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如何制作USB接口ID读卡器

时间:2013-04-14 20:30:36来源:原创 作者:admin 点击:

如何制作USB接口ID读卡器

引言
    USB接口ID读卡器是射频识别RFID(Radio Frequency IdentifICation)在125 kHz的具体应用,适用于网吧管理、会员系统、考勤消费发卡器、身份识别前端等。   <<提示:容源电子网为广大电子爱好者提供电路图专题网站“容源电路图网”,欢迎访问。汇聚大量电路图与你共同分享。》


的USB接口ID读卡器大多采用射频接收模块和嵌入式微控制器,但成本高,解码程序采用定时查询或监测信号边沿的方法进行解码,这些解码方法对天线载波频率以及定时准确度要求较高,当载波稍微偏离规定范围时将不能正确读卡。为降低产品的成本提高解码的速度、准确率、敏感度等,笔者创新采用内嵌USB接口的单片机和EM4095设计USB接口ID读卡器,介绍一种新的解码技术,使得载波频率偏移不影响解码,而且无需检测信号的边沿更可靠、快速读卡。   <<提示:容源电子网为广大电子爱好者提供电路图专题网站“容源电路图网”,欢迎访问。汇聚大量电路图与你共同分享。》


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    2 系统总体框架及硬件电路设计
    2.1 系统总体框架
    USB接口的125 kHz ID读卡器主要基于SN8P2201单片机的主控模块、基于EM4095的射频模块、通信模块(USB)、外部时钟、光显示模块(LED)、声音提示模块(蜂鸣器)、电源模块、天线,如图l。   <<提示:容源电子网为广大电子爱好者提供电路图专题网站“容源电路图网”,欢迎访问。汇聚大量电路图与你共同分享。》


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     ID读卡器工作过程:USB接通后,红色LED灯亮,伴随蜂鸣器鸣叫,表明读卡器准备就绪。若1 min内无ID卡靠近读卡器,读卡器将自动进入睡眠红色LED灯自动熄灭,绿色LED灯点亮。当有ID卡接近读卡器时,读卡器自动激活,绿色 LED灯熄灭,红色LED灯点亮。读卡器成功读取ID卡号后,蜂鸣器呜叫,数据通过USB传输至PC机。只需打开.txt文件,就可轻松接收数据,无需上位机。   <<提示:容源电子网为广大电子爱好者提供电路图专题网站“容源电路图网”,欢迎访问。汇聚大量电路图与你共同分享。》



    2.2 系统硬件电路设计
    2.2.1 主控和通信模块电路
    主控和通信模块电路如图2。SONIX单片机SN8P2201的P1.0、P1.1、P0.0引脚分别控制射频器件EM4095工作、接收解码的同步时钟、接收解调数据。   <<提示:容源电子网为广大电子爱好者提供电路图专题网站“容源电路图网”,欢迎访问。汇聚大量电路图与你共同分享。》


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     SN8P2201引脚5连接复位电路,电阻R6和电容C8组成基本RC复位电路。该复位电路在系统上电时为复位引脚提供一个缓慢上升的复位信号,该复位信号上升速度低于VDD的上电速度,从而为系统提供合理复位时序,当复位引脚检测到高电平时,系统复位结束,进入正常工作;对于电源异常二极管正向导通使C1快速放电并与VDD保持一致,避免复位引脚持续高电平,系统无法正常复位;R7是必不可少的限流电阻。
    而通信电路USB,SN8P2201的D+、D一引脚只接适当电容和电阻,就可与单片机内部数据进行USB通信,电路简单。需注意的是:VREG和GND连接1μF电容有助于3.3 V稳压器稳定输出,应尽靠近SN8P2201放置。   <<提示:容源电子网为广大电子爱好者提供电路图专题网站“容源电路图网”,欢迎访问。汇聚大量电路图与你共同分享。》


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    2.2.2 射频收发电路设计
    射频器件EM4095通过天线连续发射射频载波信号,为电子标签提供能量,激活电子标签;调制发射信号,将数据通过天线传送给电子标签;通过天线接收电子标签发射信号,并解调所接收的信号,从而得到电子标签中的数据,传送给单片机做进一步。图3为射频收发电路。   <<提示:容源电子网为广大电子爱好者提供电路图专题网站“容源电路图网”,欢迎访问。汇聚大量电路图与你共同分享。》


