便攜式125KHz頻段RFID讀卡裝置的研究與實現

王德民 桂林電子科技大學

射頻識別屬于無線通訊范疇，基本物理原理是電磁場感應。整套RFID識別系統分成兩部分：無源標簽和讀卡器。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。本文設計的125K頻段讀卡器能夠準確的讀取標簽EEPROM信息，并上傳數據到PC機上顯示。顯示的數據也可以使用EM4305芯片拷貝成一顆新的芯片。

1 硬件電路設計

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。

本設計選擇的是PCJ7991飛利浦公司生產的低頻RFID基站芯片。它是一個全兼容的高級基站IC（ABIC），此裝置其他型號的transponder在125KHZ下運作，應用ASK（幅移控鍵）來寫，應用AM/PM來讀。接收器性能（放大器增益，濾波器截止頻率）優化了系統和transponder的需求。PCJ7991AT 可較易地與固定器的讀/寫，只讀系統集成，有著高度的集成特性和超低的成分計數。本設計考慮到實際使用過程中可能要脫離計算機，所以加入了充電電路。在脫離計算機的情況下，依然可以使用鋰電池供電，繼續工作。實際電腦USB接口電壓為5V 500mA，經過一條導線之后，電壓會出現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行。先通過升壓芯片將3.2-5V之間的電壓升壓到7.8V，然后降壓到3.3V和5V，分別給單片機和基站芯片供電。電路的另一個特點就是帶有快充功能，使用兩顆TP4056充電芯片并聯的方式充電。考慮實際熱損耗設置電流為780mA，兩路充電電流達到了1.5A電流，并且實際電路并不發熱。由于PCJ7991工作電壓是5V，USB提供的電壓達不到5V，鋰電池提供的電壓也只有3.7-4.2V，所以經過鋰電池充電之后加入一級升壓電路。經過升壓電路之后可以得到一個7.8V 的電壓，1A電流。

設計中的一個優點在于與計算器通信取消了常用的RS232芯片電路。這里采用HID方式傳輸數據，它的驅動采用的是鼠標，鍵盤的驅動，系統自身就會攜帶，根本不需要用戶自己安裝，也不會出現不兼容的情況。

2 讀卡器的軟件設計

這選用EM公司的EM4305 IC卡。它是典型的125KHz模式的標簽，具有工廠編程的32位唯一識別碼，調制方式曼徹斯特調制和BiPhase編碼，位數據傳輸周期有8,16,32,64個載波時鐘。

由于具有多種解調模式和多種周期方式，可通過Page 4 頁進行設置，設置Co0-Co9為1111101000， EM4305的數據返回是由一個8bit組成固定碼組成的，首先接收到一個由00001010組成的前導碼，之后就開始接收數據。足夠保證數據傳輸過來的正確性。

這種編碼方式利用信號的邊沿來表示二進制數據“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。而這種跳變一般發生在位幀的中間。PCJ7991是一款車載芯片，它對數據的讀取精度非常高，載波信號只需要出現15mV變化，就可以被認到。

PCJ7991芯片的特點：收到天線載波的接收數據時，DOUT信號由高電平變低。之后經過8位數據的前導碼，開始接收數據波形，這個IO口接入單片機中斷腳。由于PCJ7991自身帶有解碼功能，輸出的數據已經是曼徹斯特編碼的“0”和“1”，不需要計數多少個周期就可以解碼了。單片機接收到數據之后開始解析，識別高脈沖和低脈沖。解碼流程如圖：

3 結束語

射頻識別技術在各行各業的應用日新月異，本文給出的RFID結構，利用PCJ7991和TMS3705汽車級基站芯片的優越性能，精確地讀取數據，自身解碼返回波形。分析了電子標簽數據存儲格式和數據輸出編碼格式，在此基礎上，利用定時器中斷得到真實數據的辦法，此辦法有效的提高了讀卡距離和準確性。

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

[2]付麗華.RFID技術及產品設計.電子工業出版社2017:1-160