基于ATmega8單片機的125 kHz簡易RFID閱讀器設(shè)計

每當(dāng)EM4100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。
4．2 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?dāng)?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，其值由RF／n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=64／125 kHz=512μs，則半個周期的時間為256μs。
4．3 解碼軟件設(shè)計
ATmega8單片機T／C1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，T／C1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(dāng)一個輸入捕捉事件發(fā)生時，T／C1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。可通過設(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bit[256]用來存放接收到的數(shù)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T／C1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O～255，所以當(dāng)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256μs或512μs為合法跳變。本系統(tǒng)使用8 MHz時鐘，T／C1設(shè)置為無預(yù)分頻，則系統(tǒng)周期為O．125μs，則256μs對應(yīng)計數(shù)值應(yīng)為2 048，512μs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3 000～5 000之間為512μs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(dāng)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，無需讀卡基站芯片，電路結(jié)構(gòu)簡單，成本極低；軟件部分采用C語言進行編寫，提出了一種曼徹斯特編碼的解碼方法。由于RS 232的傳輸距離最大只有15 m，因此對于需要遠距離數(shù)據(jù)傳送的場合，可以通過加入RS 485電路以提高傳輸距離，從而實現(xiàn)遠距離數(shù)據(jù)采集以及實行有關(guān)控制。在一些需要較遠讀卡距離的應(yīng)用中，可通過改進功率放大電路(例如采用D類功率放大電路)來提高功放的效率，從而增大發(fā)射功率，增大讀卡距離。通測試，系統(tǒng)可成功實現(xiàn)對EM4100 ID卡的讀取，經(jīng)過微調(diào)天線，最大讀取距離可達15 cm，且讀卡穩(wěn)定、成功率高，可將其應(yīng)用于門禁、公交等系統(tǒng)。