2015年-射頻識(shí)別技術(shù)-第6章

2015年_射頻識(shí)別技術(shù)-第6章第一頁(yè)，共51頁(yè)。6.2低頻讀寫(xiě)器射頻識(shí)別技術(shù)首先在低頻得到應(yīng)用和推廣。低頻讀寫(xiě)器主要工作在125kHz，可以用于門(mén)禁考勤、汽車(chē)防盜和動(dòng)物識(shí)別等方面。第二頁(yè)，共51頁(yè)。125kHz門(mén)禁系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案讀寫(xiě)器實(shí)現(xiàn)方案：1、直接購(gòu)買(mǎi)現(xiàn)成的讀寫(xiě)模塊：如RDM63002、購(gòu)買(mǎi)基站芯片自己制作讀寫(xiě)模塊：如U2270B芯片3、購(gòu)買(mǎi)分立元件自己制作讀寫(xiě)模塊：可借鑒RDM6300的電路原理圖卡片方案：1、EM4100卡2、e5551卡第三頁(yè)，共51頁(yè)。6.2.1基于U2270B芯片的讀寫(xiě)器在眾多的射頻卡基站芯片中，先由美國(guó)TEMIC公司生產(chǎn),后轉(zhuǎn)由ATMEL公司生產(chǎn)的U2270B是一種低成本、性能完善的低頻(100~150kHz)射頻卡基站芯片。在頻率為125kHz的標(biāo)準(zhǔn)情況下，數(shù)據(jù)傳輸速率可以達(dá)到5000b/s第四頁(yè)，共51頁(yè)。第五頁(yè)，共51頁(yè)。第六頁(yè)，共51頁(yè)。第七頁(yè)，共51頁(yè)。帶有微處理器接口,可與單片機(jī)直接連接載波振蕩器能產(chǎn)生100kHz~150kHz的振蕩頻率,典型應(yīng)用頻率為125kHz適用于對(duì)TEMIC的e5530/e5550/e5560射頻卡進(jìn)行讀寫(xiě)操作，125kHz時(shí)的典型讀寫(xiě)距離為15mm第八頁(yè)，共51頁(yè)。U2270B芯片的內(nèi)部由振蕩器、天線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器、電源供給電路、頻率調(diào)節(jié)電路、低通濾波電路、高通濾波電路、輸出控制電路等部分組成。第九頁(yè)，共51頁(yè)。第十頁(yè)，共51頁(yè)。第十一頁(yè)，共51頁(yè)。EM4100（125kHzID卡）ID(Identification)是識(shí)別的意思，ID卡就是識(shí)別卡。ID卡包含范圍廣泛，只要具有識(shí)別功能的卡片都可以叫ID卡，例如條碼卡，磁卡都可以是ID卡，EM4100是射頻識(shí)別卡。第十二頁(yè)，共51頁(yè)。EM4100卡的結(jié)構(gòu)圖第十三頁(yè)，共51頁(yè)。數(shù)據(jù)傳輸方式：負(fù)載調(diào)制第十四頁(yè)，共51頁(yè)。EM4100ID卡

射頻ID卡一般都工作在TTF（TagTalkFirst）模式，這種卡片一進(jìn)入射頻場(chǎng)得電就會(huì)不停地主動(dòng)發(fā)送自己的識(shí)別號(hào)。最初識(shí)別卡是用來(lái)識(shí)別人的，用5個(gè)字節(jié)40位二進(jìn)制數(shù)表示，一般ID卡使用時(shí)只使用低位的4個(gè)字節(jié)，而把最高位的一個(gè)字節(jié)作為廠(chǎng)家標(biāo)識(shí)或版本號(hào)使用。第十五頁(yè)，共51頁(yè)。EM4100的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)—ID64格式為了和128位的動(dòng)物識(shí)別標(biāo)簽相區(qū)別，業(yè)內(nèi)一般稱(chēng)這種64位的ID卡格式為“ID64格式”。第十六頁(yè)，共51頁(yè)。EM4100的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)—ID64格式

