125K非接触ID卡读卡器设计完整版
125kHzRFID读写器的硬件设计_
中国高新技术企业
125kHz RFID 读ห้องสมุดไป่ตู้器的硬件设计
文 / 王萍 曾宝国
【摘 要 】 射 频 识 别 (R FID ) 是 利 用 无 线 方 式 对 电 子 数 据 载 体 ( 电 子 标 签 ) 进 行 识 别 的 一 种 新 兴 技 术 。本 文 针 对 工 作 频 率 为 125kHz 的 电 子 标 签 AT88FR 256- 12 , 介 绍 了 其 识 读 系 统 的 组 成 及 读 写 终 端 的 硬 件 设 计 。 【关 键 词 】 R FID 读 写 器 硬 件 设 计
4 结束语 以上是本人在计算机机房工作多年中, 所总结的计算机故障及 维护的一些处理方法。前面我们已提到过计算机是高精密设备, 它 的 维 护 与 保 养 是 繁 重 的 、复 杂 的 , 希 望 这 些 方 法 能 给 每 位 计 算 机 用 户提供方便, 减少不必要的经济损失。
(作者单位系陕西理工学院计算机科学与技术系)
射 频 识 别 技 术 (RFID)是 近 年 迅 速 发 展 起 来 的 一 项 新 技 术 , 它 利 用 射 频 信 号 通 过 空 间 耦 合 (交 变 磁 场 或 电 磁 场 )实 现 非 接 触 式 信 息 传 递 , 达 到 自 动 识 别 目 的 。 与 接 触 式 IC 卡 和 条 形 码 识 别 技 术 相 比 , 射 频 识 别 技 术 最 大 的 优 势 在 于 特 别 适 合 对 数 量 大 、分 布 区 域 广 的 信 息 进 行 智 能 化 管 理 和 高 效 快 捷 地 运 作 , 因 此 在 物 流 、交 通 航 运 、自 动 收 费、服务领域等方面有着广泛的应用前景。 针对工作频率为 125kHz 的 电 子 标 签 AT88FR256 - 12 , 本 文 介 绍 了 其 识 读 系 统 的 组 成 及读写终端的硬件设计。
125K RFID Manual
RFID-125K 读卡模块KM-RFID-125K+0.8~5V宽电压输入小体积、超低功耗UART或IIC接口自带看门口功能RS485方向控制带各种状态指示灯(可连接蜂鸣器)可根据客户要求定制传输协议目录一、产品特点 (3)二、硬件介绍 (3)1、接口说明 (3)2、物理尺寸 (4)三、通讯协议 (5)1、通讯接口选择 (5)2、串口传输协议I2C协议 (5)3、I2C通讯协议 (5)一、产品特点KM-RFID-125K是一种非接触式的射频读卡模块,它具有体积小,功耗低、灵敏度高等特点,非常适合产品巡查、门禁、考勤、物联网等领域。
用户可以将该模块插/焊接在板卡上,减少开发周期、降低产品成本。
电压输入范围:+0.8~5V电压输入;读卡电流:5V/30mA产品尺寸: 33×17.5mm;数据接口:UART或IIC接口(自动选择);带RS485方向控制PIN脚;支持EM、TK及其兼容卡片;工作温度:-20~70摄氏度工作原理:(见右图)二、硬件介绍1、接口说明I2C与串口选择,由“寻卡指令”来决定,当某个接口收到“寻卡指令时”RFID模块便从该接口输出。
PIN脚名称含义电源输入接口正极1 V_IN电源地2 GNDI2C时钟(电路中建议用4.7K上拉)3 I2C_SCLI2C数据(电路中建议用4.7K上拉)4 I2C_SDA串口的数据接收5 RXD6 TXD串口的数据发送RS485方向控制7 DIR天线1(连345uH读卡线圈)8 An19 An2天线2(连345uH读卡线圈)卡号发送指示(发送卡号时为低电平,灯亮)10 Answer有卡指示(ID卡在识别范围内低电平,灯亮)11 Card12 Search寻卡指示(收到寻卡指令时为低电平,灯亮)MCU复位信号,建议不连接。
13 RST2、物理尺寸图三、通讯协议1、通讯接口选择该模块有串口和I2C 接口,在实际使用时,通电后,上位机通过其中一个接口通讯时,模块自动选择该接口。
125KHz非接触式IC卡原理与应用(全)
125KHz非接触式IC卡原理与应用第一部分:基本知识一、简介IC卡(Integrated Circuit Card)经过20多年的发展,已广泛应用于金融、电信、保险、商业、国防、公共事业等领域。
IC卡按外部接口设备的连接方式可分为接触式IC卡和非接触式IC卡(又称射频卡,RFID)两类。
接触式IC卡,就是IC卡与外界进行数据通讯时,芯片的电极触点必须与IC卡读写设备直接连接;非接触式IC卡在使用时则无须与IC卡读写器设备直接连接,而是通过无线电波或电磁感应的方式实现与IC卡读写设备的数据通讯。
在刷卡速度要求高,用卡环境恶劣,污染严重等环境下,非接触式IC卡有着它特有的优势。
非接触式IC卡成功地解决了无源(卡中无电源)和免接触这一难题,是电子器件领域的一大突破,由于其高度安全保密、通信速率高、使用方便、成本日渐低廉等特点而得到广泛使用,主要应用于智能门禁控制、智能门锁、考勤机以及自动收费系统等。
射频卡与接触式IC卡相比有以下优点:●可靠性高,无机械接触,从而避免了各种故障;●操作方便,快捷,使用时没有方向性,各方向操作;●安全和保密性能好,采用双向验证机制。
读写器验证IC卡的合法性,同时IC卡验证读写器的合法性。
每张卡均有唯一的序列号。
制造厂家在产品出厂前已将此序列号固化,不可再更改,因此可以说世界上没有两张完全相同的非接触IC卡。
