低频RFID阅读器设计
125kHzRFID读写器的硬件设计_
中国高新技术企业
１２５ｋＨｚ ＲＦＩＤ 读ห้องสมุดไป่ตู้器的硬件设计
文 ／ 王萍 曾宝国
【摘 要 】 射 频 识 别 （Ｒ ＦＩＤ ） 是 利 用 无 线 方 式 对 电 子 数 据 载 体 （ 电 子 标 签 ） 进 行 识 别 的 一 种 新 兴 技 术 。本 文 针 对 工 作 频 率 为 １２５ｋＨｚ 的 电 子 标 签 ＡＴ８８ＦＲ ２５６－ １２ ， 介 绍 了 其 识 读 系 统 的 组 成 及 读 写 终 端 的 硬 件 设 计 。 【关 键 词 】 Ｒ ＦＩＤ 读 写 器 硬 件 设 计
４ 结束语 以上是本人在计算机机房工作多年中， 所总结的计算机故障及 维护的一些处理方法。前面我们已提到过计算机是高精密设备， 它 的 维 护 与 保 养 是 繁 重 的 、复 杂 的 ， 希 望 这 些 方 法 能 给 每 位 计 算 机 用 户提供方便， 减少不必要的经济损失。
（作者单位系陕西理工学院计算机科学与技术系）
射 频 识 别 技 术 （ＲＦＩＤ）是 近 年 迅 速 发 展 起 来 的 一 项 新 技 术 ， 它 利 用 射 频 信 号 通 过 空 间 耦 合 （交 变 磁 场 或 电 磁 场 ）实 现 非 接 触 式 信 息 传 递 ， 达 到 自 动 识 别 目 的 。 与 接 触 式 ＩＣ 卡 和 条 形 码 识 别 技 术 相 比 ， 射 频 识 别 技 术 最 大 的 优 势 在 于 特 别 适 合 对 数 量 大 、分 布 区 域 广 的 信 息 进 行 智 能 化 管 理 和 高 效 快 捷 地 运 作 ， 因 此 在 物 流 、交 通 航 运 、自 动 收 费、服务领域等方面有着广泛的应用前景。 针对工作频率为 １２５ｋＨｚ 的 电 子 标 签 ＡＴ８８ＦＲ２５６ － １２ ， 本 文 介 绍 了 其 识 读 系 统 的 组 成 及读写终端的硬件设计。
125KHz RFID读写器的FSK解调器设计
125KHz RFID读写器的FSK解调器设计很多工作在125KHz载波频率的RFID芯片，如Microchip公司的MCRF200、MCRF250以及Atmel公司的e5551、T5557等都可以将其调制方式设置为FSK方式。
若芯片设置为FSK调制方式，那么读写器(PCD)必须具有FSK解调电路。
FSK解调电路将FSK调制信号解调为NRZ码。
本文给出一种FSK解调电路，该电路的特点是电路简单可靠，很适宜PCD中应用。
FSK调制工作在125KHz的RFID的FSK调制方式都很相似，图1给出了一种FSK调制方式的波形图。
从图中可见，此时数据速率为：载波频率fc/40=125K/40=3125bps，在进行FSK调制后，数据0是频率为fc/8的方波，即f0 = fc/8；而数据1是频率为fc/5的方波，即f1= fc/5。
经FSK调制后的传送数据，通过负载调制方式传送到PCD，图1中也给出了射频波形，载波的调制是采用调幅。
F SK解调PCD经载波解调(通常采用包络检波)、放大滤波和脉冲成形电路后，得到FSK 调制信号。
FSK解调电路完成将FSK调制信号恢复为NRZ码。
FSK解调实现方法较多，本文介绍的一种FSK解调电路示于图2，该电路简单方便，可以很好地完成FSK解调。
图2所示电路工作原理如下：触发器D1将输入FSK信号变成窄脉冲，即Q为高时，FSK上跳沿将Q端置高，但由于此时Q为低，故CL端为低，又使Q端回到低电平。
Q端的该脉冲使十进计数器4017复零并重新计数。
4017计数器对125KHz时钟计数, 由于数据宽为40/fc=40Tc(Tc为载波周期)，若为数据0，FSK方波周期T0=8Tc。
当计至第7个时钟数时，Q7输出为高，使CLKen(CLK使能端)为高，计数器不再计第8个时钟，此时Q7为高，当触发器D1的Q输出端在下一个FSK波形上跳时，触发器D2的Q端输出为低。
FSK波形上跳同时也将计数器复零并重新计数。
rfid低频125k电路
rfid低频125k电路
低频RFID常使用125kHz频率，用电感耦合方式实现识别。
