關(guān)鍵字：寵物管理 RFID讀卡器
射頻識(shí)別技術(shù)(Radio Frequency Identification，RFID)是利用無線電波對(duì)記錄媒體進(jìn)行讀寫,。射頻識(shí)別的距離可達(dá)幾十厘米至幾米,。根據(jù)讀寫的方式，可以輸入數(shù)千字節(jié)的信息,，同時(shí),，還具有極高的保密性。RFID系統(tǒng)的卡片與讀寫器之間,，無需物理接觸即可完成識(shí)別,，因此，可實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)識(shí)別和運(yùn)動(dòng)目標(biāo)識(shí)別,。低頻系統(tǒng)有讀寫短距離,、成本低的特點(diǎn)，主要有125 kHz和134．2 kHz兩種頻率,，可用于門禁控制,、校園卡、動(dòng)物監(jiān)管,、貨物跟蹤等,。本文設(shè)計(jì)的讀卡器屬于低頻系統(tǒng),，使用EM4095構(gòu)成讀寫電路，利用單片機(jī)完成Biphase解碼,，在寵物管理系統(tǒng)中用來對(duì)動(dòng)物標(biāo)簽進(jìn)行識(shí)別,。
2 工作原理及電路設(shè)計(jì)
2．1 工作原理
讀卡器采用射頻讀寫芯片EM4095。EM4095的工作模式是由弓I腳SHD和MOD的邏輯電平來控制,。當(dāng)SHD引腳為高電平時(shí),，EM4095處于休眠模式。芯片上電時(shí)SHD引腳必須為高電平,，以便芯片初始化,。SHD為低電平時(shí)，電路發(fā)射射頻載波,，開始解調(diào)天線接收到的AM 信號(hào),，解調(diào)的數(shù)字信號(hào)通過DEMOD— OUT引腳送到微控制器，以便進(jìn)行解碼和處理,。MOD引腳為高電平時(shí)電路處于三態(tài),，MOD接地使芯片進(jìn)入只讀狀態(tài)。
EM4095內(nèi)部集成了鎖相環(huán)系統(tǒng),，該系統(tǒng)可自適應(yīng)調(diào)整天線諧振頻率,，發(fā)射1OO～150 kHz的載波，完成讀取射頻卡信息的工作,。射頻卡本身不帶電源,，是通過負(fù)載調(diào)制的方式耦合到應(yīng)用終端的天線上，需要從EM4O95發(fā)送的射頻信號(hào)中提取能量,，所以在讀取射頻卡數(shù)據(jù)時(shí),，EM4095要連續(xù)發(fā)射射頻載波信號(hào)。射頻卡內(nèi)有一個(gè)LC串聯(lián)諧振電路,，其諧振頻率與射頻載波頻率一致,，在電磁波的激勵(lì)下，LC諧振電路產(chǎn)生共振,，從而產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì),，當(dāng)電量累積到一定數(shù)量時(shí)，就可以作為電源為電路提供工作電壓,，將卡內(nèi)信息發(fā)送出去,。EM4095通過天線接收射頻卡發(fā)回的信號(hào)，并對(duì)接收的信號(hào)解調(diào),，從而得到射頻卡中的信息,。然后把信息發(fā)送給單片機(jī),，由單片機(jī)按照射頻卡的無線通信協(xié)議對(duì)數(shù)據(jù)解碼,、保存或者通過串口傳給上位機(jī)進(jìn)行處理,。
2．2 電路設(shè)計(jì)
本文設(shè)計(jì)的讀卡器用于寵物管理系統(tǒng)的手持終端設(shè)備中，工作頻率為134．2 kHz,。圖1是讀卡器的電路原理圖,。
圖1 讀寫器電路原理圖
單片機(jī)ATmega88負(fù)責(zé)接收上位機(jī)的指令，驅(qū)動(dòng)EM4095以及對(duì)EM4095發(fā)回的數(shù)據(jù)進(jìn)行Biphase解碼,、校驗(yàn),，向上位機(jī)發(fā)送卡號(hào)。單片機(jī)ATmega88的PC2,，PD7引腳控制EM4095的工作模式,，EM4095解調(diào)后的數(shù)據(jù)輸出給單片機(jī)的PB0引腳，此引腳具有輸入捕獲功能,?；咎炀€是用銅制漆包線繞制的，天線線圈的直徑遠(yuǎn)大于漆包線的直徑,?？梢圆捎孟旅娴墓綄?duì)天線參數(shù)進(jìn)行計(jì)算：