射频卡根据使用频段的不同可分为低频卡和高频卡、超高频卡:●低频卡与读写器间通信使用的频段为低频段, 常用频点有125kHz、134kHz;●高频卡、超高频卡与读写器间通信使用的频段为高频段, 如13.56MHz、915MHz、2.45GHz等。
按工作距离的不同也可分为近距离卡和远距离卡:●近距离卡与读写器之间的有效作用距离为几厘米到几十厘米以内;●远距离卡与读写器之间的有效作用距离可达一到十几米以上。
按操作类型又可分为:低/高频只读型、低/高频无加密读写型、低/高频可加密读写型、多扇区独立加密应用型以及用户自定义分区应用型等。
一种简易的125khz读卡器设计原理
一种简易的EM 125khz读卡器设计原理2008年12月04日星期四 22:52等时间间隔指令分组并行处理的只读型射频卡读卡器的设计徐寅林,倪维柱,朱松盛南京师范大学物理科学与技术学院,江苏南京2100972008-07-17摘要:传统只读射频卡读卡器的设计一般采用U2270B或P4095读写基站芯片加MCU模式,其成本高、功耗大。
本文介绍一种仅采用一片89C2051加少量普通元件构成的读卡器电路以及独特的等时间间隔指令分组并行处理的程序设计方案,电路简单、功耗小、成本低。
关键词:射频卡读卡器等时间间隔指令分组并行处理非接触式只读型IC卡又称只读射频卡(RFID),经过多年的发展和推广,已经广泛应用于身份识别和寻址控制,如门禁、保安、考勤、食堂等领域。
目前已逐步扩展应用到展览会、公园、旅店、餐厅等公共场所的门票、优惠卡以及生产过程、邮政包裹、航空铁路运输、产品包装、交通等部门的物流、电子标签、防伪标志、一次性票证等众多领域。
率为125kHz ,高频卡的工作频率为13.56MHz 。
其中瑞士EM 微电子公司的EM4100低频卡及兼容系列由于价格低、读卡距离远、读卡器简单而应用最为广泛。
传统的低频射频卡读卡器的设计一般采用U2270B 或P4095读写基站芯片+MCU 模式,电路相对复杂,成本较高。
本文介绍一种新颖的射频卡读卡器,该读卡器采用独特的等时间间隔指令分组并行处理的程序设计方案,充分利用89C2051的潜在功能,舍去了读写基站芯片,因而硬件电路大大简化。
该类型的读卡器读卡距离与采用读写基站芯片的读卡器相当,但电路功耗低、硬件成本仅为传统读卡器的一半左右,因此多年来已生产大量产品,运行使用情况良好。
1 EM4100射频卡简介EM4100是一种广为使用的只读射频感应卡,其内部ROM 保存着10位十进制卡号数据。
当它被放在一个频率125kHz 交变电磁场时感应获得能量驱动,射频卡内置天线环路等效负载的改变,势必造成射频卡对交变电磁场能量吸收数量的改变。
125kHz低频RFID读写器设计
125kHz低频RFID读写器设计作者:张建文王怀平来源:《软件工程师》2014年第04期摘要:本文介绍一种基于基站芯片EM4095和AT89S52单片机的低频RFID读写器设计方案。
论文首先对读写器硬件功能框图进行说明,并给出了读写器硬件接口电路。
在分析了EM4095解调、输出的曼彻斯特编码数据波形后,根据该曼彻斯特码编码特点,提出了利用计算曼彻斯特码的下降沿间隔的载波数的方法进行解码的思路,并给出了软件流程图,此解码方法提高了解码的速度和准确性,实验证明,读写器读卡稳定可靠,效果好。
关键词:射频识别;EM4095;曼彻斯特码;读写器中图分类号:TP334 文献标识码:A1 引言(Introduction)射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)属无线电通信范畴,基本物理原理就是电磁场感应。
射频识别系统由两部分组成:一部分是识别对象(标签);另一部分是识别器(读写器)[1]。
读写器模块是由微控制器、射频基站芯片、线圈和一些外围阻容器件组成。
本文所设计的125kHz低频RFID读写器能够准确可靠的读取标签的内存信息,并送入计算机终端进行管理,实现非接触式门禁考勤、动物识别等系统的核心管理功能。
2 硬件电路设计(The hardware circuit design)125kHz读写器主要是由射频模块、控制模块,通信模块和电源模块等部分电路组成的,其硬件功能框图如图1所示。
我们选用的EM4095是EM公司设计生产的低频RFID读写器专用芯片,它集成的PLL系统能达到载波频率自适应天线的共振频率,而不需外接晶振,工作频率100kHz—150kHz。
EM4095与微控制器接口简单,由EM4095构成的读写器电路图如图2所示,芯片供电后,SHD应先为高电平,对芯片进行初始化,然后再接低电平,芯片即发射射频信号,解调模块将天线上AM信号中携带的数字信号取出,并由DEMOD_OUT端输出。
125KHz RFID读写器的FSK解调器设计
