王德民 桂林電子科技大學(xué)

射頻識(shí)別屬于無(wú)線通訊范疇，基本物理原理是電磁場(chǎng)感應(yīng)。整套R(shí)FID識(shí)別系統(tǒng)分成兩部分：無(wú)源標(biāo)簽和讀卡器。讀卡器模塊主要是由MCU、射頻基站芯片、3D天線和少量外圍元器件組成。本文設(shè)計(jì)的125K頻段讀卡器能夠準(zhǔn)確的讀取標(biāo)簽EEPROM信息，并上傳數(shù)據(jù)到PC機(jī)上顯示。顯示的數(shù)據(jù)也可以使用EM4305芯片拷貝成一顆新的芯片。

1 硬件電路設(shè)計(jì)

125 KHz讀卡器主要是由基站芯片、控制模塊和電源模塊電路組成。

本設(shè)計(jì)選擇的是PCJ7991飛利浦公司生產(chǎn)的低頻RFID基站芯片。它是一個(gè)全兼容的高級(jí)基站IC（ABIC），此裝置其他型號(hào)的transponder在125KHZ下運(yùn)作，應(yīng)用ASK（幅移控鍵）來(lái)寫，應(yīng)用AM/PM來(lái)讀。接收器性能（放大器增益，濾波器截止頻率）優(yōu)化了系統(tǒng)和transponder的需求。PCJ7991AT 可較易地與固定器的讀/寫，只讀系統(tǒng)集成，有著高度的集成特性和超低的成分計(jì)數(shù)。本設(shè)計(jì)考慮到實(shí)際使用過(guò)程中可能要脫離計(jì)算機(jī)，所以加入了充電電路。在脫離計(jì)算機(jī)的情況下，依然可以使用鋰電池供電，繼續(xù)工作。實(shí)際電腦USB接口電壓為5V 500mA，經(jīng)過(guò)一條導(dǎo)線之后，電壓會(huì)出現(xiàn)0.2-0.6V的壓降。考慮電源芯片本身也存在1.2V的壓降，我們采用先升壓再降壓的方式進(jìn)行。先通過(guò)升壓芯片將3.2-5V之間的電壓升壓到7.8V，然后降壓到3.3V和5V，分別給單片機(jī)和基站芯片供電。電路的另一個(gè)特點(diǎn)就是帶有快充功能，使用兩顆TP4056充電芯片并聯(lián)的方式充電?？紤]實(shí)際熱損耗設(shè)置電流為780mA，兩路充電電流達(dá)到了1.5A電流，并且實(shí)際電路并不發(fā)熱。由于PCJ7991工作電壓是5V，USB提供的電壓達(dá)不到5V，鋰電池提供的電壓也只有3.7-4.2V，所以經(jīng)過(guò)鋰電池充電之后加入一級(jí)升壓電路。經(jīng)過(guò)升壓電路之后可以得到一個(gè)7.8V 的電壓，1A電流。

設(shè)計(jì)中的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于與計(jì)算器通信取消了常用的RS232芯片電路。這里采用HID方式傳輸數(shù)據(jù)，它的驅(qū)動(dòng)采用的是鼠標(biāo)，鍵盤的驅(qū)動(dòng)，系統(tǒng)自身就會(huì)攜帶，根本不需要用戶自己安裝，也不會(huì)出現(xiàn)不兼容的情況。

2 讀卡器的軟件設(shè)計(jì)

這選用EM公司的EM4305 IC卡。它是典型的125KHz模式的標(biāo)簽，具有工廠編程的32位唯一識(shí)別碼，調(diào)制方式曼徹斯特調(diào)制和BiPhase編碼，位數(shù)據(jù)傳輸周期有8,16,32,64個(gè)載波時(shí)鐘。

由于具有多種解調(diào)模式和多種周期方式，可通過(guò)Page 4 頁(yè)進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置Co0-Co9為1111101000， EM4305的數(shù)據(jù)返回是由一個(gè)8bit組成固定碼組成的，首先接收到一個(gè)由00001010組成的前導(dǎo)碼，之后就開(kāi)始接收數(shù)據(jù)。足夠保證數(shù)據(jù)傳輸過(guò)來(lái)的正確性。

這種編碼方式利用信號(hào)的邊沿來(lái)表示二進(jìn)制數(shù)據(jù)“0”和“1”，“0”是由低到高的電平跳變表示，“1”是由高到低的電平跳變，反之，也是可以的。而這種跳變一般發(fā)生在位幀的中間。PCJ7991是一款車載芯片，它對(duì)數(shù)據(jù)的讀取精度非常高，載波信號(hào)只需要出現(xiàn)15mV變化，就可以被認(rèn)到。

PCJ7991芯片的特點(diǎn)：收到天線載波的接收數(shù)據(jù)時(shí)，DOUT信號(hào)由高電平變低。之后經(jīng)過(guò)8位數(shù)據(jù)的前導(dǎo)碼，開(kāi)始接收數(shù)據(jù)波形，這個(gè)IO口接入單片機(jī)中斷腳。由于PCJ7991自身帶有解碼功能，輸出的數(shù)據(jù)已經(jīng)是曼徹斯特編碼的“0”和“1”，不需要計(jì)數(shù)多少個(gè)周期就可以解碼了。單片機(jī)接收到數(shù)據(jù)之后開(kāi)始解析，識(shí)別高脈沖和低脈沖。解碼流程如圖：

3 結(jié)束語(yǔ)

射頻識(shí)別技術(shù)在各行各業(yè)的應(yīng)用日新月異，本文給出的RFID結(jié)構(gòu)，利用PCJ7991和TMS3705汽車級(jí)基站芯片的優(yōu)越性能，精確地讀取數(shù)據(jù)，自身解碼返回波形。分析了電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式和數(shù)據(jù)輸出編碼格式，在此基礎(chǔ)上，利用定時(shí)器中斷得到真實(shí)數(shù)據(jù)的辦法，此辦法有效的提高了讀卡距離和準(zhǔn)確性。

[1]黃玉蘭.射頻識(shí)別（RFID）核心技術(shù)詳解.人民郵電出版社2008:42-122

[2]付麗華.RFID技術(shù)及產(chǎn)品設(shè)計(jì).電子工業(yè)出版社2017:1-160