基于AVR单片机的125kHz的RFID阅读器设计

     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，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，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。

  

参考文献:

[1]. EM4100 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/EM4100_1136212.html.
[2]. 100m datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/100m_2509927.html.
[3]. RS232 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/RS232_585128.html.
[4]. RS485 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/RS485_585289.html.
[5]. ATmega8 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/ATmega8_144542.html.