專利名稱：基于em4095能識別三種調(diào)制方式的低頻讀卡器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無線射頻識別技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于EM4095能識別三種調(diào)制方式的低頻讀卡器裝置。
背景技術(shù)：
RFID (Radio Frequency Identification Technology)無線射頻識別技術(shù)，是一項(xiàng)非接觸的自動(dòng)識別技術(shù)，它是利用射頻信號通過空間耦合來實(shí)現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達(dá)到識別目的的一項(xiàng)技術(shù)。射頻卡是一種非接觸式的讀寫卡，是 一種不同以往IC卡或磁卡的新型存儲卡，具有信息處理速度快，無磨損、數(shù)據(jù)存儲量大，使用壽命長的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、企業(yè)、商業(yè)、交通、運(yùn)輸、控制管理等諸多領(lǐng)域。與此同時(shí)，隨著射頻卡的廣泛應(yīng)用，識別射頻卡的設(shè)備——讀卡器的需求也越來越大。目前，低頻頻段領(lǐng)域的讀卡器應(yīng)用還是比較成熟的，但是所開發(fā)出來的產(chǎn)品都只能識別單一的射頻卡。低頻射頻卡按信號的調(diào)制方式分有三種類型，即FSK方式、PSK方式、ASK方式。目前在市場上低頻讀卡器有很廣泛的用途，如門禁系統(tǒng)、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)防盜鎖止系統(tǒng)、手持閱讀器等，且也給人們帶來了很多的便利。但是，由于讀卡器識別的單一性，使其通用性能不好，不能識別其他類型射頻卡，一些應(yīng)用單位甚至可能同時(shí)應(yīng)用多臺讀卡器，這大大的降低了工作效率。因此，研發(fā)出通用性更好、能對多種類型射頻卡進(jìn)行識別的低頻讀卡器迫在眉睫。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對上述技術(shù)的缺陷，提出一種基于EM4095能識別三種調(diào)制方式的低頻
讀卡器裝置。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下
基于EM4095能識別三種調(diào)制方式的低頻讀卡器裝置，包括單片機(jī)主控模塊、傳輸單元及與所述單片機(jī)主控模塊相連并受其控制的基于EM4095的讀寫模塊、LCD液晶顯示模塊、按鍵電路。所述的基于EM4095的讀寫模塊可用于解調(diào)ASK、FSK、PSK三種調(diào)制方式的數(shù)據(jù)信息，具體是對所述EM4095的讀寫模塊外圍電路中與EM4095芯片16腳相連的濾波電容限定其取值范圍，該取值范圍為150pF-330pF，從而實(shí)現(xiàn)ASK、FSK、PSK三種調(diào)制方式的解調(diào)。更進(jìn)一步說，所述的傳輸單元為125K天線。本發(fā)明的有益效果在于通過設(shè)計(jì)一種基于EM4095能識別三種調(diào)制方式的低頻讀卡器裝置，能識別多種類型射頻卡，這大大提高了低頻讀卡器在絕大部分應(yīng)用領(lǐng)域上的通用性。該讀卡器兼容了三種硬件協(xié)議，即FSK調(diào)制方式、PSK調(diào)制方式、ASK調(diào)制方式，且能夠迅速、準(zhǔn)確無誤地識別出射頻卡內(nèi)信息，并在LCD液晶上顯示。一個(gè)讀卡器能同時(shí)識別多種類型的射頻卡，這無疑給很多應(yīng)用廠商降低了資源成本，也帶來了很多的便利。讀卡器的整個(gè)裝置結(jié)構(gòu)簡單，成本也較低，適合大規(guī)模生產(chǎn)。


圖I為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意 圖2為本發(fā)明裝置中基于EM4095的讀寫模塊電路 圖3為本發(fā)明裝置識別EM4100卡(即調(diào)制方式為ASK)時(shí)，所得的調(diào)制信號和解調(diào)后的
數(shù)字信號；
圖4為本發(fā)明裝置識別INDALA卡(即調(diào)制方式為PSK)時(shí)，所得的調(diào)制信號和解調(diào)后的
數(shù)字信號；
圖5為本發(fā)明裝置識別HID卡(即調(diào)制方式為FSK)時(shí)，所得的調(diào)制信號和解調(diào)后的數(shù)