摘要:本文给出用于125KHz非接触式RFID读写器的FSK解调器电路,可将FSK信号解调为NRZ码,该电路简便实用,可用于RFID芯片中设置的各种FSK调制模式的解调。引言很多工作在125KHz载波频率的RFID芯片,如Microchip公司的MCRF200、MCRF250以及Atmel公司的e5551、T5557等都可以将其调制方式设置为FSK方式。若芯片设置为FSK调制方式,那么读写器(PCD)必须具有FSK解调电路。FSK解调电路将FSK调制信号解调为NRZ码。本文给出一种FSK解调电路,该电路的特点是电路简单可靠,很适宜PCD中应用。FSK调制工作在125KHz的RFID的FSK调制方式都很相似,图1给出了一种FSK调制方式的波形图。从图中可见,此时数据速率为:载波频率fc/40=125K/40=3125bps,在进行FSK调制后,数据0是频率为fc/8的方波,即f0= fc/8;而数据1是频率为fc/5的方波,即f1= fc/5。经FSK调制后的传送数据,通过负载调制方式传送到PCD,图1中也给出了射频波形,载波的调制是采用调幅。FSK解调PCD经载波解调(通常采用包络检波)、放大滤波和脉冲成形电路后,得到FSK调制信号。FSK解调电路完成将FSK调制信号恢复为NRZ码。FSK解调实现方法较多,本文介绍的一种FSK解调电路示于图2,该电路简单方便,可以很好地完成FSK解调。图2所示电路工作原理如下:触发器D1将输入FSK信号变成窄脉冲,即Q为高时,FSK上跳沿将Q端置高,但由于此时Q为低,故CL端为低,又使Q端回到低电平。Q端的该脉冲使十进计数器4017复零并重新计数。4017计数器对125KHz时钟计数,由于数据宽为40/fc=40Tc(Tc为载波周期),若为数据0,FSK方波周期T0=8Tc。当计至第7个时钟数时,Q7输出为高,使CLKen(CLK使能端)为高,计数器不再计第8个时钟,此时Q7为高,当触发器D1的Q输出端在下一个FSK波形上跳时,触发器D2的Q端输出为低。FSK波形上跳同时也将计数器复零并重新计数。因此,在数据为0的对应FSK波形频率下,触发器D2的Q输出端为低,即为数据0的NRZ码电平。图2 FSK解调电路图3数位0(后跟位1)的解调波形图例在数据1时,由于FSK波形周期T1=5Tc,故计数器4017的Q7引脚始终为低,在这期间触发器D2的Q输出端保持为高,即为数据1的NRZ电平。数据0的解调波形图示于图3。从图中可见,若0的紧跟位为0,则其位宽为40Tc,若紧跟位为1,其位宽为37Tc,短了三个时钟周期。位1的紧跟位为1,其位宽保持为40Tc,若其紧跟位为0,则其位宽为43Tc。因此,位值0和1的交错,不会造成位宽误差的传播,而是进行了补偿。3个时钟误差,不会影响MCU对位判的正确性。单稳电路产生的上跳变化为触发器D2提供了正常工作的CL端电平,同时也通知MCU此后触发器D2的输出数据有效。单稳电路可采用74HC123,它为可重复触发单稳电路,可以自动启动和关闭该解调器。RFID芯片中FSK通常有多种模式,如e5551中有四种模式(表1),该电路上面的分析描述对应的是FSK1a,但对于FSK1,只需将输出端改为触发器D2的Q端即可。若用FSK2,则计数器的输出端改用Q9即可。对于不同的数据速率,只是位宽不同,不影响解调的结果。结语该电路简单可靠,已用于水表读头中。
基于AVR单片机的125kHz简易RFID阅读器设计
基于A VR单片机的125kHz简易RFID阅读器设计无线识别(Radio Frequency Identification,)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、猎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,操作快捷便利,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。
本文介绍了一种采纳分立元件构成的125 kHz RFID阅读器,结构容易,成本极低,用于读取EM4100型ID卡。
1 RFID系统的分类RFID系统的分类办法有无数,在通常应用中都是按照频率来分,按照不同的工作频率,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,用法不受限制,性能不受环境影响,价格低廉,最大识别距离普通小于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,识别距离普通小于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普通由阅读器、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放射读取信号,并接收标签的应答,对标签的标识信息举行解码,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。
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125K非接触ID卡读卡器设计完整版
125K非接触IC卡读卡头125K读卡头的工作电压为12V/5v,电流为30——40MA 读卡距离最远15CM 。
如要低功耗最有效是读卡头工作时供电,不工作时断电。
读卡距离与卡和天线有关,可以读各种125K曼彻斯特编码的只读ID卡(4001,EM4100等等)和含E2PROM的RF卡。
如E5550。
读卡头(OUT)输出信号为原卡的曼彻斯特码,(用示波器接读卡头输出可以观测ID卡的输出波形)它和其它公司的125K读卡头(输出信号为原卡的曼彻斯特码)是兼容的,可以相互替换,不用修改程序。
读卡头也可以读可擦写的125k非接触IC卡,如当读E5550时,卡的用来控制是否启动AOR位应置0,(当置1时IC卡不主动发射数据,需读卡头先发送口令。
我的读卡头是只读,不能发数据,当AOR位置1时不能读IC卡的数据)。
