關(guān)鍵字：寵物管理 RFID讀卡器
射頻識別技術(shù)(Radio Frequency Identification,，RFID)是利用無線電波對記錄媒體進行讀寫,。射頻識別的距離可達幾十厘米至幾米。根據(jù)讀寫的方式,，可以輸入數(shù)千字節(jié)的信息，同時，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別,，因此,，可實現(xiàn)多目標識別和運動目標識別。低頻系統(tǒng)有讀寫短距離,、成本低的特點,，主要有125 kHz和134．2 kHz兩種頻率，可用于門禁控制,、校園卡,、動物監(jiān)管,、貨物跟蹤等。本文設計的讀卡器屬于低頻系統(tǒng),，使用EM4095構(gòu)成讀寫電路,，利用單片機完成Biphase解碼，在寵物管理系統(tǒng)中用來對動物標簽進行識別,。
2 工作原理及電路設計
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SHD引腳為高電平時,，EM4095處于休眠模式,。芯片上電時SHD引腳必須為高電平，以便芯片初始化,。SHD為低電平時,，電路發(fā)射射頻載波，開始解調(diào)天線接收到的AM 信號,，解調(diào)的數(shù)字信號通過DEMOD— OUT引腳送到微控制器,，以便進行解碼和處理。MOD引腳為高電平時電路處于三態(tài),，MOD接地使芯片進入只讀狀態(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,，是通過負載調(diào)制的方式耦合到應用終端的天線上,，需要從EM4O95發(fā)送的射頻信號中提取能量，所以在讀取射頻卡數(shù)據(jù)時,，EM4095要連續(xù)發(fā)射射頻載波信號,。射頻卡內(nèi)有一個LC串聯(lián)諧振電路，其諧振頻率與射頻載波頻率一致,，在電磁波的激勵下,，LC諧振電路產(chǎn)生共振，從而產(chǎn)生感應電勢,，當電量累積到一定數(shù)量時,，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,，并對接收的信號解調(diào)，從而得到射頻卡中的信息,。然后把信息發(fā)送給單片機,，由單片機按照射頻卡的無線通信協(xié)議對數(shù)據(jù)解碼,、保存或者通過串口傳給上位機進行處理。
2．2 電路設計
本文設計的讀卡器用于寵物管理系統(tǒng)的手持終端設備中,，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ATmega88負責接收上位機的指令,，驅(qū)動EM4095以及對EM4095發(fā)回的數(shù)據(jù)進行Biphase解碼,、校驗，向上位機發(fā)送卡號,。單片機ATmega88的PC2,，PD7引腳控制EM4095的工作模式，EM4095解調(diào)后的數(shù)據(jù)輸出給單片機的PB0引腳,，此引腳具有輸入捕獲功能,。基站天線是用銅制漆包線繞制的,，天線線圈的直徑遠大于漆包線的直徑,。可以采用下面的公式對天線參數(shù)進行計算：
其中：L為線圈的電感,；N 為天線線圈的匝數(shù),；U。為磁導率,，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,；動物標簽頻率為134．2 kHz；L為天線線圈的電感,；C為電容并聯(lián)的總電容值,，通過計算可以得到電容值為912．65 pF,。
在調(diào)試過程中，采用3個電容并聯(lián)代替1個電容串聯(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EM4095的雜波輸出，便于單片機對數(shù)據(jù)進行解碼,。
3 軟件設計
ISO11784／11785協(xié)議是國際標準化組織對動物RFID做出的技術(shù)規(guī)定,。其中對全雙工模式做了如下規(guī)定：1個11位(00000000001)的數(shù)據(jù)頭用于識別數(shù)據(jù)流的開始；8個8位的碼組組成64位ID號,；2個8位的CRC一16校驗碼碼組,；3個8位的包含尾碼的碼組；每個碼組的后面都加上一個控制碼“1”,，防止數(shù)據(jù)頭重復出現(xiàn),。動物標簽采用只讀芯片EM4105，采用RF／32的傳輸波特率,，數(shù)據(jù)編碼方式為Biphase編碼,，存儲了128位數(shù)據(jù)信息。
圖2為Biphase編碼波形圖
Biphase編碼的特點是二進制碼“0”在半位周期時跳變,，“1”在半位周期時無跳變,，并且“0”和“1”在位周期時都跳變，正好可以利用這一特點解碼,。通過計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
讀卡過程先對系統(tǒng)進行初始化,，單片機ATmega88的T／C1內(nèi)部有輸入捕獲單元，可應用于精確捕獲一個外部事件的發(fā)生以及事件發(fā)生的時間印記,。EM4095解調(diào)輸出的波形輸入到單片機的ICP1引腳,，單片機進行跳變沿捕獲，定時器捕捉中斷的觸發(fā)方式必須采用上升沿和下降沿交替進行,。也就是說,，在下降沿捕捉中斷處理程序中設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,。算出兩次跳變的時間間隔,，根據(jù)時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)頭后對對64位ID號進行CRC校驗,，校驗通過后便可獲得動物標簽ID號,。
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設計用于寵物管理系統(tǒng)的讀卡器,，給出了軟硬件的設計方法,。通過實際測試，本文設計的讀卡器可以穩(wěn)定地工作,，讀取距離約為3 cm,，讀取速度也能達到要求。在原有軟件基礎(chǔ)上稍微改動就可以讀取曼徹斯特編碼的標簽,，具有很強的通用性,。