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(多图) 电子标签识读终端的研究与设计

来源:EEPW?? 2008年02月13日 ?? 收藏0

  电子标签识读终端是构成射频识别系统的基本条件。本文对低频电子标签与识读终端之间的作用基理进行了研究分析,据此提出了以基站芯片EM4095为射频接口的识读终端硬件设计,并对解码程序设计中的关键问题进行了具体论述。

  1 引言?

  射频识别(RFID)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。与接触式Ic卡和条形码识别等系统比较,它有着巨大的优势。利用射频识别技术,能有效实现对数量大、分布区域广的信息进行智能化管理,达到高效快捷运作的目的,特别是在物流、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100kHz一150kHz的电子标签EM4100.本文提出了其识读终端的设计。

  2 无源射频芯片EM4100工作基理?

  EM4100系列为微型低功耗电子标签芯片,工作频率范围为100kHz~ 150kHz,主时钟及工作电源取自识读器发射的信号。作为接收天线的线圈和微芯片已连好并封装在一起。内部电路分模拟模块和数字模块2大部分。模拟模块包括:全波整流电路,时钟提电路,调制电路;数字模块包括:

序列发生器,只读存贮器.数据编码器。

  无源电子标签与识读器之间的作用距离满足关系r<<λ(工作波长),根据天线理论,属于天线近区场(即感应场)。因此,电子标签天线与识读终端天线之间的作用是基于电磁感应原理,等效电路见图1。其中,Ll为识读器发射天线电感,L2为电子标签线圈电感,R2为电子标签线圈的内阻,R L为电子标签谐振回路的等效负载。

等效电路

  互感M在 L2上产生的电压 作为 L2回路的信号源,由等效电路可推得回路的输出电压表达式:
输出电压表达式

  在其他因素不变时,若识读终端发射的信号频率与该谐振电路的谐振频率(谐振频率)?? 相等,则输出电压最大;偏离谐振频率时,电压将快速减小。谐振信号经整流滤波后作为片工作电源,当该电压值达到EM4100的要求时,芯片启动工作。该谐振电路的输出电压值取决于Q值、交变磁场强度及频率。显然,电子标签与识读终端之间的距离直接影响该电压值。

  在时钟提取电路从线圈感应信号提取的主时钟作用下,序列发生器发出存储器寻址、数据串行输出控制、数据编码控制等信号。芯片内存贮有唯一的64bit代码:9bit起始位、40bit信息位、14bit校验位、lbit停止位。代码经编码后控制调制器中的电流开关.实现对f0=125kHz载波进行调幅。每bit数据的时间宽度与载波周期的比率有3种选择:64、32、16。数据信号控制应答器天线负载的接通和断开.识读器天线上电压将跟随变化,实际是应答器(电子标签)数据对识读器天线电压进行振幅调制,实现了应答器数据向识读器的传输。这就是所谓的负载调制。在识读终端有效作用范围内,电子标签循环发送64bit代码数据,实现数据向识读终端的传送。

  3 识读终端硬件系统设计?

  3.1功能分析

  根据上述识读终端与无源电子标签作用过程.识读终端应实现以下功能:1.发射射频信号。信号频率应等于电子标签接收回路的谐振频率,信号有足够的强度.以启动电子标签工作并满足对作用距离的要求。2.接收电子标签发射的射频信号,并解调出其中的数据。3.数据解码及后续处理。终端硬件系统实现前2项功能,第3项功能由识读终端软件系统实现。

  3.2射频接口电路设计与实现

  射频接口电路实现启动电子标签和信号解调。系统采用RFID专用无线基站芯片EM4095设计了电子标签与识读终端主控模块之间的射频接口电路。EM4095功能原理见图2。

EM4095功能原理

  EM4095兼容多种传输协议(如EM4OOX、EM4150等),利用内部锁相环PLL就可得到与天线适合的谐振频率,而不需外接晶振,工作频率100kHz一150kHz,具有睡眠模式,与微控制器的接口简单,采用调幅同步解调技术,工作电压5V。芯片T作受输入信号SHD和MOD控制。MOD=0时。芯片工作于只读模式。

  SHD=I时,为睡眠模式。芯片供电之后,SHD应先为高电平,以对芯片进行初始化,然后再接低电平,芯片即发射射频信号;同时。解调模块将天线上AM信号中携带的数字信号取出,并由DEMOD— 0UT端输出。RDY/CLK端向微控制器提供芯片内部的状态以及与发射信号同步的参考时钟。SHD=I时,RDY/CLK端输出低电平;SHD由高电平变为低电平后,经过约35ms,RDY/CLK端输出同步时钟信号,该参考时钟信号的出现表示发射模块和接收模块已经启动。通过查询RDY/CLK端信号状态,微控制器即可确定从DEMOD—OUT端接收数据的时刻。


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子标签? 识读终端? EM4095?

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