天线的设计:天线电感值=345Uh线径φ0.29mm圆形(内径):直径6CM 58圈直径8CM 40圈直径3CM 83圈直径2CM 115圈长方形:9.5*7 CM 38圈4.7*6.3 CM 50圈非接触式IC卡简介:非接触式智能卡以其高度安全保密性,通信高速性,使用方便性,成本日渐低廉等而受到广泛使用,给我们的生活质量带来了很大的提高。
非接触式IC卡简介又称射频卡,成功地解决了无源(卡中无电源)和免接触这一难题,是电子器件领域的一大突破。
主要用于智能门禁控制器,智能门锁,考勤机, 自动收费系统等.射频卡与接触式IC卡,TM卡相比有以下优点:1 可靠性高,无机械接触,从而避免了各种故障;2 操作方便,快捷,使用时没有方向性,个方向操作;3 安全和保密性能好,采用双向验证机制。
读写器验证IC卡的合法性,同时IC卡验证读写器的合法性。
每张卡均有唯一的序列号。
制造厂家在产品出长前已将此序列号固化,不可再更改,因此可以说世界上没有两张相同的非接触IC卡;只读ID卡的资料非接触ID卡主要有台湾4001卡和瑞士H4001卡,EM4100。
125k_RFID技术
e5551芯片写模式与EEPROM块0的PWD, AOR,STOP位的关系如下表所示:
PWD AOR 1 1 STOP 在Rest/POR后e5551芯片的工作 模式 0 防碰撞模式
1
0 0
0
1 0
0
0 0
口令模式
AOR模式 标准写和直接访问模式
4、e5551芯片的防碰撞技术
STOP命令 用于停止芯 片的调制, 使其进入休 眠状态,不 再向外发送 数据,直至 POR出现。
000 RF/8 001 RF/16 010 直接 RF/32 000 011 PSK1 RF/40 001 100 PSK2 RF/50 010 00 011 直接 101 RF/64 PSK3 RF/100 01 110 曼彻斯特 100 FSK1 111 RF/128 10 101 Biphase FSK2 FSK1a 11 110 保留 111 RF/2 FSK2a 00 01 RF/4 10 RF/8 11 保留
125KHz RFID技术
125KHz RFID系统采用 电感耦合 方式工 作,由于应答器成本低、非金属材料和水 对该频率的射频具有较低的吸收率,所以 125KHz RFID系统在动物识别、工业和民用 水表等领域获得广泛应用。
一、e5551应答器芯片
1、e5551芯片的性能和电路组成 (1)主要技术性能 e5551芯片是Atmel公司生产的非接触 式、无源、可读写、具有防碰撞能力的 RFID器件,中心工作频率为 125K 。具有 以下主要特性:
命令的构成
命令 命令码 后续位构成
标准写
口令模式
10
10
AOR唤醒模式 10 直接访问 停止STOP 10 11
锁存位L+32位数据位+3 位块地址号 32位口令+锁存位L+32位 数据位+ 3位块地址号 32位口令
125K非接触ID卡读卡器设计完整版
125K非接触IC卡读卡头125K读卡头的工作电压为12V/5v,电流为30——40MA 读卡距离最远15CM 。
如要低功耗最有效是读卡头工作时供电,不工作时断电。
读卡距离与卡和天线有关,可以读各种125K曼彻斯特编码的只读ID卡(4001,EM4100等等)和含E2PROM的RF卡。
如E5550。
读卡头(OUT)输出信号为原卡的曼彻斯特码,(用示波器接读卡头输出可以观测ID卡的输出波形)它和其它公司的125K读卡头(输出信号为原卡的曼彻斯特码)是兼容的,可以相互替换,不用修改程序。
读卡头也可以读可擦写的125k非接触IC卡,如当读E5550时,卡的用来控制是否启动AOR位应置0,(当置1时IC卡不主动发射数据,需读卡头先发送口令。
我的读卡头是只读,不能发数据,当AOR位置1时不能读IC卡的数据)。
天线的设计:天线电感值=345Uh线径φ0.29mm圆形(内径):直径6CM 58圈直径8CM 40圈直径3CM 83圈直径2CM 115圈长方形:9.5*7 CM 38圈4.7*6.3 CM 50圈非接触式IC卡简介:非接触式智能卡以其高度安全保密性,通信高速性,使用方便性,成本日渐低廉等而受到广泛使用,给我们的生活质量带来了很大的提高。
非接触式IC卡简介又称射频卡,成功地解决了无源(卡中无电源)和免接触这一难题,是电子器件领域的一大突破。
主要用于智能门禁控制器,智能门锁,考勤机, 自动收费系统等.射频卡与接触式IC卡,TM卡相比有以下优点:1 可靠性高,无机械接触,从而避免了各种故障;2 操作方便,快捷,使用时没有方向性,个方向操作;3 安全和保密性能好,采用双向验证机制。
读写器验证IC卡的合法性,同时IC卡验证读写器的合法性。
每张卡均有唯一的序列号。
制造厂家在产品出长前已将此序列号固化,不可再更改,因此可以说世界上没有两张相同的非接触IC卡;只读ID卡的资料非接触ID卡主要有台湾4001卡和瑞士H4001卡,EM4100。
整理125KHz射频卡读写器动态连接库开发使用说明
精品文档125KHz 射频卡读写器动态连接库开发使用说明第一部份:读写器初始化函数。
函数名:int WINAPI Open_Serial_Port(short int PortName,long DataRate)功 能:初始化与读写卡器的通讯.新版本读写器,支持Open_Device 函数调用。
可以调 用Open_Device 函数,自动搜索连接的串口设备。
并且支持串口号到COM32,所以建议使 用Open_Device 函数替代该函数。