为了为无源应答器提供电源，阅读器往往需要有足够的功率输出，就要有功放级电路。
一种简单常用的B类125kHz功放电路，如下图所示。
其中，125kHz方波经3个74HC反相器并联输出，以提供足够的负载能力；然后经L1、C1和C2的滤波网络后形成125kHz正弦波。
Q1是射极跟随器，其输出正弦波的正半周时Q2导通，负半周时Q3导通，两管交替导通合成输出波形。
L2、C3是串联谐振回路，谐振频率125kHz，由于谐振时电容器两端的电压为源电压的Q 倍，所以电容器要选用耐压高的。
电阻R6、R7可降低谐振回路的Q值，以保证通信带宽。
rfid阅读器信号的调制方案是
rfid阅读器信号的调制方案是RFID阅读器信号的调制方案在RFID（Radio Frequency Identification，射频识别）系统中，阅读器负责接收和解析来自标签的信息。
为了实现高效的数据传输和可靠的信息识别，RFID阅读器信号的调制方案起着至关重要的作用。
本文将探讨几种常见的RFID阅读器信号调制方案，包括频率调制、振幅调制和相位调制。
一、频率调制频率调制是最常见的RFID阅读器信号调制方案之一。
它通过改变信号的频率来传输信息。
常见的频率调制方法有幅频调制（ASK）、频移键控调制（FSK）和相幅调制（PSK）。
1. 幅频调制（ASK）幅频调制是一种将数字信号转换成模拟射频信号的调制方法。
在ASK中，阅读器通过改变载波信号的幅度来表示数字信息的0和1。
当数字信息为0时，阅读器发送的信号幅度为0；当数字信息为1时，阅读器发送的信号幅度为设定的幅度。
2. 频移键控调制（FSK）频移键控调制是一种在不同频率上切换来传输信息的调制方法。
在FSK中，阅读器通过改变载波信号的频率来表示数字信息的0和1。
当数字信息为0时，阅读器发送的信号频率为低频；当数字信息为1时，阅读器发送的信号频率为高频。
3. 相幅调制（PSK）相幅调制是一种通过改变信号相位来表示数字信息的调制方法。
在PSK中，阅读器通过改变载波信号的相位来表示数字信息的0和1。
当数字信息为0时，阅读器发送的信号相位为相位1；当数字信息为1时，阅读器发送的信号相位为相位2。
二、振幅调制振幅调制是一种通过改变信号的振幅来传输信息的调制方案。
虽然在RFID系统中不常用于阅读器信号的调制，但在其他通信系统中仍被广泛采用。
振幅调制的一个典型例子是调幅（AM）调制。
1. 调幅（AM）调制调幅是一种通过改变载波信号的振幅来表示数字信息的调制方法。
在调幅调制中，阅读器通过改变信号的振幅来传输数字信息的0和1。
当数字信息为0时，阅读器发送的信号振幅为0；当数字信息为1时，阅读器发送的信号振幅为设定的振幅。
RFID低频读写器读写实验
上海企想信息技术有限公司
（一）实验目的 了解RFID低频读写器工作原理 了解RFID读写器主板支持的几种通信方式 学习和掌握利用串口进行RFID读卡操作（ID卡和动物标签） （二）实验设备 RFID低频读写器实验套件 操作台：提供电源、PC、USB口、RS232串口、RJ45以太口 软件：RFID Demo上位机软件 （三）实验内容 采用串口通信方式，熟悉RFID低频ID卡和动物标签读卡实验。
图七-2设置串口工作方式
3. 读卡操作 打开串口模块低频选项卡，选择ID标签或动物标签，单击“开始”按钮，开始读 卡操作。如图七-3所示。（注意：读ID标签和动物标签将分别采用不同的低频读写 模块。）
图七-3低频读卡(ID标签)
图七-4低频读卡（动物标签)
（五）实验过程
利用串口进行RFID低频读卡操作 利用RFID Demo上位机软件进行实验演示。 1. 首先，连接硬件，将RFID低频读写模块按照正确的方向，插在 RFID主板LF接口上，LCD液晶屏与主板连接，如图七-1所示，并将串 口与上位机连接好后，上电。
图七-1低频读写器
பைடு நூலகம்
2. 设置串口工作方式 打开RFID Demo上位机软件，设置串口工作方式并启动低频，如图七-2所 示。
（四）实验准备
