CN202854823U

CN202854823U - 一种能识别三种调制方式的低频读卡器装置

Info

Publication number: CN202854823U
Application number: CN 201220560413
Authority: CN
Inventors: 张海峰; 史维玉; 吕小燕; 张沛; 潘孝群; 杨竹
Original assignee: Hangzhou Dianzi University
Current assignee: Hangzhou Dianzi University
Priority date: 2012-10-29
Filing date: 2012-10-29
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2022-10-29

Abstract

本实用新型涉及一种能识别三种调制方式的低频读卡器装置。现有的读卡器识别方式单一。本实用新型包括单片机主控模块、传输单元及与所述单片机主控模块相连并受其控制的基于EM4095的读写模块、LCD液晶显示模块、按键电路。所述的基于EM4095的读写模块可用于解调ASK、FSK、PSK三种调制方式的数据信息。本实用新型兼容了三种硬件协议，即FSK调制方式、PSK调制方式、ASK调制方式，且能够迅速、准确无误地识别出射频卡内信息，并在LCD液晶上显示。

Description

一种能识别三种调制方式的低频读卡器装置

技术领域

本实用新型属于无线射频识别技术领域，涉及一种基于EM4095能识别三种调制方式的低频读卡器装置。

背景技术

RFID（Radio Frequency Identification Technology）无线射频识别技术，是一项非接触的自动识别技术，它是利用射频信号通过空间耦合来实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的一项技术。射频卡是一种非接触式的读写卡，是一种不同以往IC卡或磁卡的新型存储卡，具有信息处理速度快，无磨损、数据存储量大，使用寿命长的特点，广泛应用于工业、企业、商业、交通、运输、控制管理等诸多领域。与此同时，随着射频卡的广泛应用，识别射频卡的设备——读卡器的需求也越来越大。目前，低频频段领域的读卡器应用还是比较成熟的，但是所开发出来的产品都只能识别单一的射频卡。

低频射频卡按信号的调制方式分有三种类型，即FSK方式、PSK方式、ASK方式。目前在市场上低频读卡器有很广泛的用途，如门禁系统、汽车发动机防盗锁止系统、手持阅读器等，且也给人们带来了很多的便利。但是，由于读卡器识别的单一性，使其通用性能不好，不能识别其他类型射频卡，一些应用单位甚至可能同时应用多台读卡器，这大大的降低了工作效率。因此，研发出通用性更好、能对多种类型射频卡进行识别的低频读卡器迫在眉睫。

发明内容

本实用新型针对上述技术的缺陷，提出一种基于EM4095能识别三种调制方式的低频读卡器装置。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下：

本实用新型包括单片机主控模块、传输单元及与所述单片机主控模块相连并受其控制的基于EM4095的读写模块、LCD液晶显示模块和按键电路；所述的基于EM4095的读写模块中与EM4095芯片16脚相连的滤波电容容值为150pF-330pF。

更进一步说，所述的传输单元为125K天线。

本实用新型的有益效果在于：通过设计一种基于EM4095能识别三种调制方式的低频读卡器装置，能识别多种类型射频卡，这大大提高了低频读卡器在绝大部分应用领域上的通用性。该读卡器兼容了三种硬件协议，即FSK调制方式、PSK调制方式、ASK调制方式，且能够迅速、准确无误地识别出射频卡内信息，并在LCD液晶上显示。一个读卡器能同时识别多种类型的射频卡，这无疑给很多应用厂商降低了资源成本，也带来了很多的便利。读卡器的整个装置结构简单，成本也较低，适合大规模生产。

附图说明

图1为本实用新型装置的结构示意图；

图2为本实用新型装置中基于EM4095的读写模块电路图；

图3为本实用新型装置识别EM4100卡（即调制方式为ASK）时，所得的调制信号和解调后的数字信号；

图4为本实用新型装置识别INDALA卡（即调制方式为PSK）时，所得的调制信号和解调后的数字信号；

图5为本实用新型装置识别HID卡（即调制方式为FSK）时，所得的调制信号和解调后的数字信号。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步说明。

如图1所示，本实施例采用低功耗、高性能的STM32单片机的主控模块、125K天线及与所述主控模块相连并受其控制的基于EM4095的读写模块、LCD液晶显示模块、按键电路。具体地说，系统采用STM32F103单片机作为主控制模块，通过I/O口，控制由EM4095解调出来的原始数据信号的解读与显示。所述的125K天线线圈与图2所示的两个并联电容C221、C222串联，形成谐振回路，并谐振于125KHz。当125KHz的射频卡放置在天线线圈上时，谐振回路与卡内的电感线圈产生交变磁场，从而开始交换数据。所述的EM4095读写模块解调由所述的125K天线线圈和射频卡交换数据后所得的数据信息。所述的LCD液晶显示模块是采用84*84点阵LCD，NOKIA5110液晶模块，它由STM32单片机控制显示读取卡号后的信息。所述的按键电路由STM32单片机控制，采用三个按键来对LCD进行操作，分别代表上、下、确定返回按键。

如图2所示，射频模块是基于EM4095的读写模块。所述的EM4095的读写模块电路是由EM4095芯片和一些能实现直流滤波、射频滤波、电源去耦和直流采样的电容组成。