入口参数:PortName 是指向通讯口名字的指针.通讯口名字可为:1: COM12: COM23: COM34: COM4DataRate 设置通讯波特率。
(取值如下:)9600 1920038400 2880057600 115200返回值:函数返回‘0’表示操作成功,返回其他值说明执行错误。
(详细错误信息见错误 信息说明说 明:此函数完成通讯口的初始化。
在进行一切读写卡的操作之前必须调用此函数。
必须和ClosePort 成对使用。
读写器使用19200的波特率!!参 照:函数名:int WINAPI Close_Serial_Port(short int PortName)功 能:关闭用OpenPort 打开的通讯口,结束通讯。
入口参数:PortName 是指向通讯口名字的指针通讯口名字可为:1: COM12:COM23:COM34:COM4返回值:函数返回’0’表示执行正确,返回其他值则执行错误(详细错误说明见错误信息说明说明:完成通讯口的关闭。
在结束读写卡程序时必须调用此函数。
必须和OpenPort 何值,但不能省略。
函数只是关闭当前使用的串。
口 参 照:OpenPort, SelectPort, PowerOn, PowerOff, 一般函数的返回值 精品文档 精品文档成对使用在最新的版本中该函数的参数没有意义,可以是任函数名:int WINAPI Open_Device()功能:自动检测连接的设备,检测到以后返回正确,否则提示错误。
125kHz射频识别芯片调制电路的设计
1.2 射频识别读写系统介绍
RFID 系统至少包含电子标签和阅读器两部分。其中,电子标签又称为射频标签、 应答器、数据载体;阅读器又称为读出装置,扫描器、通讯器、读写器(取决于电子 标签是否可以无线改写数据)。电子标签与阅读器之间通过耦合元件实现射频信号的 空间(无接触)耦合、在耦合通道内,根据时序关系,实现能量的传递和数据的交换。 射频识别系统的基本模型如图 1-1 所示:
1
(6) 数据的记忆容量大 一维条形码的容量是 50 Bytes,二维条形码的容量是可存储 2 至 3000 字符,RFID 的容量最大可以达到 Mbytes。 (7) 安全性 由于 RFID 承载的是电子式信息,其数据内容可经由密码保护,使其内容不容易 被改造和伪造。 (8) 与条形码相比,电子标签还有一个重要的不同 条形码是按照品类编码即同一个品类为同一个编码,而电子标签是按照单个商品 实施编码,此特性决定了在物流上可以有广泛的应用。 另外,RFID 技术是一门融合了多学科的综合技术,不仅涉及到射频技术和信息 传输理论,也包括了密码学知识与半导体技术等学科。随着 21 世纪信息化时代的到 来,结合信息化网络管理和移动商务的要求,RFID 将会发挥巨大的作用,RFID 技术 正成为一个新的经济增长点,在全球范围蔓延开来。
125kHzRFID读卡器研究报告
海南师范大学第六届“挑战杯”作品编号:大学生课外学术科技作品竞赛参赛作品作品题目:125kHz频段下RFID读卡器设计二〇一三年三月二十日目录摘要-------------------------------------------------31.引言-----------------------------------------------42.系统电路设计---------------------------------------52.1 125kHz方波发生电路设计------------------------52.2 功率放大与检波电路-----------------------------62.3 滤波放大电路-----------------------------------72.4 系统供电电源设计-------------------------------72.5 控制电路设计-----------------------------------83.系统软件设计----------------------------------------93.1 EM4100s数据存储格-----------------------------93.2 Manchester码编码方式-------------------------103.3 Manchester码解码算法-------------------------114.系统测试-------------------------------------------124.1 波形测试-------------------------------------124.2 卡片识别测试---------------------------------145.总结-----------------------------------------------16 附录1:参考文献--------------------------------------17附录2:元件清单--------------------------------------18附录3:系统PCB截图----------------------------------19附录4:系统代码--------------------------------------21摘要本系统使用Freescale半导体公司微控制芯片MC9S12XS128作为Manchester码解码和控制芯片。
基于曼彻斯特码解码的125KHZ射频卡设计