為了檢查數(shù)據(jù)傳輸中是否發(fā)生了錯(cuò)誤，射頻識(shí)別卡對(duì)每個(gè)字節(jié)都增加了兩個(gè)行偶校驗(yàn)位，其中高半字節(jié)一個(gè)，低半字節(jié)一個(gè)，這樣每個(gè)字節(jié)增加到10位二進(jìn)制數(shù)，共有50位。為了校驗(yàn)數(shù)據(jù)的整體性錯(cuò)誤，射頻ID卡還增加了一個(gè)4位的列偶校驗(yàn)，這樣整個(gè)ID卡數(shù)據(jù)增加到54位。當(dāng)進(jìn)入射頻場(chǎng)時(shí)，如果卡片直接回送這54位，那么讀寫(xiě)器很難確定起始位和結(jié)束位，所以射頻識(shí)別卡又增加了9個(gè)二進(jìn)制“1”在前面作前導(dǎo)碼，增加了一個(gè)二進(jìn)制“0”在后面作結(jié)束位，這樣ID卡就有了64位數(shù)據(jù)，正好8個(gè)字節(jié)。第十七頁(yè)，共51頁(yè)。ID64格式實(shí)例例子：某張EM4100卡，包含版本號(hào)在內(nèi)的40位卡號(hào)為2100A5EAD9，試寫(xiě)出卡中存儲(chǔ)的的64位二進(jìn)制數(shù)據(jù)第十八頁(yè)，共51頁(yè)。EM4100的編碼方式

我們平常使用的射頻ID卡大多采用的是曼側(cè)斯特編碼。傳送數(shù)據(jù)的速率用傳送一位二進(jìn)制數(shù)據(jù)使用幾個(gè)單位載波表示。常用的有64載波，32載波，16載波，在125KHz的頻率下，一個(gè)載波的時(shí)間是8微秒，因此相應(yīng)的位寬為512微秒，256微秒，128微秒。對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸速率為2K(1953)、4K(3906)、8K(7813)。第十九頁(yè)，共51頁(yè)。EM4100的編碼方式下圖是使用讀寫(xiě)模塊讀卡時(shí)，卡號(hào)為2100A5EAD9的卡片從數(shù)據(jù)輸出腳DOUT輸出的實(shí)測(cè)波形，采用的是曼徹斯特編碼方式。軟件解碼時(shí)可以使用查詢(xún)或中斷檢測(cè)跳變，配合定時(shí)器確定脈寬，根據(jù)跳變沿的方向確定數(shù)據(jù)。第二十頁(yè)，共51頁(yè)。6.2.2考勤系統(tǒng)的讀寫(xiě)器 由U2270B構(gòu)成的讀寫(xiě)器，可以用于學(xué)生考勤系統(tǒng)。其中，標(biāo)簽由卡片構(gòu)成，讀卡器由基站芯片U2270B及其支撐電路、主控芯片MCU及其支撐電路、外圍接口電路（鍵盤(pán)、液晶、時(shí)鐘和串口模塊）構(gòu)成。學(xué)生考勤系統(tǒng)的工作原理如下：平時(shí)，MCU工作于低功耗狀態(tài)，標(biāo)簽因?yàn)闆](méi)有能量而處于休眠狀態(tài)；當(dāng)按下鍵盤(pán)上的工作按鈕時(shí)，MCU被換醒，同時(shí)激活U2270B開(kāi)始工作，U2270B的兩個(gè)天線(xiàn)端子通過(guò)線(xiàn)圈將能量傳輸給外界；當(dāng)有標(biāo)簽靠近讀寫(xiě)器的線(xiàn)圈時(shí)，標(biāo)簽獲得能量開(kāi)始工作，并將其內(nèi)部存儲(chǔ)的信息發(fā)送到U2270B的輸入端。U2270B經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換后再將信息發(fā)送給MCU，MCU接收到信息后將其轉(zhuǎn)換成可識(shí)別的數(shù)據(jù)，再將其送至液晶屏幕顯示。第二十一頁(yè)，共51頁(yè)。6.2.3汽車(chē)防盜系統(tǒng)的讀寫(xiě)器

