基于USB接口ID讀卡器的設(shè)計(jì)

1 引言
USB接口ID讀卡器是射頻識(shí)別RFID(Radio Frequency Identification)在125 kHz的具體應(yīng)用，適用于網(wǎng)吧管理、會(huì)員系統(tǒng)、考勤消費(fèi)發(fā)卡器、身份識(shí)別前端等。一般的USB接口ID讀卡器大多采用射頻接收模塊和嵌入式微控制器，但成本高，同時(shí)解碼程序采用定時(shí)查詢或監(jiān)測(cè)信號(hào)邊沿狀態(tài)的方法進(jìn)行解碼，這些解碼方法對(duì)天線載波頻率以及定時(shí)準(zhǔn)確度要求較高，當(dāng)載波稍微偏離規(guī)定范圍時(shí)將不能正確讀卡。為降低產(chǎn)品的成本同時(shí)提高解碼的速度、準(zhǔn)確率、敏感度等，筆者創(chuàng)新采用內(nèi)嵌USB接口的單片機(jī)和EM4095設(shè)計(jì)USB接口ID讀卡器，同時(shí)介紹一種新的解碼技術(shù)，使得載波頻率偏移不影響解碼，而且無需檢測(cè)信號(hào)的邊沿狀態(tài)，能夠更可靠、快速讀卡。

2 系統(tǒng)總體框架及硬件電路設(shè)計(jì)
2．1 系統(tǒng)總體框架
USB接口的125 kHz ID讀卡器主要包括基于SN8P2201單片機(jī)的主控模塊、基于EM4095的射頻模塊、通信模塊(USB)、外部時(shí)鐘、光顯示模塊(LED)、聲音提示模塊(蜂鳴器)、電源模塊、天線，如圖l所示。

ID讀卡器工作過程：USB接通后，紅色LED燈亮，伴隨蜂鳴器鳴叫，表明讀卡器準(zhǔn)備就緒。若1 min內(nèi)無ID卡靠近讀卡器，讀卡器將自動(dòng)進(jìn)入睡眠狀態(tài)，此時(shí)紅色LED燈自動(dòng)熄滅，綠色LED燈點(diǎn)亮。當(dāng)有ID卡接近讀卡器時(shí)，讀卡器自動(dòng)激活，綠色LED燈熄滅，紅色LED燈點(diǎn)亮。讀卡器成功讀取ID卡號(hào)后，蜂鳴器嗚叫，同時(shí)數(shù)據(jù)通過USB傳輸至PC機(jī)。只需打開．txt文件，就可輕松接收數(shù)據(jù)，無需任何上位機(jī)。
2．2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)
2．2．1 主控和通信模塊電路
主控和通信模塊電路如圖2所示。SONIX單片機(jī)SN8P2201的P1．0、P1．1、P0．0引腳分別控制射頻器件EM4095工作狀態(tài)、接收解碼的同步時(shí)鐘、接收解調(diào)數(shù)據(jù)。

SN8P2201引腳5連接復(fù)位電路，電阻R6和電容C8組成基本RC復(fù)位電路。該復(fù)位電路在系統(tǒng)上電時(shí)能夠?yàn)閺?fù)位引腳提供一個(gè)緩慢上升的復(fù)位信號(hào)，該復(fù)位信號(hào)上升速度低于VDD的上電速度，從而為系統(tǒng)提供合理復(fù)位時(shí)序，當(dāng)復(fù)位引腳檢測(cè)到高電平時(shí)，系統(tǒng)復(fù)位結(jié)束，進(jìn)入正常工作狀態(tài)；對(duì)于電源異常情況，二極管正向?qū)ㄊ笴1快速放電并與VDD保持一致，避免復(fù)位引腳持續(xù)高電平，系統(tǒng)無法正常復(fù)位；R7是必不可少的限流電阻。
而通信電路USB，SN8P2201的D+、D一引腳只接適當(dāng)電容和電阻，就可與單片機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)進(jìn)行USB通信，電路簡(jiǎn)單。需注意的是：VREG和GND之間連接1μF電容有助于3．3 V穩(wěn)壓器穩(wěn)定輸出，應(yīng)盡可能靠近SN8P2201放置。