基于曼彻斯特码解码的125KHZ射频卡设计科技应用日新月异,射频技术开始涌入到人们日常生活中各个方面,文章介绍一种基于曼彻斯特码解码的125KHZ射频卡设计方案,以STM8为核心控制器,通过谐振、检波、滤波放大等硬件电路来完成ID卡号的编码过程,利用软件程序计算曼彻斯特码高低电平的时间来确定有效跳变,成功实现解码;本设计的最大优点是充分保证系统的可靠性和稳定性。
标签:STM8;125K;射频卡;曼彻斯特码解码1 系统总体结构系统整体框图如图1所示,首先将信号通过三极管推挽电路进行功率放大,提高发射的距离,信息承载在125K的载波频率上,载波是由STM8提供方波的信号,再将检波和滤波放大后的信号送入单片机进行解码,最终通过PC机显示出ID卡号。
2 曼彻斯特码介绍曼彻斯特码,是一种用电平跳变来表示1或0的编码方式,即每个码元均用两个不同相位的电平信号表示,也就是一个周期的方波,但是1和0码正好相反;如波形从高电平跳变到低电平表示“1”,从低电平跳变到高电平表示“0”,由于每个码元均由两个不同的相位表示,所以曼彻斯特码有非常丰富的时钟信号,即使有多个相同码元连续出现,也可以根据跳变找到同步信号,减少了在解码过程中的误码率;信号在传输过程中没有直流分量,因此具有较强的抗干扰性能,但是数据传输速率只有调制速率的一半。
3 硬件设计硬件电路如图2所示,主要由推挽功率放大电路、谐振电路、检波电路、滤波放大电路组成。
推挽功率放大电路:STM8产生125KHZ的载波信号经过限流电阻送入三极管推挽功率放大电路,再通过线圈发送出去。
谐振电路:线圈与电容组成谐振电路,谐振频率f=1/2为125KHZ,谐振电路的作用是使线圈上获得更大的电流,尽可能获得最大的能量,使发射距离达到最远。
检波电路:主要用来滤除125KHZ的载波信号,还原原始数据信号,电路由检波二极管、电阻和电容组成。
滤波放大电路:滤除外界干扰噪声,并将信号进行放大,放大电路采用LM358集成运放,放大倍数根据电阻电容参数来确定,放大后的信号从输出脚送到单片机进行解码。
125K(低频)和13.56M(高频)IC、HID、LEGIC卡门禁读卡器模组可嵌入可配套
125K(低频)和13.56M(高频)IC、HID、LEGIC 卡门禁读卡器模组可嵌入可配套USB,wiegand,UART。
丰富的应用程序支持。
支持多种卡读写操作。
DAIC-MJ-RW多奥门禁读卡器尺寸:30MM×88MM""USB,wiegand,UART。
丰富的应用程序支持。
支持多种卡读写操作。
尺寸:30MM×88MM"USB,Wiegand,UART。
尺寸:26MM×47MMMifare卡读取距离> 5cm15693> 8cm,iclass卡> 8cm EM4100> 8cmDAIC-MJ-LRW门禁读卡模组带有一个小型交流蜂鸣器""用户界面:USB,Wiegand,UART。
尺寸:26MM×47MMMifare卡读取距离> 5cm15693> 6cm,iclass卡> 6cm EM4100> 6cmDAIC-MJ-IDRW门禁读卡器带有一个小型交流蜂鸣器""接口韦根(可自定义TTL),UART。
DAIC-MJ-QRW嵌入式门禁读头尺寸:26MM×47MM125KHz和13.56MHz(iso14443A)卡EM4100卡读取距离> 8 cmMifare s50 S70,Desfire,FM1208卡读取距离> 5cm""接口韦根(可自定义TTL),UART。
DAIC-MJ-QRW多奥梯控读卡器尺寸:26MM×47MMEM4100读卡距离> 8cmMifare s50 S70,Desfire,FM1208读卡距离> 5该模块配有一个小型交流蜂鸣器和LED 灯""接口wigend \ UART尺寸:26MM×47MM电压可以选择12V,5V,3.3V 3个版本125KHz和13.56MHz(iso14443A)卡EM4100读卡距离> 8cmMifare s50 S70,Desfire,FM1208读卡距离> 5cmDAIC-TK-RW可做通道闸机门禁读头带有一个小型交流蜂鸣器""接口韦根(可自定义TTL),UART尺寸:26MM×47MM支持125kHZ卡读写EM4100读卡距离> 8cm"DAID-DT-RW支持iso14443A协议卡UID读取接口韦根(可自定义TTL),UART尺寸:26MM×47MM支持Mifare s50 S70,Desfire,FM1208等读卡DAIC-TD-RW读卡距离> 5cm""支持iso14443A协议卡UID读取接口韦根(可自定义TTL),UART尺寸:26MM×47MMDAIC-TC-RW支持Mifare s50 S70,Desfire,FM1208等读卡读卡距离> 5cm""接口:UART(TTL),韦根尺寸:26MM×47MMDAIC-MJ-DRW支持卡:ISO / IEC 14443 A / MIFARE,NTAG,MF1xxS20,MF1xxS70,MF1xxS50,EM4100,T5577""支持串行协议(UART,RS232)超小体积DIP,仅62mm×30mmS50,S70,FM11RF08,UltraLight,Ntag,FM1208和兼容卡该模块集成了自动卡搜索,读取,写入,初始化电子钱包,增值,减值,查询余额和其他指令的功能,用户只需使用命令集即可简单地操作卡。
第7章125kHzRFID技术课件分解
1. 内部电路组成
调制器 能量 阅 读 器 数据 L1 L2 Coil1 8 C2 1 POR