汽車(chē)防盜裝置應(yīng)具有無(wú)接觸、工作距離大、精度高、信息收集處理快捷、環(huán)境適應(yīng)性好等特點(diǎn)，以便加速信息的采集和處理。射頻識(shí)別以非接觸、無(wú)視覺(jué)、高可靠的方式傳遞特定的識(shí)別信息，適合用于汽車(chē)防盜裝置，能夠有效地達(dá)到汽車(chē)防盜的目的。1．防盜系統(tǒng)的工作原理2．防盜系統(tǒng)的組成3．硬件電路設(shè)計(jì)4．軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

第二十二頁(yè)，共51頁(yè)。125kHz門(mén)禁系統(tǒng)實(shí)例

讀寫(xiě)模塊：RDM6300讀寫(xiě)模塊

ID卡：EM4100卡第二十三頁(yè)，共51頁(yè)。實(shí)物圖第二十四頁(yè)，共51頁(yè)。功能概述讀寫(xiě)器利用電感線(xiàn)圈發(fā)出125kHz射頻信號(hào)，當(dāng)ID卡進(jìn)入讀寫(xiě)器工作的距離范圍中時(shí)，這時(shí)線(xiàn)圈產(chǎn)生感應(yīng)電流，使ID卡中的線(xiàn)圈產(chǎn)生互感被激活，然后向讀寫(xiě)器發(fā)出ID卡自身的卡號(hào)；當(dāng)讀寫(xiě)器收到非接觸ID卡的信號(hào)之后，對(duì)收到的信號(hào)執(zhí)行解調(diào)和解碼后發(fā)送到單片機(jī)執(zhí)行實(shí)現(xiàn)功能的處理；當(dāng)信息校對(duì)完全正確時(shí)，系統(tǒng)的LED綠燈亮發(fā)出‘滴’并且開(kāi)門(mén)，Nokia5110顯示進(jìn)入人員信息正確；若信息校對(duì)不正確，系統(tǒng)的LED紅燈亮發(fā)出‘滴滴滴’警告聲且不開(kāi)門(mén)，Nokia5110LCD顯示屏顯示的進(jìn)入人員信息錯(cuò)誤。第二十五頁(yè)，共51頁(yè)?？傮w硬件設(shè)計(jì)第二十六頁(yè)，共51頁(yè)。LED燈模塊第二十七頁(yè)，共51頁(yè)。1路光耦隔離繼電器驅(qū)動(dòng)模塊第二十八頁(yè)，共51頁(yè)。RDM6300RDM6300是iteadstudio出品的一款125kHz的讀寫(xiě)器模塊。波特率是9600，接口類(lèi)型是TTL電平RS232格式，工作電壓是直流5V。第二十九頁(yè)，共51頁(yè)。RDM6300的實(shí)物圖第三十頁(yè)，共51頁(yè)。RDM6300的引腳圖PIN1引腳是發(fā)送數(shù)據(jù)，PIN2引腳是接收數(shù)據(jù)，PIN4引腳是接地，PIN5引腳是接+5V的電源。第三十一頁(yè)，共51頁(yè)。RDM6300的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)第三十二頁(yè)，共51頁(yè)。RDM6300讀EM4100卡的例程voidmain(){ _Init_Device(); while(1) { if(ReadCode()==1) {

Decode(); } id[0]=0x00000000; id[1]=0x00000000; }}第三十三頁(yè)，共51頁(yè)。/**************************** Readcode****************************/unsignedcharReadCode(){