注意： RS232串口、RJ45以太网、WIFI三种通信方式不能同时使用，使 用串口方式通信时必须拔掉TCP模块和WIFI模块，同样使用TCP模块 时必须拔掉WIFI模块，使用WIFI通信时必须拔掉TCP模块，否则不 能正常通信。 切记：插、拔各模块前最好先关闭电源，模块插好后再通电。 RFID读写器串口波特率为9600bps
多通道多模式的低频RFID阅读器设计
多通道多模式的低频RFID阅读器设计由于低频信号对环境的敏感程度相对较低，同时低频(如125kHz)RFID阅读器与标签的成本相对较低，因此，低频RFID 在许多应用领域发挥着重要作用。
然而，现有的单通道低频RFID阅读器在组成大规模应用系统时非常不便，会使系统累赘、可靠性下降、成本增加。
为了解决这些问题，有必要探讨多通道低频RFID阅读器的设计方法。
1阅读器的组成图1为多通道多模式低频RFID阅读器的结构框图。
阅读器包含6个读取通道，每个通道包含一个EM4095芯片，它们在同一个MCU的程序控制下工作。
设计6个通道的目的是组成多种有效的工作模式，便于实际应用。
阅读器每个通道的解码均由MCU的程序控制完成，这样可以大大地简化硬件设计、降低成本。
阅读器通过CAN总线或RS485总线与上位机相连，进行数据通信，接受工作模式的设定指令和其他的控制指令，上传各通道读取的标签信息和阅读器本身的工作状态；同时也可构成集散型系统，便于大规模应用。
620)this.style.width=620;" border=0>图1多通道多模式低频RFID阅读器结构图2EM4095芯片的用法EM4095是瑞士EMMicroelectronic公司的一款用于RFID阅读器的专用芯片。
图2为EM4095的应用原理图。
DEMOD_OUT引脚为AM解调信号的输出端；MOD为调制控制端，低电平时没有调制，高电平时100％调制；RDY／CLK 输出端具有多个功能指示作用，或作为发送已准备好指示，或作为接收同步时钟信号输出指示。
当芯片内部锁相环工作建立，接收电路开始工作时，RDY／CLK端会输出连续的与DEMOD_OUT端数据信号同步的时钟信号；SHD为高电平时，EM4095进入睡眠省电模式，RDY／CLK也被置为低电平。
620)this.style.width=620;" border=0>图２EM4095应用原理图3数据接收解码方法由于EM4095只是提供了产生载波与AM调制解调功能，因此阅读器数据发送编码与数据接收解码须由MCU完成。
125kHz低频RFID读写器设计
125kHz低频RFID读写器设计作者：张建文王怀平来源：《软件工程师》2014年第04期摘要：本文介绍一种基于基站芯片EM4095和AT89S52单片机的低频RFID读写器设计方案。
论文首先对读写器硬件功能框图进行说明，并给出了读写器硬件接口电路。
在分析了EM4095解调、输出的曼彻斯特编码数据波形后，根据该曼彻斯特码编码特点，提出了利用计算曼彻斯特码的下降沿间隔的载波数的方法进行解码的思路，并给出了软件流程图，此解码方法提高了解码的速度和准确性，实验证明，读写器读卡稳定可靠，效果好。
关键词：射频识别；EM4095；曼彻斯特码；读写器中图分类号：TP334 文献标识码：A1 引言（Introduction）射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）属无线电通信范畴，基本物理原理就是电磁场感应。
射频识别系统由两部分组成：一部分是识别对象（标签）；另一部分是识别器（读写器）[1]。
读写器模块是由微控制器、射频基站芯片、线圈和一些外围阻容器件组成。
本文所设计的125kHz低频RFID读写器能够准确可靠的读取标签的内存信息，并送入计算机终端进行管理，实现非接触式门禁考勤、动物识别等系统的核心管理功能。
2 硬件电路设计（The hardware circuit design）125kHz读写器主要是由射频模块、控制模块，通信模块和电源模块等部分电路组成的，其硬件功能框图如图1所示。
我们选用的EM4095是EM公司设计生产的低频RFID读写器专用芯片，它集成的PLL系统能达到载波频率自适应天线的共振频率，而不需外接晶振，工作频率100kHz—150kHz。
