实验二-RFID低频阅读器

实验二LFReader低频阅读器实验一．课时安排：2学时二．实验目的掌握STM32F103芯片程序设计方法；掌握以RF前端芯片EM4095为基础的RFID阅读器设计思路；RFID网关板通过IO口控制低频阅读器，并通过中断来接收数据。三．实验设备（1）硬件：DK-RFID200物联网开发套件一套PC机一台（2）软件IAREmbeddedWorkbenchforARM集成开发环境四．实验内容学会使用LFReader低频阅读器，通过阅读器读取低频卡信息。五．实验原理1.低频RFID阅读器工作原理一个完整的RFID阅读器系统，需要至少包括射频模块RFM和控制模块CM两个部分来实现对射频标签的读写和与外部系统的接口。射频模块的功能是产生高频发射功率，启动应答器并为它提供能量；对发射信号进行调制，用于将数据传送给应答器；接受并借条来自应答器的高频信号。对于发送部分，首先有频率稳定的石英晶体振荡器产生所需的工作频率，振荡器信号被馈送到有信号编码的基带信号控制调制器。对输入的数据进行ASK或FSK的调制，变为Manchester、Miller或NRZ码。同时发送部分将此基带信号送到频率合成器，经过功率放大输出使调制后的信号达到所需电平，耦合到震荡线圈输出。接收端采用隔开的信号信道接收震荡线圈上收到的微弱信号，将其放大、滤波除杂波，经过混频提取出基带信号，然后经过ASK或FSK解调后可以得到来自应答器的信号。射频模块工作如下图所示：发生在阅读器和电子标签之间的射频信号的耦合类型有两种。（1）电感耦合：变压器模型，通过空间高频交变磁场实现耦合，依据的是电磁感应定律；（2）电磁反向散射耦合：雷达原理模型，发射出去的电磁波，碰到目标后反射，同时带回目标的信息，依据的是电磁波的空间传播规律。电感耦合方式一般适合于中、低频工作的近距离射频识别系统。典型的工作频率有：125kHz、225kHz和13.56MHz。识别作用距离小于1m，典型作用距离为10~20cm。本实验所介绍的125kHz的RFID系统，采用的就是电感耦合的方式。控制模块的功能主要是控制与应答器的通信、信号的编码与解码、数据的校验、加密解密。阅读器一般都用微处理器为核心部件，地址总线与数据总线控制和读写寄存器、储存器的内容。同时采用各种接口与外部计算机等系统连接。一个典型的控制模块如下图1所示。图1射频模块工作原理图2.EM4095的基本介绍EM4095是EMMICROELECTRONIC公司开发的一款CMOS集成的应用于100kHz~150kHz频率的RFID系统的收发前端芯片，其工作电压为5V，主要完成的工作是：（1）载波频率的天线驱动（2）对发送的数据进行AM调制送到天线上发送出去（3）解调天线上感应到的AM调制信号在这里设计的RFID阅读器系统中，EM4095属于射频模块的部分，并由其来实现射频模块收发的主要功能。针对EM4095，需要完成其适配的天线和驱动电路的设计，其基本的外部连接如下图2所示：图2EM4095外部连接3.程序设计流程图系统上电后，首先对系统时钟，中断，系统外设时钟进行配置，然后对IO口进行方向模式配置，再对各个模块进行初始化设置。最后进入正常工作模式等待数据。图3125kHz阅读器工作流程图EM4095传送的数据曼彻斯特编码模式传输，在发送数据的时候首先有九个连续的1，接着才是数据（详见数据手册）。图4曼式编码数据接收流程图在解码的时候，首先要判断是否有九个连1，若有，则对接下来的接收的信号进行处理。EM4095，以上升沿表示0，下降沿表示1，用一个周期的高电平表示接下来的信号下降沿为“1”，以一个周期的低电平表示接下来的信号的上升沿为“0”。据此可以对接收数据是“0”还是“1”。六．实验步骤1.实验准备在开发板实验箱中，将“STS_ReaderLF_A1”电路板按插口插入RFID网关板右侧插座中。将Jlink仿真器的一端用USB接口与电脑相连，一端的20Pin的JTag引脚与开发套件相连，并打开发套的电源。将开发套件与PC机用串口线相连，打开目录：D\DK-IOT300\RFID资料\04-Tools\SSCom\SSCom32。进行串口调试工具的设置，去掉勾选“Hex显示”，设置串口波特率：2.运行实验选择目录：D:\DK-IOT300\RFID资料\02-SourceCode\LF_EM4095_2\IOT_DK_EWARMv5目录下的LF_125READ.eww文件。右击Workspace下的LCD-IOT_DK_V1.2选择RebuildALL进行编译，全部通过后，点击中的DownloadandDebug按钮进行下载。完成下载后，选择这一栏中的go按钮来运行程序。打开串口调试工具3.实验现象在程序全速运行的状态下，PC端打开串口调试软件，将当将开发套件实验箱中的低频卡（腕表样式）靠近低频读写器模块天线时，实验现象如下图所示。串口调试软件显示4100卡ID值。七．实验报告实验报告内容：包括实验名称、目的、任务（以简洁明了的叙述说明本次实验的任务和目标）；实验内容、实验过程描述（包括算法分析过程以及源程序、运行结果等）；分析和体会（包括实验结果分析，程序设计与调试过程所遇到的问题，问题解决中得到的经验和体会，进一步改进的设想）。实验报告以文本形式递交，在做完实验后一周内递交。实验报告要书写规范、文字简练、语句通顺、图表清晰。