字信號。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。如圖I所示，本實(shí)施例采用低功耗、高性能的STM32單片機(jī)的主控模塊、125K天線及與所述主控模塊相連并受其控制的基于EM4095的讀寫模塊、LCD液晶顯示模塊、按鍵電路。具體地說，系統(tǒng)采用STM32F103單片機(jī)作為主控制模塊，通過I/O 口，控制由EM4095解調(diào)出來的原始數(shù)據(jù)信號的解讀與顯示。所述的125K天 線線圈與圖2所示的兩個(gè)并聯(lián)電容C221、C222串聯(lián)，形成諧振回路，并諧振于125KHz。當(dāng)125KHz的射頻卡放置在天線線圈上時(shí)，諧振回路與卡內(nèi)的電感線圈產(chǎn)生交變磁場，從而開始交換數(shù)據(jù)。所述的EM4095讀寫模塊解調(diào)由所述的125K天線線圈和射頻卡交換數(shù)據(jù)后所得的數(shù)據(jù)信息。所述的LCD液晶顯示模塊是采用84*84點(diǎn)陣IXD，N0KIA5110液晶模塊，它由STM32單片機(jī)控制顯示讀取卡號后的信息。所述的按鍵電路由STM32單片機(jī)控制，采用三個(gè)按鍵來對LCD進(jìn)行操作，分別代表上、下、確定返回按鍵。如圖2所示，射頻模塊是基于EM4095的讀寫模塊。所述的EM4095的讀寫模塊電路是由EM4095芯片和一些能實(shí)現(xiàn)直流濾波、射頻濾波、電源去耦和直流采樣的電容組成。一般來說，基于EM4095的低頻讀卡器并不能識別FSK和PSK這兩種調(diào)制方式，在現(xiàn)如今的一些應(yīng)用上，也只能看到它對ASK調(diào)制方式的識別?；贔SK、PSK、ASK三種調(diào)制方式都是調(diào)制共同的125KHZ的負(fù)載信號，且都只要通過濾除這個(gè)負(fù)載信號就能實(shí)現(xiàn)完全解調(diào)的特點(diǎn)，我們對EM4095進(jìn)行了研究，使其成功地實(shí)現(xiàn)了對FSK、PSK、ASK三種調(diào)制方式的解調(diào)。EM4095是一塊收發(fā)器電路集成芯片，主要有兩個(gè)功能傳輸和接收。為了能夠?qū)崿F(xiàn)對三種調(diào)制的識別，我們主要對接收部分的電路和三種調(diào)制的方式做了研究。接收電路由采樣保持、去直流分量、帶通濾波器和比較器組成，這是一個(gè)信號解調(diào)的過程。在這個(gè)過程中，三種調(diào)制信號的主要區(qū)別就是當(dāng)它們通采樣保持和去直流分量后，所得到的信號對帶通濾波器的頻帶要求。RFID系統(tǒng)通常采用數(shù)字調(diào)制方式傳送信息，調(diào)制信號(包括數(shù)字基帶信號和已調(diào)脈沖)對正弦載波進(jìn)行調(diào)制。ASK是幅移鍵控調(diào)制的簡稱，通過控制高頻振蕩的振幅來實(shí)現(xiàn)調(diào)制。在這里我們舉例EM4100卡，其是通過采用曼徹斯特編碼調(diào)制而實(shí)現(xiàn)100%調(diào)幅度，再利用不同幅度的載波來傳遞數(shù)字信息，一般用二進(jìn)制“O”和“ I ”代表不同的幅度。當(dāng)載波信號經(jīng)過編碼和調(diào)制，數(shù)據(jù)速率為RF/64 ；FSK是頻移鍵控的簡稱，通過控制高頻振蕩的頻率來實(shí)現(xiàn)調(diào)制。在這里我們舉例HID卡，其是通過NRZ碼的FSK調(diào)制波對副載波進(jìn)行調(diào)制，再利用不同頻率的載波來傳遞數(shù)字信息，一般用二進(jìn)制“O”和“ I ”分別表示RF/8和RF/10兩種頻率；當(dāng)載波信號經(jīng)過編碼和調(diào)制，數(shù)據(jù)速率為RF/50 ； PSK是相移鍵控的簡稱，通過控制高頻振蕩的相位來實(shí)現(xiàn)調(diào)制。在這里我們舉例INDALA卡，其是通過NRZ碼的PSK調(diào)制波對副載波進(jìn)行調(diào)制，再利用數(shù)字脈沖信號控制載波相位來傳遞數(shù)字信息，當(dāng)載波信號經(jīng)過編碼和調(diào)制，數(shù)據(jù)速率為RF/32，一般用二進(jìn)制“O”和“I”分別表示相位O和π。綜上所述，載波信號經(jīng)過三種不同的編碼和調(diào)制所得到的數(shù)據(jù)速率是不一樣的，為了能使這三種不同數(shù)據(jù)速率的信號能夠成功解調(diào)，這就需要系統(tǒng)有一個(gè)合理的帶寬。輸入信號是天線上檢測到的電壓，即調(diào)制信號。為了使信號足夠強(qiáng)，且能夠得到一個(gè)能夠保證通信帶寬的Q值，對天線諧振回路上的諧振電容C221、C217、C219做了修改，修改值如圖2 ;輸入信號通過外部電容分壓器C217、C219調(diào)整后，通過芯片引腳DEM0D_IN輸入芯片，在經(jīng)過采樣保持和去直流分量后，進(jìn)入帶通濾波器進(jìn)行濾波，為了能使三種調(diào)制信號能夠完整的被濾出波形，我們修改了影響帶通濾波器的外部電容C225，它的作用是濾除剩余的載波信號，如圖2，將C225的值從6800pF改成220pF，使帶通濾波器能夠得到一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)同時(shí)對三種信號的完整濾波的帶寬。