EM4095与微控制器接口简单，由EM4095构成的读写器电路图如图2所示，芯片供电后，SHD应先为高电平，对芯片进行初始化，然后再接低电平，芯片即发射射频信号，解调模块将天线上AM信号中携带的数字信号取出，并由DEMOD_OUT端输出。
基于AVR单片机的125kHz简易RFID阅读器设计
基于A VR单片机的125kHz简易RFID阅读器设计无线识别(Radio Frequency Identification，)是利用感应、电磁场或电磁波为传输手段，完成非接触式双向通信、猎取相关数据的一种自动识别技术。
该技术完成识别工作时无须人工干预，易于实现且不易损坏，可识别高速运动物体并可同时识别多个射频卡，操作快捷便利，已经得到了广泛的应用。
目前存在的一些读卡器，都需要读卡芯片作为基站，成本较高。
本文介绍了一种采纳分立元件构成的125 kHz RFID阅读器，结构容易，成本极低，用于读取EM4100型ID卡。
1 RFID系统的分类RFID系统的分类办法有无数，在通常应用中都是按照频率来分，按照不同的工作频率，可将其分为以下四种：(1)低频(120～135 kHz)。
该频段具有很强的场穿透性，用法不受限制，性能不受环境影响，价格低廉，最大识别距离普通小于60 cm，主要应用于门禁、“一卡通”消费管理、车辆管理等系统；(2)高频(10～15 MHz)。
该频段与低频相比，具有防冲撞、能同时识别多个标签的优点，但其性能受环境影响，识别距离普通小于100 cm，主要应用于图书管理、物流等系统；(3)超高频(850～960 MHz)。
该频段较高频相比，具有可实现长距离识别的的优点，最大识别距离可达10 m，但其性能受环境影响较大，价格也较贵，主要应用于铁路车辆识别、集装箱识别等系统；(4)微波(2．45～5．8 GHz)。
该频段可实现远距离识别，识别距离可达100 m，但其价格也最贵，主要应用于智能交通系统中。
2 RFID系统的组成射频识别系统普通由阅读器、标签、天线三部分组成。
(1)阅读器：读取或读／写电子标签信息的设备，主要任务是控制射频模块向标签放射读取信号，并接收标签的应答，对标签的标识信息举行解码，将标识信息连带标签上其他相关信息传输到主机以供处理。
第1页共6页。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
目录
• 4.1 低频ID卡 • 4.2 EM4095 • 4.3 低频RFID阅读器程序设计
本章目标
• 了解EM4095的功能 • 掌握EM4095的原理框图 • 掌握EM4095与MCU的接口 • 掌握EM4100卡的特点 • 掌握EM4100卡解码方法
学习导航
D00-D90 10个bit的偶校验。
• 停止位，S0为停止位，即单bit0。
4.1 低频ID卡-EM4100解码
• 对EM4100进行解码时，判断一帧完整数据 的开始，需要判断同步头，因为数据中的 行列校验会保证数据中不会连续出现9个1。
• 由于只要在阅读器范围内，EM4100会循环 送出内部的64bit数据，并且最后一个停止 位为数据0。
• 目前市场上使用较多的为前两种，其读取 方法也不尽相同：
4.1 低频ID卡-常见低频ID卡
• EM4100系列ID卡芯片可用同一个公司配套 的EM4095读卡芯片，方便读取其ID号。
• HID系列卡有自己的加密协议和读取方法， 并且不公开，所以EM4095读卡芯片无法读 取其ID号，只能使用专用HID类读卡器。
射频识别技术
……
RFID阅读器开发基础
低频RFID阅读器设计
……
超高频RFID阅读器应用
低频ID卡 常见低频ID卡 EM4100 EM4100编码
EM4095
低频RFID阅读器程序设计
功能概述 原理框图 与MCU接口
初始化程序 驱动程序 主程序
任务描述
• 【描述】4.D. 1 • 使用AVR通过EM4095读取一个EM4100卡
激励器。 • 数据发送通过调幅方式，可使用单芯片通过外部调
节。 • 睡眠模式电流1uA。 • 兼容USB供电范围。 • 40到85度温度范围。 • SO16封装。
0123456 91111111 D N DC2 SHD G MOD FCAP A CODE_IN CODEOUT DEMOD_OUT D DD VD VSSRDY/CLKANT1DDVSSANT2VDEMOD_IN EM4095 12345678