其中：L為線圈的電感；N 為天線線圈的匝數(shù),；U,。為磁導(dǎo)率，表征磁介質(zhì)磁性的物理量,， 其值為1．257×10 -6 V·s／(A·m),；R為天線線圈的半徑；d為漆包線的直徑,。本文所用的線圈匝數(shù)為120匝,，電感為1．54 mH。天線線圈的電感確定后,，將天線,、電阻(R1)、電容(C21 ,，C22 ,，C23 )串聯(lián)構(gòu)成諧振電路，可以通過下式來確定總電容值,，以保證天線的頻率與EM4095頻率相同,。
其中：F0為諧振頻率；動(dòng)物標(biāo)簽頻率為134．2 kHz,；L為天線線圈的電感,；C為電容并聯(lián)的總電容值，通過計(jì)算可以得到電容值為912．65 pF,。
在調(diào)試過程中,，采用3個(gè)電容并聯(lián)代替1個(gè)電容串聯(lián)到電路中的做法,，可以起到高頻濾波、消除脈沖干擾的作用,。另外通過調(diào)節(jié)C26 的電容值使EM4095的第8引腳DEM0D_IN上的電壓峰峰值比ANT1,，ANT2引腳上的電壓峰峰值小，以便消除無卡時(shí)EM4095的雜波輸出,，便于單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼,。
3 軟件設(shè)計(jì)
ISO11784／11785協(xié)議是國際標(biāo)準(zhǔn)化組織對(duì)動(dòng)物RFID做出的技術(shù)規(guī)定。其中對(duì)全雙工模式做了如下規(guī)定：1個(gè)11位(00000000001)的數(shù)據(jù)頭用于識(shí)別數(shù)據(jù)流的開始,；8個(gè)8位的碼組組成64位ID號(hào),；2個(gè)8位的CRC一16校驗(yàn)碼碼組；3個(gè)8位的包含尾碼的碼組,；每個(gè)碼組的后面都加上一個(gè)控制碼“1”,，防止數(shù)據(jù)頭重復(fù)出現(xiàn)。動(dòng)物標(biāo)簽采用只讀芯片EM4105,，采用RF／32的傳輸波特率,，數(shù)據(jù)編碼方式為Biphase編碼，存儲(chǔ)了128位數(shù)據(jù)信息,。
圖2為Biphase編碼波形圖
Biphase編碼的特點(diǎn)是二進(jìn)制碼“0”在半位周期時(shí)跳變,，“1”在半位周期時(shí)無跳變，并且“0”和“1”在位周期時(shí)都跳變,，正好可以利用這一特點(diǎn)解碼,。通過計(jì)算可以得知位周期為238．5 μs，半位周期為119 μs,。圖3為讀卡流程圖,。
圖3 讀卡流程圖
讀卡過程先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，單片機(jī)ATmega88的T／C1內(nèi)部有輸入捕獲單元,，可應(yīng)用于精確捕獲一個(gè)外部事件的發(fā)生以及事件發(fā)生的時(shí)間印記,。EM4095解調(diào)輸出的波形輸入到單片機(jī)的ICP1引腳，單片機(jī)進(jìn)行跳變沿捕獲,，定時(shí)器捕捉中斷的觸發(fā)方式必須采用上升沿和下降沿交替進(jìn)行,。也就是說，在下降沿捕捉中斷處理程序中設(shè)置下次捕捉中斷的觸發(fā)方式為上升沿,，在上升沿捕捉中斷處理程序中設(shè)置下次捕捉中斷的觸發(fā)方式為下降沿,。算出兩次跳變的時(shí)間間隔，根據(jù)時(shí)間間隔是否在一定的容差范圍內(nèi)判斷是半位周期還是位周期,，判定碼元的“0”,，“1”值。解碼之后去掉用來防止數(shù)據(jù)頭重復(fù)出現(xiàn)的尾碼，數(shù)據(jù)保存后查找ll位的數(shù)據(jù)頭,，找到數(shù)據(jù)頭后對(duì)對(duì)64位ID號(hào)進(jìn)行CRC校驗(yàn),，校驗(yàn)通過后便可獲得動(dòng)物標(biāo)簽ID號(hào)。
4 結(jié)語
本文介紹射頻基站芯片EM4095的結(jié)構(gòu)及功能,，并利用EM4095設(shè)計(jì)用于寵物管理系統(tǒng)的讀卡器，給出了軟硬件的設(shè)計(jì)方法,。通過實(shí)際測(cè)試,，本文設(shè)計(jì)的讀卡器可以穩(wěn)定地工作，讀取距離約為3 cm,，讀取速度也能達(dá)到要求,。在原有軟件基礎(chǔ)上稍微改動(dòng)就可以讀取曼徹斯特編碼的標(biāo)簽，具有很強(qiáng)的通用性,。