模 拟 前 端 比特率 生成 写解码
模式寄存器 控 制 器 测试逻辑
存储器 (264 位 EEPROM) 输入寄存器
Coil2
高电压产生
VDD VSS
测试引脚
6
1. 内部电路组成
调制器 能量 阅 读 器 数据 L1 L2 Coil1 8 C2 1 POR
• • • • • • • • • • 低功耗、低工作电压; 非接触能量供给和读写数据; 工作频率范围为100-150 kHz; EEPROM存储器容量为264位,分为8块,每块33位; 具有7块用户数据,每块32位,共224位; 具有块写保护; 采用请求应答(Answer On Request,AOR)实现防碰撞; 完成块写和校验的时间小于50ms; 可编程选择传输速率(比特率)、编码调制方式; 可工作于密码(口令)方式。 5
《RFID技术基础》
利 节
重庆科技学院 电气与信息工程学院
1
125kHz RFID系统采用电感耦合方式工作。由于 应答器成本低、非金属材料和水对该频率的射频具有
较低的吸收率,所以125kHz RFID系统在动物识别、
工业和民用水表等领域获得RFID技术 • ATA5577C应答器芯片
模式寄存器 控 制 器 测试逻辑
存储器 (264 位 EEPROM) 输入寄存器
Coil2
主要完成芯片模拟信号的处理和变 换,包括电源产生、时钟提取、载波中 VDD VSS 测试引脚 断的检测、负载调制等。
高电压产生
9
1. 内部电路组成
调制器 能量 阅 读 器 数据 L1 L2 Coil1 8 C2 1 POR
RF01D125KHz感应读卡机模块规格说明书
-2-
达华电子
流电源,以供整个非接触式卡片电路用电。 CPU 单晶片微控制器依据 Manchester code(曼彻斯特码)的规则将这些 pulses(脉冲信号)转成 hexcode(十六 进制的数字编码),最后由 DataO utput 端子输出控制数据。
1.3
读卡机模块电器特性(Operating Char acter istics):
达华电子
-1-
感应式读卡机系统电为 DC 5V 电源,如使用 AC110V 或 AC220V 交流电源则 需使用 AC/DC 电源转换器。
感应线圈(Antenna)为系统必须,感应线圈可以与系统分开放置,亦可设 计于系统中,为防止感应电磁场干扰,请勿以金属板置于线圈感应面。
1.2 硬体/软体规则:
达华电子
-3-
二、 单晶片(single chip )控制流程: 控制信号图形
由 SW2— SW3 的输入决定输出格式:
SW2
SW3
( open =1 ,
shor t GND =0 )
0 1
1 0
RS232 WIEGAND 26
(一) WIEGEND 26 输出数据格式:
TA
HOLD
TCS
SS SS
感应式读卡机模块硬体架构如下图:
5Vdc ANT
RF 变换 处理
存 储 器
Data output
CPUANTR源自 分频放大振荡器Gnd
RF 变换处理电路为 125KHz
解码电路, 即用来解码的比较器电路。 R
当由 H4001 系列芯片制作的非接触式卡片进入天线(感应线圈)电磁场 范工作围内, 引起电场振幅变化 (amplitude modulation)时, F 变换处理电路 将这种振幅变化处理成脉冲波型变化,并送至存储器等候 CPU 单晶片微控制器 的调用。 由 4.000MHz 晶体振荡器产生的基频信号,经 32 分频、放大后,送至天 线(感应线圈),用以产生具有一定功率的、频率稳定的 125KHz 射频信号,处 在该射频信号的场强范围内的非接触式卡片,便可以在该场强中获得能量,再 利用非接触式卡片内 IC 电路自带的电源转换处理模块,将电磁场能量转换为直
125k_RFID技术
(3)配臵存储器 EEPROM的块0用于存放配臵数据。 其各位的编码含义如下页表。 (4)初始化 电源上电后,e5551芯片按配臵数据进 行初始化(需256个载波时钟周期,约 2ms),采用所选用的编码调制方式工作。
配臵存储器的配臵数据编码
位数 L 1~11 12~14 15 16~17 18~20 21~22 功能描述 锁存位 保留 比特率编码 0 编码方式 调制方式 PSK脉冲频率
正确的位数应该是: 标准写 38位 AOR唤醒命令 34位
口令模式 70位 STOP命令 2位
一个错误时,e5551 芯片在离开写模式 后立即进入读模式, 从块1开始传送
B、编程期间出现的错误 ♠ 寻址块的锁存位为1 ♠ 编程电压Vpp过低
如果写序列正确但出现上述错误,则e5551芯 片立即停止编程并转至读模块,送出数据从被寻 址的数据块开始。
(7)存储器 存储器EEPROM的结构如下图,它由8 块构成,每块33位,第0位为锁存位,共 264位。所有33位都可被编程,编程所需电 压来自片内。但若某块的锁存位被臵1,则 该块被锁存,不能通过射频再次编程。
存储器EEPROM的结构
0 L L L L L L L L 1~32 用户数据或密码(口令) 用户数据 用户数据 用户数据 用户数据 用户数据 用户数据 配臵数据 块 7 6 5 4 3 2 1 0
(6)调制器 调制器由数据编码器和调制方式两级电路组成, 如下图。其输入为来自存储器的二进制NRZ码, 输出用于对载波的负载调制。
PSK 调制所需的 周期脉冲信号 PSK1 曼彻斯特码 来自 存储器 多 路 直 接 选 Biphase 择 FSK1, 1a FSK2, 2a FSK 调制所需的 周期脉冲信号 直 接 PSK2 PSK3 多 路 选 择 至负载 调制