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       LA(天线电感值)、C4、C5、C9、C10和C11组成LC串联谐振天线,谐振频率为其中C0=C4||C10||C11+C5||C9。天线的工作电流与谐振电路Q值有关,可在天线线圈LA上并联一只电阻,调节Q值。
    EM4095的DEMOND_IN引脚输入AM信号在VCO输出信号的同步控制下被采样,采样输出信号由引脚CDEC外接电容隔直和带通滤波采样(消除输出中的载频成分、高频和低频噪声)后,经异步比较得到对应的数字信号。接收时,天线感生信号经耦合电容输入引脚DEMOND_IN,该信号与天线驱动器的输入信号由相位比较器进行相位比较,形成与相位差对应的电压,压控振荡器的控制信号,最终锁定天线发射信号频率。RDY/CL发射的方波是同天线处载波的频率且同步,通过它传给单片机来计算同步载波的周期数。DEMOND_OUT是AM模块携带的数字信号的输出。SHD=1,EM4095为睡眠。上电后,先为高电平以便初始化,然后为低电平开始发送数据。MOD接地表示只读模式。   <<提示:容源电子网为广大电子爱好者提供电路图专题网站“容源电路图网”,欢迎访问。汇聚大量电路图与你共同分享。》



    2.2.3 其他模块电路设计
    该系统设计的天线电感值是345μH。天线采用铜制漆包线绕制,漆包线直径为0.29 mm。圆形(内径)直径为2 cm,115圈。读卡器直接通过USB提供+5 V电压,使单片机和EM4095正常工作,无需外接电源以及额外的5 V稳压器等,这样电源模块电路设计简单,且节省成本。采用6 MHz晶振为单片机提供外部高速时钟。   <<提示:容源电子网为广大电子爱好者提供电路图专题网站“容源电路图网”,欢迎访问。汇聚大量电路图与你共同分享。》



    2.3 硬件测试
    EM4095的调试首先检查有无时钟输出。不管电子标签是否靠近读写器,上电后RDY/CLK引脚始终输出时钟信号,否则说明EM4005未开始工作。当确定输出时钟后,可以把电子标签放在读写器的工作范围内,通过示波器观察SHD引脚的电平是否由高变低,DEMOD_OUT引脚是否有数据波形输出,若有则说明EM4005工作正常。,将RDY/CLK引脚接到示波器,观察其波形,通过C4,C10,C11的值,使输出方波的频率接近125 kHz。   <<提示:容源电子网为广大电子爱好者提供电路图专题网站“容源电路图网”,欢迎访问。汇聚大量电路图与你共同分享。》


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    3 系统软件设计
    图4为软件设计总体流程。该流程基本说明读卡器工作的全过程。   <<提示:容源电子网为广大电子爱好者提供电路图专题网站“容源电路图网”,欢迎访问。汇聚大量电路图与你共同分享。》


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     图5中,wk05是帧头计数器,time是计算RDY/CLK引脚载波的周期数。在中断的第一个下降沿到来时,启动time周期计数。寻找帧头时,只要 time≈64,都将其译码成1。在找到8个连续“1”后,下降沿间隔会出现上述3种,根据Tag标志位来译码。在找到9个“l”后,才会把译码的数据送入BUFFER,再经奇偶校验正确后,发送给PC机。   <<提示:容源电子网为广大电子爱好者提供电路图专题网站“容源电路图网”,欢迎访问。汇聚大量电路图与你共同分享。》



    4 结束语
    USB接口的125 kHz ID读卡器设计简单,成本低廉,而且在程序中就可将USB发送的数据转换成键盘数据,无需上位机就可接收数据,操作更简单。软件采用解码方法可以在读曼彻斯特码的进行同步解码,速度较快,而且对载波频率的变化不敏感,故读卡成功率非常高。读卡的距离可达5 em,时间小于200 ms。   <<提示:容源电子网为广大电子爱好者提供电路图专题网站“容源电路图网”,欢迎访问。汇聚大量电路图与你共同分享。》


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