便携式125KHz频段RFID读卡装置的研究与实现

王德民 桂林电子科技大学

射频识别属于无线通讯范畴，基本物理原理是电磁场感应。整套RFID识别系统分成两部分：无源标签和读卡器。读卡器模块主要是由MCU、射频基站芯片、3D天线和少量外围元器件组成。本文设计的125K频段读卡器能够准确的读取标签EEPROM信息，并上传数据到PC机上显示。显示的数据也可以使用EM4305芯片拷贝成一颗新的芯片。

1 硬件电路设计

125 KHz读卡器主要是由基站芯片、控制模块和电源模块电路组成。

本设计选择的是PCJ7991飞利浦公司生产的低频RFID基站芯片。它是一个全兼容的高级基站IC（ABIC），此装置其他型号的transponder在125KHZ下运作，应用ASK（幅移控键）来写，应用AM/PM来读。接收器性能（放大器增益，滤波器截止频率）优化了系统和transponder的需求。PCJ7991AT 可较易地与固定器的读/写，只读系统集成，有着高度的集成特性和超低的成分计数。本设计考虑到实际使用过程中可能要脱离计算机，所以加入了充电电路。在脱离计算机的情况下，依然可以使用锂电池供电，继续工作。实际电脑USB接口电压为5V 500mA，经过一条导线之后，电压会出现0.2-0.6V的压降。考虑电源芯片本身也存在1.2V的压降，我们采用先升压再降压的方式进行。先通过升压芯片将3.2-5V之间的电压升压到7.8V，然后降压到3.3V和5V，分别给单片机和基站芯片供电。电路的另一个特点就是带有快充功能，使用两颗TP4056充电芯片并联的方式充电。考虑实际热损耗设置电流为780mA，两路充电电流达到了1.5A电流，并且实际电路并不发热。由于PCJ7991工作电压是5V，USB提供的电压达不到5V，锂电池提供的电压也只有3.7-4.2V，所以经过锂电池充电之后加入一级升压电路。经过升压电路之后可以得到一个7.8V 的电压，1A电流。

设计中的一个优点在于与计算器通信取消了常用的RS232芯片电路。这里采用HID方式传输数据，它的驱动采用的是鼠标，键盘的驱动，系统自身就会携带，根本不需要用户自己安装，也不会出现不兼容的情况。

2 读卡器的软件设计

这选用EM公司的EM4305 IC卡。它是典型的125KHz模式的标签，具有工厂编程的32位唯一识别码，调制方式曼彻斯特调制和BiPhase编码，位数据传输周期有8,16,32,64个载波时钟。

由于具有多种解调模式和多种周期方式，可通过Page 4 页进行设置，设置Co0-Co9为1111101000， EM4305的数据返回是由一个8bit组成固定码组成的，首先接收到一个由00001010组成的前导码，之后就开始接收数据。足够保证数据传输过来的正确性。

这种编码方式利用信号的边沿来表示二进制数据“0”和“1”，“0”是由低到高的电平跳变表示，“1”是由高到低的电平跳变，反之，也是可以的。而这种跳变一般发生在位帧的中间。PCJ7991是一款车载芯片，它对数据的读取精度非常高，载波信号只需要出现15mV变化，就可以被认到。

PCJ7991芯片的特点：收到天线载波的接收数据时，DOUT信号由高电平变低。之后经过8位数据的前导码，开始接收数据波形，这个IO口接入单片机中断脚。由于PCJ7991自身带有解码功能，输出的数据已经是曼彻斯特编码的“0”和“1”，不需要计数多少个周期就可以解码了。单片机接收到数据之后开始解析，识别高脉冲和低脉冲。解码流程如图：

3 结束语

射频识别技术在各行各业的应用日新月异，本文给出的RFID结构，利用PCJ7991和TMS3705汽车级基站芯片的优越性能，精确地读取数据，自身解码返回波形。分析了电子标签数据存储格式和数据输出编码格式，在此基础上，利用定时器中断得到真实数据的办法，此办法有效的提高了读卡距离和准确性。

[1]黄玉兰.射频识别（RFID）核心技术详解.人民邮电出版社2008:42-122

[2]付丽华.RFID技术及产品设计.电子工业出版社2017:1-160