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125K非接触IC卡读卡头125K读卡头的工作电压为12V/5v,电流为30——40MA 读卡距离最远15CM 。
如要低功耗最有效是读卡头工作时供电,不工作时断电。
读卡距离与卡和天线有关,可以读各种125K曼彻斯特编码的只读ID卡(4001,EM4100等等)和含E2PROM的RF卡。
如E5550。
读卡头(OUT)输出信号为原卡的曼彻斯特码,(用示波器接读卡头输出可以观测ID卡的输出波形)它和其它公司的125K读卡头(输出信号为原卡的曼彻斯特码)是兼容的,可以相互替换,不用修改程序。
读卡头也可以读可擦写的125k非接触IC卡,如当读E5550时,卡的用来控制是否启动AOR位应置0,(当置1时IC卡不主动发射数据,需读卡头先发送口令。
我的读卡头是只读,不能发数据,当AOR位置1时不能读IC卡的数据)。
天线的设计:天线电感值=345Uh线径φ0.29mm圆形(内径):直径6CM 58圈直径8CM 40圈直径3CM 83圈直径2CM 115圈长方形:9.5*7 CM 38圈4.7*6.3 CM 50圈非接触式IC卡简介:非接触式智能卡以其高度安全保密性,通信高速性,使用方便性,成本日渐低廉等而受到广泛使用,给我们的生活质量带来了很大的提高。
非接触式IC卡简介又称射频卡,成功地解决了无源(卡中无电源)和免接触这一难题,是电子器件领域的一大突破。
主要用于智能门禁控制器,智能门锁,考勤机, 自动收费系统等.射频卡与接触式IC卡,TM卡相比有以下优点:1 可靠性高,无机械接触,从而避免了各种故障;2 操作方便,快捷,使用时没有方向性,个方向操作;3 安全和保密性能好,采用双向验证机制。
读写器验证IC卡的合法性,同时IC卡验证读写器的合法性。
每张卡均有唯一的序列号。
制造厂家在产品出长前已将此序列号固化,不可再更改,因此可以说世界上没有两张相同的非接触IC卡;只读ID卡的资料非接触ID卡主要有台湾4001卡和瑞士H4001卡,EM4100。
它们都采用125kHz的典型工作频率,有64位激光可编程ROM,调制方式为曼彻斯特码(Manchester)调制,位数据传送周期为512μs,其64位数据结构如图1所示。
连续9位“1”作为头数据,是读取数据时的同步标识;D00~D93位是用户定义数据位;P0~P9是行奇校验位,PC0~PC3是列奇校验位,最后位“0”是结束标志。
非接触ID卡的这种数据结构非常有利于判断读出数据的正确性。
根据曼彻斯特码的编码原则非接触ID卡采用上升沿对应着位数据“0”,下降沿对应着位数据“1”,微控制器通过检测125k非接触IC卡读卡器输出数据位的跳变来实现对曼彻斯特码的译码。
数据读以后,根据前面所提到的非接触ID卡的数据结构,通过比较奇校验算法与读出数据中的奇校验位来验证出数据的正确性。
在工作状态下,只要125K读卡头电路不断电,非接触ID 卡在读卡区内,非接触ID卡将循环发送64位数据,而125K读卡头的OUT脚也循环发送64位数据。
曼码调制的数据表达方式由图可知,位数据的传送周期(1P)规定了每传送1位数据的时间是固定的,E5550系列它由RF/n决定其物理实质是微控制器通过基站与应答器中的存储器(EEPROM)进行数据的读写操作。
而ID4001载波频率fOSC=125kHz,位数据传送率RF/64是固定的,则每传送一位的时间(周期)为振荡周期的64分频,故位传送周期为:1P=1/(125kHz×64)=512μs根据我们得到的器件,采用曼码调制的数据,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,则在该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"。
电平上跳、电平下跳和两个相邻的同极性位数据之间的预备性空跳是确定位数据传送特征的判据。
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。
(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。
每当EM4100将64个信息位传输完毕后,只要ID卡仍处于读卡器的工作区域内,它将再次按照图3顺序发送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。
在曼彻斯特码调制方式下,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125 kHz,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=64/125 kHz=512μs,则半个周期的时间为256μs。
4.3 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。
由曼彻斯特编码特点可知,每位数据都由半个周期的高电平和半个周期的低电平组成,因此可将一个位数据拆分为两位,即位数据“1”可视为“10”,位数据“O”可视为“01”,则64位数据可视为由128位组成。
为了获得完整且连续存放的64位ID信息,在此接收两轮完整的64位数据,即接收256位。