125K非接觸ID卡讀卡器設(shè)計完整版

1、125K非接觸IC卡讀卡頭 125K讀卡頭的工作電壓為12V/5v，電流為3040MA 讀卡距離最遠15CM 。 如要低功耗最有效是讀卡頭工作時供電，不工作時斷電。讀卡距離與卡和天線有關(guān)， 可以讀各種125K曼徹斯特編碼的只讀ID卡(4001,EM4100等等)和含E2PROM的RF卡。如E5550。讀卡頭(OUT)輸出信號為原卡的曼徹斯特碼，（用示波器接讀卡頭輸出可以觀測ID卡的輸出波形）它和其它公司的125K讀卡頭（輸出信號為原卡的曼徹斯特碼）是兼容的，可以相互替換，不用修改程序。讀卡頭也可以讀可擦寫的125k非接觸IC卡，如當讀E5550時，卡的用來控制是否啟動AOR位應(yīng)置0，（當置1時

2、IC卡不主動發(fā)射數(shù)據(jù)，需讀卡頭先發(fā)送口令。我的讀卡頭是只讀，不能發(fā)數(shù)據(jù)，當AOR位置1時不能讀IC卡的數(shù)據(jù)）。 天線的設(shè)計：天線電感值 =345Uh 線 徑0.29mm 圓形(內(nèi)徑)：直徑6CM 58圈 直徑8CM 40圈 直徑3CM 83圈 直徑2CM 115圈 長方形：9.5*7 CM 38圈 4.7*6.3 CM 50圈 非接觸式IC卡簡介: 非接觸式智能卡以其高度安全保密性，通信高速性，使用方便性，成本日漸低廉等而受到廣泛使用，給我們的生活質(zhì)量帶來了很大的提高。非接觸式IC卡簡介又稱射頻卡，成功地解決了無源（卡中無電源）和免接觸這一難題，是電子器件領(lǐng)域的一大突破。主要用于智能門禁控制器

3、，智能門鎖，考勤機, 自動收費系統(tǒng)等.射頻卡與接觸式IC卡,TM卡相比有以下優(yōu)點：1 可靠性高，無機械接觸，從而避免了各種故障；2 操作方便，快捷，使用時沒有方向性，個方向操作；3 安全和保密性能好，采用雙向驗證機制。讀寫器驗證IC卡的合法性，同時IC卡驗證讀寫器的合法性。每張卡均有唯一的序列號。制造廠家在產(chǎn)品出長前已將此序列號固化，不可再更改，因此可以說世界上沒有兩張相同的非接觸IC卡； 只讀ID卡的資料 非接觸ID卡主要有臺灣4001卡和瑞士H4001卡,EM4100。它們都采用125kHz的典型工作頻率，有64位激光可編程ROM，調(diào)制方式為曼徹斯特碼（Manchester）調(diào)制，位數(shù)據(jù)傳

4、送周期為512s，其64位數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖1所示。 連續(xù)9位“1”作為頭數(shù)據(jù)，是讀取數(shù)據(jù)時的同步標識；D00D93位是用戶定義數(shù)據(jù)位；P0P9是行奇校驗位，PC0PC3是列奇校驗位，最后位“0”是結(jié)束標志。非接觸ID卡的這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)非常有利于判斷讀出數(shù)據(jù)的正確性。 根據(jù)曼徹斯特碼的編碼原則非接觸ID卡采用上升沿對應(yīng)著位數(shù)據(jù)“0”，下降沿對應(yīng)著位數(shù)據(jù)“1”，微控制器通過檢測125k非接觸IC卡讀卡器輸出數(shù)據(jù)位的跳變來實現(xiàn)對曼徹斯特碼的譯碼。數(shù)據(jù)讀以后，根據(jù)前面所提到的非接觸ID卡的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，通過比較奇校驗算法與讀出數(shù)據(jù)中的奇校驗位來驗證出數(shù)據(jù)的正確性。在工作狀態(tài)下，只要125K讀卡頭電路不斷電，非接

