分類(lèi)

RFID系統(tǒng)的分類(lèi)方法有很多，在通常應(yīng)用中都是根據(jù)頻率來(lái)分，根據(jù)不同的工作頻率，可將其分為以下四種：

(1)低頻(120～135kHz)。該頻段具有很強(qiáng)的場(chǎng)穿透性，使用不受限制，性能不受環(huán)境影響，價(jià)格低廉，最大識(shí)別距離一般小于60cm，主要應(yīng)用于門(mén)禁、“一卡通”消費(fèi)管理、車(chē)輛管理等系統(tǒng);

(2)高頻(10～15MHz)。該頻段與低頻相比，具有防沖撞、能同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽的優(yōu)點(diǎn)，但其性能受環(huán)境影響，識(shí)別距離一般小于100cm，主要應(yīng)用于圖書(shū)管理、物流等系統(tǒng);

(3)超高頻(850～960MHz)。該頻段較高頻相比，具有可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離識(shí)別的的優(yōu)點(diǎn)，最大識(shí)別距離可達(dá)10m，但其性能受環(huán)境影響較大，價(jià)格也較貴，主要應(yīng)用于鐵路車(chē)輛識(shí)別、集裝箱識(shí)別等系統(tǒng);

(4)微波(2.45～5.8GHz)。該頻段可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離識(shí)別，識(shí)別距離可達(dá)100m，但其價(jià)格也最貴，主要應(yīng)用于智能交通系統(tǒng)中。

2、RFID系統(tǒng)的組成

射頻識(shí)別系統(tǒng)一般由閱讀器、電子標(biāo)簽、天線三部分組成。

(1)閱讀器：讀取或讀/寫(xiě)電子標(biāo)簽信息的設(shè)備，主要任務(wù)是控制射頻模塊向標(biāo)簽發(fā)射讀取信號(hào)，并接收標(biāo)簽的應(yīng)答，對(duì)標(biāo)簽的標(biāo)識(shí)信息進(jìn)行解碼，將標(biāo)識(shí)信息連帶標(biāo)簽上其他相關(guān)信息傳輸?shù)街鳈C(jī)以供處理。一臺(tái)典型的閱讀器包含有高頻模塊(發(fā)送器和接收器)、控制單元以及與應(yīng)答器連接的耦合元件。此外，許多閱讀器還有附加的接口(RS232，RS485等)，以便將所獲得的數(shù)據(jù)傳輸給另外的系統(tǒng)(如個(gè)人計(jì)算機(jī))。

(2)電子標(biāo)簽(應(yīng)答器)：由芯片及內(nèi)置天線組成，芯片內(nèi)保存有一定格式的電子數(shù)據(jù)，放在被識(shí)別物體上，作為待識(shí)別物品的標(biāo)識(shí)性信息，它是射頻識(shí)別系統(tǒng)真正的數(shù)據(jù)載體，內(nèi)置天線用于和射頻天線間進(jìn)行通信。通常，應(yīng)答器沒(méi)有自己的供電電源，只有在閱讀器的響應(yīng)范圍以內(nèi)，應(yīng)答器才是有源的。應(yīng)答器工作所需的能量，是通過(guò)耦合單元(非接觸的)傳輸給應(yīng)答器的。

(3)天線：標(biāo)簽與閱讀器之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)妮d體。

3、EM4100數(shù)據(jù)編碼方式

EM4100采用曼徹斯特編碼，位數(shù)據(jù)“1”對(duì)應(yīng)著電平下跳，位數(shù)據(jù)“0”對(duì)應(yīng)著電平上跳。在一串?dāng)?shù)據(jù)傳送的數(shù)據(jù)序列中，兩個(gè)相鄰的位數(shù)據(jù)傳送跳變時(shí)間間隔應(yīng)為1P。若相鄰的位數(shù)據(jù)極性相同(相鄰兩位均為“O”或“1”)，則在兩次位數(shù)據(jù)傳送的電平跳變之間，有一次非數(shù)據(jù)傳送的、預(yù)備性的(電平)“空跳”。電平的上跳、下跳和空跳是確定位數(shù)據(jù)傳送特征的判據(jù)。在曼徹斯*調(diào)制方式下，M4100每傳送一位數(shù)據(jù)的時(shí)間是64個(gè)振蕩周期，其值由RF/n決定。若載波頻率為125kHz，則每傳送一位的時(shí)間為振蕩周期的64分頻，即位傳送時(shí)間為：1P=64/125kHz=512μs，則半個(gè)周期的時(shí)間為256μs。

4、解碼軟件設(shè)計(jì)

ATmega8單片機(jī)T/C1的輸入捕捉功能是AVR定時(shí)/計(jì)數(shù)器的一個(gè)非常有特點(diǎn)的功能，T/C1的輸入捕捉單元可用于精確捕捉一個(gè)外部事件的發(fā)生，記錄事件發(fā)生的時(shí)間印記。當(dāng)一個(gè)輸入捕捉事件發(fā)生時(shí)，T/C1的計(jì)數(shù)器TCNTl中的計(jì)數(shù)值被寫(xiě)入輸入捕捉寄存器ICRl中，并置位輸入捕獲標(biāo)志位ICFl，產(chǎn)生中斷申請(qǐng)。可通過(guò)設(shè)置寄存器TCCRlB的第6位ICESl來(lái)設(shè)定輸入捕捉信號(hào)觸發(fā)方式。本系統(tǒng)利用單片機(jī)的輸入捕捉功能進(jìn)行解碼。