一般来说，基于EM4095的低频读卡器并不能识别FSK和PSK这两种调制方式，在现如今的一些应用上，也只能看到它对ASK调制方式的识别。基于FSK、PSK、ASK三种调制方式都是调制共同的125KHz的负载信号，且都只要通过滤除这个负载信号就能实现完全解调的特点，我们对EM4095进行了研究，使其成功地实现了对FSK、PSK、ASK三种调制方式的解调。

EM4095 是一块收发器电路集成芯片，主要有两个功能：传输和接收。为了能够实现对三种调制的识别，我们主要对接收部分的电路和三种调制的方式做了研究。接收电路由采样保持、去直流分量、带通滤波器和比较器组成，这是一个信号解调的过程。在这个过程中，三种调制信号的主要区别就是当它们通采样保持和去直流分量后，所得到的信号对带通滤波器的频带要求。

RFID系统通常采用数字调制方式传送信息，调制信号（包括数字基带信号和已调脉冲）对正弦载波进行调制。ASK是幅移键控调制的简称，通过控制高频振荡的振幅来实现调制。在这里我们举例EM4100卡，其是通过采用曼彻斯特编码调制而实现100%调幅度，再利用不同幅度的载波来传递数字信息，一般用二进制“0”和“1”代表不同的幅度。当载波信号经过编码和调制，数据速率为RF/64；FSK是频移键控的简称，通过控制高频振荡的频率来实现调制。在这里我们举例HID卡，其是通过NRZ码的FSK调制波对副载波进行调制，再利用不同频率的载波来传递数字信息，一般用二进制“0”和“1”分别表示RF/8和RF/10两种频率；当载波信号经过编码和调制，数据速率为RF/50； PSK是相移键控的简称，通过控制高频振荡的相位来实现调制。在这里我们举例INDALA卡，其是通过NRZ码的PSK调制波对副载波进行调制，再利用数字脉冲信号控制载波相位来传递数字信息，当载波信号经过编码和调制，数据速率为RF/32，一般用二进制“0”和“1”分别表示相位0和π。综上所述，载波信号经过三种不同的编码和调制所得到的数据速率是不一样的，为了能使这三种不同数据速率的信号能够成功解调，这就需要系统有一个合理的带宽。

输入信号是天线上检测到的电压，即调制信号。为了使信号足够强，且能够得到一个能够保证通信带宽的Q值，对天线谐振回路上的谐振电容C221、C217、C219做了修改，修改值如图2；输入信号通过外部电容分压器C217、C219调整后，通过芯片引脚DEMOD_IN输入芯片，在经过采样保持和去直流分量后，进入带通滤波器进行滤波，为了能使三种调制信号能够完整的被滤出波形，我们修改了影响带通滤波器的外部电容C225，它的作用是滤除剩余的载波信号，如图2，将C225的值从6800pF改成220pF，使带通滤波器能够得到一个能够实现同时对三种信号的完整滤波的带宽。最后，信号进入异步比较器，再通过引脚DEMOD_OUT输出解调信号，同样的，只要C225的取值在150pF-330pF之间，均能实现三种调制信号的解调。

如图3所示，本实用新型装置（即一种基于EM4095能识别三种调制方式的低频读卡器装置）对调制方式为ASK的射频卡的调制解调。EM4100卡是调制方式为ASK的射频卡之一，以EM4100卡为例，对其进行调制解调，如图3。所述的EM4100卡，其数据速率为RF/64，采用Manchester编码方法，数据长度为64位。解码过程采用STM32内部定时器的输入捕捉功能来检测EM4095的输出信号。半位脉冲宽度为32*8=256us 125KHz。需要捕捉到128个半位数据。逻辑上把这128个“半位”数据当作一个环形缓冲区，判断128个数据是奇数项还是偶数项有效。这个有效序列就是原始的64位数据，再把这64位数据逻辑上作为一个环形缓冲区进行解码。64位数据的含义在卡片的数据手册中已经给出，校验正确则可得出卡号。

如图4所示，本实用新型装置（即一种基于EM4095能识别三种调制方式的低频读卡器装置）对调制方式为PSK的射频卡的调制解调。INDALA卡是调制方式为PSK的射频卡之一，以INDALA卡为例，对其进行调制解调，如图4。所述的INDALA卡，其原始数据有64位和224位两种。这种卡也不知道卡号和原始数据的关系。数据速率为RF/32。方法是检测两次数据，如果相同则认为符合格式。

如图5所示，本实用新型装置（即一种基于EM4095能识别三种调制方式的低频读卡器装置）对调制方式为FSK的射频卡的调制解调。HID卡是调制方式为FSK的射频卡之一，以HID卡为例，对其进行调制解调，如图5。所述的HID卡，其数据速率为RF/50。0和1分别用RF/8和RF/10两种频率表示。若连续出现6.25次RF/8的频率表示逻辑0，若连续出现5次RF/10的频率表示逻辑1。载波频率为125K时这两种信号的频率分别为15.625K和12.5K。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围内。

Claims

1. 一种能识别三种调制方式的低频读卡器装置，包括单片机主控模块、传输单元及与所述单片机主控模块相连并受其控制的基于EM4095的读写模块、LCD液晶显示模块和按键电路，其特征在于：所述的基于EM4095的读写模块中与EM4095芯片16脚相连的滤波电容容值为150pF-330pF。

2.根据权利要求1所述的一种能识别三种调制方式的低频读卡器装置，其特征在于：所述的传输单元为125K天线。