5、觸ID卡在讀卡區(qū)內(nèi)，非接觸ID卡將循環(huán)發(fā)送64位數(shù)據(jù),而125K讀卡頭的OUT腳也循環(huán)發(fā)送64位數(shù)據(jù)。采用曼碼調(diào)制的數(shù)據(jù)表達方式由圖可知，位數(shù)據(jù)的傳送周期（1P）規(guī)定了每傳送1位數(shù)據(jù)的時間是固定的，E5550系列它由RF/n決定其物理實質(zhì)是微控制器通過基站與應(yīng)答器中的存儲器（EEPROM）進行數(shù)據(jù)的讀寫操作。而ID4001載波頻率fOSC125kHz，位數(shù)據(jù)傳送率RF/64是固定的，則每傳送一位的時間（周期）為振蕩 周期的64分頻，故位傳送周期為：1P=1/(125kHz64)=512s 根據(jù)我們得到的器件，采用曼碼調(diào)制的數(shù)據(jù)，位數(shù)據(jù)1對應(yīng)著電平下跳，位數(shù)據(jù)0對應(yīng)著電平上跳在一串傳送的數(shù)據(jù)序列

6、中，兩個相鄰的位數(shù)據(jù)傳送跳變時間間隔應(yīng)為1P。若相鄰的位數(shù)據(jù)極性相同，則在該兩次位數(shù)據(jù)傳送的電平跳變之間，有一次非數(shù)據(jù)傳送的、預(yù)備性的（電平）空跳。電平上跳、電平下跳和兩個相鄰的同極性位數(shù)據(jù)之間的預(yù)備性空跳是確定位數(shù)據(jù)傳送特征的判據(jù)。 0 引言無線射頻識別(Radio Frequency Identification，RFID)是利用感應(yīng)、電磁場或電磁波為傳輸手段，完成非接觸式雙向通信、獲取相關(guān)數(shù)據(jù)的一種自動識別技術(shù)。該技術(shù)完成識別工作時無須人工干預(yù)，易于實現(xiàn)自動化且不易損壞，可識別高速運動物體并可同時識別多個射頻卡，操作快捷方便，已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。目前存在的一些讀卡器，都需要讀卡芯片作為

7、基站，成本較高。本文介紹了一種采用分立元件構(gòu)成的125 kHz RFID閱讀器，電路結(jié)構(gòu)簡單，成本極低，用于讀取EM4100型ID卡。1 RFID系統(tǒng)的分類RFID系統(tǒng)的分類方法有很多，在通常應(yīng)用中都是根據(jù)頻率來分，根據(jù)不同的工作頻率，可將其分為以下四種：(1)低頻(120135 kHz)。該頻段具有很強的場穿透性，使用不受限制，性能不受環(huán)境影響，價格低廉，最大識別距離一般小于60 cm，主要應(yīng)用于門禁、“一卡通”消費管理、車輛管理等系統(tǒng)；(2)高頻(1015 MHz)。該頻段與低頻相比，具有防沖撞、能同時識別多個標簽的優(yōu)點，但其性能受環(huán)境影響，識別距離一般小于100 cm，主要應(yīng)用于圖書管理

8、、物流等系統(tǒng)；(3)超高頻(850960 MHz)。該頻段較高頻相比，具有可實現(xiàn)長距離識別的的優(yōu)點，最大識別距離可達10 m，但其性能受環(huán)境影響較大，價格也較貴，主要應(yīng)用于鐵路車輛識別、集裝箱識別等系統(tǒng)；(4)微波(24558 GHz)。該頻段可實現(xiàn)遠距離識別，識別距離可達100 m，但其價格也最貴，主要應(yīng)用于智能交通系統(tǒng)中。2 RFID系統(tǒng)的組成射頻識別系統(tǒng)一般由閱讀器、電子標簽、天線三部分組成。(1)閱讀器：讀取或讀寫電子標簽信息的設(shè)備，主要任務(wù)是控制射頻模塊向標簽發(fā)射讀取信號，并接收標簽的應(yīng)答，對標簽的標識信息進行解碼，將標識信息連帶標簽上其他相關(guān)信息傳輸?shù)街鳈C以供處理。一臺典型的閱讀器

9、包含有高頻模塊(發(fā)送器和接收器)、控制單元以及與應(yīng)答器連接的耦合元件。此外，許多閱讀器還有附加的接口(RS 232，RS 485等)，以便將所獲得的數(shù)據(jù)傳輸給另外的系統(tǒng)(如個人計算機)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。(2)電子標簽(應(yīng)答器)：由芯片及內(nèi)置天線組成，芯片內(nèi)保存有一定格式的電子數(shù)據(jù)，放在被識別物體上，作為待識別物品的標識性信息，它是射頻識別系統(tǒng)真正的數(shù)據(jù)載體，內(nèi)置天線用于和射頻天線間進行通信。通常，應(yīng)答器沒有自己的供電電源，只有在閱讀器的響應(yīng)范圍以內(nèi)，應(yīng)答器才是有源的。應(yīng)答器工作所需的能量，是通過耦合單元(非接觸的)傳輸給應(yīng)答器的。(3)天線：標簽與閱讀器之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)妮d體。3 硬件電