unsignedinti,j,k; for(k=0;k<200;k++) { while(SIN); while(!SIN); Delayus(T375us); if(SIN) { for(i=0;i<8;i++) { while(SIN); Delayus(T375us); if(!SIN) break; }if(i==8) break; }}第三十四頁(yè)，共51頁(yè)。6.3高頻讀寫(xiě)器第三十五頁(yè)，共51頁(yè)。6.3.1MFRC500芯片Philips公司的MFRC500芯片主要應(yīng)用于13.56MHz，是非接觸、高集成的IC讀卡芯片。該IC讀卡芯片利用先進(jìn)的調(diào)制和解調(diào)概念，集成了在13.56MHz下所有類(lèi)型的被動(dòng)非接觸式通信方式和協(xié)議。MFRC500支持ISO/IEC14443A所有的層，MFRC500還支持快速CRYPTO1加密算法，用于驗(yàn)證MIFARE系列產(chǎn)品。MFRC500的并行接口可直接連接到任何8位微處理器，給讀卡器的設(shè)計(jì)提供了極大的靈活性。第三十六頁(yè)，共51頁(yè)。RC系列芯片第三十七頁(yè)，共51頁(yè)。2種讀寫(xiě)器結(jié)構(gòu)框圖第三十八頁(yè)，共51頁(yè)。1、MFRC500芯片的特性第三十九頁(yè)，共51頁(yè)。2、MFRC500芯片引腳的功能第四十頁(yè)，共51頁(yè)。6.3.2基于MFRC500芯片的讀寫(xiě)器1．基于AT89S51和MFRC500的讀寫(xiě)器系統(tǒng)第四十一頁(yè)，共51頁(yè)。RC系列芯片的設(shè)計(jì)關(guān)鍵使用RC系列射頻芯片開(kāi)發(fā)卡片讀寫(xiě)器，主要的關(guān)鍵點(diǎn)有兩個(gè)，分別涉及硬件和軟件。硬件上的關(guān)鍵：RC系列射頻芯片的線(xiàn)圈天線(xiàn)及匹配電路設(shè)計(jì)軟件上的關(guān)鍵：如何正確設(shè)置RC系列射頻芯片內(nèi)部的64個(gè)寄存器天線(xiàn)提供了卡片和讀寫(xiě)器交換數(shù)據(jù)的物理通道，直接決定了讀寫(xiě)器的讀寫(xiě)性能和讀寫(xiě)距離，在此基礎(chǔ)上加上對(duì)64個(gè)寄存器的正確操作，讀寫(xiě)器才能正常高效的工作。第四十二頁(yè)，共51頁(yè)。6.3.2基于MFRC500芯片的讀寫(xiě)器（1）系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要由AT89S51、MFRC500、時(shí)鐘電路、看門(mén)狗、MAX232和矩陣鍵盤(pán)等組成。系統(tǒng)先由MCU控制MFRC500，驅(qū)動(dòng)天線(xiàn)對(duì)MIFARE卡（也即電子標(biāo)簽）進(jìn)行讀寫(xiě)操作，然后與PC通信，把數(shù)據(jù)傳給上位機(jī)。（2）系統(tǒng)天線(xiàn)設(shè)計(jì)為了驅(qū)動(dòng)天線(xiàn)，MFRC500通過(guò)TX1和TX2提供13.56MHz的載波。根據(jù)寄存器的設(shè)定MFRC500對(duì)發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制來(lái)得到發(fā)送的信號(hào)。天線(xiàn)接收的信號(hào)經(jīng)過(guò)天線(xiàn)匹配電路送到MFRC500的RX腳。MFRC500的內(nèi)部接收器對(duì)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)和解調(diào)，并根據(jù)寄存器的設(shè)定進(jìn)行處理，然后將數(shù)據(jù)發(fā)送到并行接口，由微控制器進(jìn)行讀取。第四十三頁(yè)，共51頁(yè)。對(duì)MFRC500絕大多數(shù)的控制是通過(guò)讀寫(xiě)MFRC500的寄存器實(shí)現(xiàn)的。MFRC500共有64個(gè)寄存器，分為8個(gè)寄存器頁(yè)，每頁(yè)8個(gè)，每個(gè)寄存器都是8位。單片機(jī)將這些寄存器作為片外RAM進(jìn)行操作，要實(shí)現(xiàn)某個(gè)操作，只需將該操作對(duì)應(yīng)的代碼寫(xiě)入對(duì)應(yīng)的地址即可。當(dāng)對(duì)應(yīng)的電子標(biāo)簽進(jìn)入讀寫(xiě)器的有效范圍時(shí)，電子標(biāo)簽耦合出自身工作的能量，并與讀寫(xiě)器建立通信第四十四頁(yè)，共51頁(yè)。

（3）系統(tǒng)工作流程第四十五頁(yè)，共51頁(yè)。以