最后，信號進(jìn)入異步比較器，再通過引腳DEM0D_OUT輸出解調(diào)信號，同樣的，只要C225的取值在150pF-330pF之間，均能實(shí)現(xiàn)三種調(diào)制信號的解調(diào)。如圖3所示，本發(fā)明裝置(即一種基于EM4095能識別三種調(diào)制方式的低頻讀卡器裝置)對調(diào)制方式為ASK的射頻卡的調(diào)制解調(diào)。EM4100卡是調(diào)制方式為ASK的射頻卡之一，以EM4100卡為例，對其進(jìn)行調(diào)制解調(diào)，如圖3。所述的EM4100卡，其數(shù)據(jù)速率為RF/64，采用Manchester編碼方法，數(shù)據(jù)長度為64位。解碼過程采用STM32內(nèi)部定時(shí)器的輸入捕捉功能來檢測EM4095的輸出信號。半位脈沖寬度為32*8=256us i 125KHz。需要捕捉到128個(gè)半位數(shù)據(jù)。邏輯上把這128個(gè)“半位”數(shù)據(jù)當(dāng)作一個(gè)環(huán)形緩沖區(qū)，判斷128個(gè)數(shù)據(jù)是奇數(shù)項(xiàng)還是偶數(shù)項(xiàng)有效。這個(gè)有效序列就是原始的64位數(shù)據(jù)，再把這64位數(shù)據(jù)邏輯上作為一個(gè)環(huán)形緩沖區(qū)進(jìn)行解碼。64位數(shù)據(jù)的含義在卡片的數(shù)據(jù)手冊中已經(jīng)給出，校驗(yàn)正確則可得出卡號。如圖4所示，本發(fā)明裝置(即一種基于EM4095能識別三種調(diào)制方式的低頻讀卡器裝置)對調(diào)制方式為PSK的射頻卡的調(diào)制解調(diào)。INDALA卡是調(diào)制方式為PSK的射頻卡之一，以INDALA卡為例，對其進(jìn)行調(diào)制解調(diào)，如圖4。所述的INDALA卡，其原始數(shù)據(jù)有64位和224位兩種。這種卡也不知道卡號和原始數(shù)據(jù)的關(guān)系。數(shù)據(jù)速率為RF/32。方法是檢測兩次數(shù)據(jù)，如果相同則認(rèn)為符合格式。如圖5所示，本發(fā)明裝置(即一種基于EM4095能識別三種調(diào)制方式的低頻讀卡器裝置)對調(diào)制方式為FSK的射頻卡的調(diào)制解調(diào)。HID卡是調(diào)制方式為FSK的射頻卡之一，以HID卡為例，對其進(jìn)行調(diào)制解調(diào)，如圖5。所述的HID卡，其數(shù)據(jù)速率為RF/50。O和I分別用RF/8和RF/10兩種頻率表示。若連續(xù)出現(xiàn)6. 25次RF/8的頻率表示邏輯0，若連續(xù)出現(xiàn)5次RF/10的頻率表示邏輯I。載波頻率為125K時(shí)這兩種信號的頻率分別為15. 625K和12. 5K。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.基于EM4095能識別三種調(diào)制方式的低頻讀卡器裝置，包括單片機(jī)主控模塊、傳輸單元及與所述單片機(jī)主控模塊相連并受其控制的基于EM4095的讀寫模塊、LCD液晶顯示模塊和按鍵電路，其特征在于所述的基于EM4095的讀寫模塊可用于解調(diào)ASK、FSK、PSK三種調(diào)制方式的數(shù)據(jù)信息，具體是對所述EM4095的讀寫模塊外圍電路中與EM4095芯片16腳相連的濾波電容限定其容值，該容值的取值范圍為150pF-330pF，從而實(shí)現(xiàn)ASK、FSK、PSK三種調(diào)制方式的解調(diào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于EM4095能識別三種調(diào)制方式的低頻讀卡器裝置，其特征在于所述的傳輸單元為125K天線。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于EM4095能識別三種調(diào)制方式的低頻讀卡器裝置?，F(xiàn)有的讀卡器識別方式單一。本發(fā)明包括單片機(jī)主控模塊、傳輸單元及與所述單片機(jī)主控模塊相連并受其控制的基于EM4095的讀寫模塊、LCD液晶顯示模塊、按鍵電路。所述的基于EM4095的讀寫模塊可用于解調(diào)ASK、FSK、PSK三種調(diào)制方式的數(shù)據(jù)信息。本發(fā)明兼容了三種硬件協(xié)議，即FSK調(diào)制方式、PSK調(diào)制方式、ASK調(diào)制方式，且能夠迅速、準(zhǔn)確無誤地識別出射頻卡內(nèi)信息，并在LCD液晶上顯示。
文檔編號G06K7/00GK102930237SQ20121042152
公開日2013年2月13日 申請日期2012年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月29日
發(fā)明者張海峰, 史維玉, 呂小燕, 張沛, 潘孝群, 楊竹 申請人:杭州電子科技大學(xué)