10、路設(shè)計本設(shè)計以AVR系列單片機ATmega8作為微控制器。Atmel公司的AVR是8位單片機中第一個真正采用RSIC結(jié)構(gòu)的單片機，它采用了大型快速存取寄存器組、快速單周期指令系統(tǒng)以及單級流水線等先進技術(shù)，使得AVR單片機具有高達1 MLPSMHz的高速運行處理能力。硬件電路如圖2所示，在圖2中為載波產(chǎn)生及功率放大電路，由單片機的TC2工作于CTC模式，產(chǎn)生標準125 kHz載波信號，經(jīng)過限流電阻R1后送入推挽式連接的三極管功率放大電路，放大后的載波信號通過天線發(fā)射出去。天線L1與電容C1構(gòu)成串聯(lián)諧振電路，諧振頻率為125 kHz，諧振電路的作用是使天線上獲得最大的電流，從而產(chǎn)生最大的磁通量，獲

11、得更大的讀卡距離。為檢波電路，檢波電路用來去除125 kHz載波信號，還原出有用數(shù)據(jù)信號。R2，D1，R3，C2構(gòu)成基本包絡(luò)檢波電路，C3為耦合電容，R4，C4為低通濾波電路，D2，D3為保護二極管，輸出接到濾波放大電路。為濾波放大電路，濾波放大電路采用集成運放LM358對檢波后的信號進行濾波整形放大，放大后的信號送入單片機的定時計數(shù)器T1的輸入捕捉引腳ICPl，由單片機對接收到的信號進行解碼，從而得到ID卡的卡號。4 軟件設(shè)計本系統(tǒng)的軟件設(shè)計包括兩部分：125 kHz載波的產(chǎn)生和ID卡解碼。載波信號產(chǎn)生相對簡單，可利用單片機的TC2，使其工作于CTC模式，比較匹配時使輸出OC2取反便可得到1

12、25 kHz的方波。解碼軟件設(shè)計相對較復(fù)雜，要對ID卡進行解碼，首先應(yīng)掌握ID卡的存儲格式和數(shù)據(jù)編碼方式。41 EM4100數(shù)據(jù)存儲格式圖3是EM4100的64位數(shù)據(jù)信息，它由5個區(qū)組成：9個引導(dǎo)位、10個行偶校驗位“POP9、4個列偶校驗位“PC0PC3”、40個數(shù)據(jù)位“D00D93”和1個停止位S0。9個引導(dǎo)位是出廠時就已掩膜在芯片內(nèi)的，其值為“”，當它輸出數(shù)據(jù)時，首先輸出9個引導(dǎo)位，然后是10組由4個數(shù)據(jù)位和1個行偶校驗位組成的數(shù)據(jù)串，其次是4個列偶校驗位，最后是停止位“0”?！癉00D13”是一個8位的晶體版本號或ID識別碼?！癉20D93”是8組32位的芯片信息，即卡號。每當EM41

13、00將64個信息位傳輸完畢后，只要ID卡仍處于讀卡器的工作區(qū)域內(nèi)，它將再次按照圖3順序發(fā)送64位信息，如此重復(fù)，直至ID卡退出讀卡器的有效工作區(qū)域。42 EM4100數(shù)據(jù)編碼方式EM4100采用曼徹斯特編碼，如圖4所示：位數(shù)據(jù)“1”對應(yīng)著電平下跳，位數(shù)據(jù)“0”對應(yīng)著電平上跳。在一串數(shù)據(jù)傳送的數(shù)據(jù)序列中，兩個相鄰的位數(shù)據(jù)傳送跳變時間間隔應(yīng)為1P。若相鄰的位數(shù)據(jù)極性相同(相鄰兩位均為“O”或“1”)，則在兩次位數(shù)據(jù)傳送的電平跳變之間，有一次非數(shù)據(jù)傳送的、預(yù)備性的(電平)“空跳”。電平的上跳、下跳和空跳是確定位數(shù)據(jù)傳送特征的判據(jù)。在曼徹斯特碼調(diào)制方式下，M4100每傳送一位數(shù)據(jù)的時間是64個振蕩周期