的卡号。
4.1 低频ID卡
• 低频RFID由于频率较低，带宽有限，所以 不适合传输大数据量以及数据写入。
• 因此低频RFID标签通常是以ID卡的形式出 现，即在标签中固化一串ID号，阅读器仅 可以阅读，不能写入和更改。
• ID卡仅提供一个ID卡号，通常用来做身份 识别，更多的功能需要依赖于阅读器。
• （1s/125000）*64=512us
• 数据采用曼彻斯特码编码，即每个bit被分为两 位传输，每两个曼彻斯特码宽度为512us。如表 4- 1所示。
原码 1 0
曼彻斯特码 10 01
4.2 EM4095
• EM4095是EM微电子公司生产的一款低频AM 调制解调芯片，常用作低频RFID阅读器的 模拟前端。
• 阅读器读取ID号后进行比对后执行相关处 理或者传入上位机或网络进行处理频ID卡通常采用无源设计，将ID芯片和 天线封装在一起，做成卡片或标签的样式。 其结构如图4- 1所示。
天线
ID卡芯片 ID卡片
4.1 低频ID卡-常见低频ID卡
• 常见的ID芯片有EM公司的EM4100及其兼容 的TK4001系列、HID系列和摩托罗拉等几种。
芯片，典型频率为1D1205Dk11HDz1，2 D内13 P部1 固化64个
bit数据
D20 D21 D22 D23 P2 D30 D31 D32 D33 P3
• 一旦进入阅读器范围DD4500内DD4511，DD45则22 DD受4533 PP到45 阅读器天
线发出的载波耦合后DD6700，DD6711将DD676224DD个6733 PPb67it的数据不
4.2 EM4095 -功能概述
• EM4095是EM公司生产的一款CMOS芯片，与MCU接口 简单，在RFID阅读器中可用于天线驱动和调制解调。
• 除此之外，还有其他特性如下所述： • 内置的PLL锁相环可自适应天线谐振载波。 • 无需外部振荡器。 • 100到150kHz载波频率范围。 • 数据发送采用OOK（100%AM调幅）方式，使用桥路
• 因此本书中将不详细讲解此系列卡。 • 注意 本章后续章节，将以AVR单片机为核
心，EM4095芯片为收发通道实现一个对 EM4100系列芯片（及其兼容卡）的ID卡解 码的低频RFID阅读器。
4.1 低频ID卡-EM4100
• EM4100是1 EM1公1司生1 产D100的D101只D10读2 D1型03 P非10 接触ID卡
• 因此判断同步头的方法是当第一次读取数 据时，遇到0至1的跳变开始计数，如果读 到连续9个1，则为同步头，从同步头往后 可顺序读取剩余的bit位。
4.1 低频ID卡-EM4100解码
• EM4100内部的64bit数据采用时钟（典型频率为 125kHz）64分频的速率进行发送，每位bit的传 送时间为：
开始传送。
111111111
• 版本信息和客户ID，共由D00-D13，8个 bit组成，记录版本信息和客户ID号。
D00 D01 D02 D03 P0 D10 D11 D12 D13 P1 D20 D21 D22 D23 P2
• 数据，共由D20-D93，32个bit组成，存 储ID卡号。
D30 D31 D32 D33 P3 D40 D41 D42 D43 P4 D50 D51 D52 D53 P5
• 校验位，P为每一行数据的偶校验，例如，
D60 D61 D62 D63 P6 D70 D71 D72 D73 P7
P0为0行校验，即D00-D03四位比特的偶
D80 D81 D82 D83 P8
校验。 • PC为每一列数据的偶校验，例如PC0为
D90 D91 D92 D93 P9 PC0 PC1 PC2 PC3 S0
断发回阅读器。 D80 D81 D82 D83 P8
D90 D91 D92 D93 P9
• EM4100内部64bit相PC关0 P定C1 P义C2如PC3图S04- 2所示。
4.1 低频ID卡-常见低频ID卡
• 64个bit数据共分为五部分，其含义下所 述：
• 同步头，共由9个1组成，用于识别数据