14、，其值由RFn決定。若載波頻率為125 kHz，則每傳送一位的時間為振蕩周期的64分頻，即位傳送時間為：1P=64125 kHz=512s，則半個周期的時間為256s。43 解碼軟件設(shè)計ATmega8單片機TC1的輸入捕捉功能是AVR定時計數(shù)器的一個非常有特點的功能，TC1的輸入捕捉單元可用于精確捕捉一個外部事件的發(fā)生，記錄事件發(fā)生的時間印記。當一個輸入捕捉事件發(fā)生時，TC1的計數(shù)器TCNTl中的計數(shù)值被寫入輸入捕捉寄存器ICRl中，并置位輸入捕獲標志位ICFl，產(chǎn)生中斷申請?？赏ㄟ^設(shè)置寄存器TCCRlB的第6位ICESl來設(shè)定輸入捕捉信號觸發(fā)方式。本系統(tǒng)利用單片機的輸入捕捉功能進行解碼。由曼

15、徹斯特編碼特點可知，每位數(shù)據(jù)都由半個周期的高電平和半個周期的低電平組成，因此可將一個位數(shù)據(jù)拆分為兩位，即位數(shù)據(jù)“1”可視為“10”，位數(shù)據(jù)“O”可視為“01”，則64位數(shù)據(jù)可視為由128位組成。為了獲得完整且連續(xù)存放的64位ID信息，在此接收兩輪完整的64位數(shù)據(jù)，即接收256位。則上一輪接收到的停止位后緊跟著的必然是本輪接收到的起始位，據(jù)此找出起始同步頭。再根據(jù)曼碼特點獲得ID卡的有效數(shù)據(jù)(“10”解碼為“1”；“01”解碼為“O”)并進行LCR校驗，若校驗無誤，則將ID卡號輸出至PC機，并準備下一次的解碼；否則，直接準備下一次解碼。另外，在程序中首先定義一個數(shù)組bit256用來存放接收到的數(shù)

16、據(jù)；定義一個變量flag用來標記256位數(shù)據(jù)接收完成；定義一個變量error用來標記校驗有錯誤產(chǎn)生。由于無ID卡靠近讀卡器的有效工作區(qū)時，單片機輸入捕捉引腳輸入的是高電平，因此在主程序中先設(shè)定為下降沿觸發(fā)，清零計數(shù)器TCNTl，打開TC1的輸入捕捉功能。主程序流程圖如圖5所示。在輸入捕捉中斷程序中定義一個觸發(fā)沿標志tr=1(用于表示由下降沿引起的觸發(fā))，同時定義一個無符號字符型變量i用來對接收到的數(shù)據(jù)個數(shù)進行計數(shù)，由于無符號字符型數(shù)據(jù)的取值范圍為O255，所以當接收完256位時，i的值再次變?yōu)?。接著判斷是否為合法跳變，由以上分析可知，電平跳變的時間為256s或512s為合法跳變。本系統(tǒng)使用8

17、 MHz時鐘，TC1設(shè)置為無預(yù)分頻，則系統(tǒng)周期為O125s，則256s對應(yīng)計數(shù)值應(yīng)為2 048，512s對應(yīng)計數(shù)值應(yīng)為4 096。取計數(shù)值TCNTl小于5 000為合法跳變依據(jù)，若TC-NTl大于5 000，則認為是由干擾信號產(chǎn)生的非法跳變，并將其忽略，取TCNTl介于3 0005 000之間為512s跳變依據(jù)。若為合法跳變，由于是下降沿觸發(fā)的中斷，則認為接收到一位數(shù)據(jù)“1”；若為合法跳變且3 000TCNTl5 000，則認為接收到兩位數(shù)據(jù)“1”。再將輸入捕捉觸發(fā)方式改為上升沿觸發(fā)，設(shè)定觸發(fā)沿標志tr=0(用于表示由上升沿引起的觸發(fā))。當中斷是由上升沿觸發(fā)時，執(zhí)行類似操作。圖6為中斷處理程序流程圖。5 結(jié)語本設(shè)計硬件電路中功放和檢波部分采用分立元件構(gòu)成，無需