實(shí)驗(yàn)1、LF低頻RFID實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)一LF低頻RFID實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私釯D卡內(nèi)部存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)掌握符合ISO18000-2標(biāo)準(zhǔn)的無源ID卡識(shí)別系統(tǒng)的工作原理掌握符合ISO18000-2標(biāo)準(zhǔn)的無源ID卡識(shí)別系統(tǒng)的工作流程1.4掌握本平臺(tái)ID模塊的操作過程二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備硬件：RFID實(shí)驗(yàn)箱套件，電腦等。軟件：Keil，串口調(diào)試助手。三、實(shí)驗(yàn)原理3.1低頻RFID系統(tǒng)與ID卡低頻RFID系統(tǒng)讀卡器的工作頻率范圍一般從120KHz到134KHz。該頻段的波長大約為2500m，除了金屬材料影響外，一般低頻能夠穿過任意材料的物品而不降低它的讀取距離。低頻RFID系統(tǒng)使用ID卡，全稱為身份識(shí)別卡(IdentificationCard)，作為其電子標(biāo)簽。ID卡是一種不可寫入的感應(yīng)卡，其內(nèi)部唯一存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)是一個(gè)固定的ID卡編號(hào)，其記錄內(nèi)容(卡號(hào))是由芯片生產(chǎn)廠商封卡出廠前一次性寫入，封卡后不能更改，開發(fā)商只可讀出卡號(hào)加以利用。ID卡與我們通常使用磁卡一樣，僅僅使用了“卡的號(hào)碼〞而已，卡內(nèi)除了卡號(hào)外，無任何保密功能，其“卡號(hào)〞是公開、裸露的。目前市場上主要有臺(tái)灣SYRIS的EM、美國HID、TI、MOTOROLA等各類ID卡。本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)使用EM系列ID卡，它符合ISO18000-2標(biāo)準(zhǔn)，工作頻率為125KHZ，后續(xù)的講解也圍繞這種標(biāo)簽展開。ID標(biāo)簽中保存的唯一數(shù)據(jù)——標(biāo)簽標(biāo)識(shí)符〔UID〕以64位唯一識(shí)別符來識(shí)別。UID由標(biāo)簽制造商永久設(shè)置，符合ISO/IECDTR15693。UID使每一個(gè)標(biāo)簽都唯一、獨(dú)立的編號(hào)。UID包含〔圖2.1〕：固定的8位分配級(jí)“EO〞根據(jù)ISO/IEC7816-6/AM1定義的8位IC制造商代碼由IC制造商指定的唯一48位制造商序列號(hào)MSN實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的低頻ID模塊符合ISO18000-2標(biāo)準(zhǔn)。詢問器載波頻率為125KHZ。ISO18000-2標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了根本的空中接口的根本標(biāo)準(zhǔn)：詢問器到標(biāo)簽之間的通信采用脈沖間隔編碼；標(biāo)簽與詢問器之間通過電感性耦合進(jìn)行通信，當(dāng)詢問器以標(biāo)準(zhǔn)指令的形式訪問標(biāo)簽時(shí)載波需加載一個(gè)4K位/秒曼徹斯特編碼數(shù)據(jù)信號(hào)；調(diào)制采用ASK調(diào)制，調(diào)制指數(shù)100%；在實(shí)際通信系統(tǒng)中，很多系統(tǒng)都不能直接傳送基帶信號(hào)，必須用基帶信號(hào)對(duì)載波波形的某些參量進(jìn)行控制，是載波的這些參量隨基帶信號(hào)的變化而變化。由于正弦信號(hào)形式簡單，便于產(chǎn)生和接收，大多數(shù)數(shù)字通信系統(tǒng)中都采用正弦信號(hào)作為載波，即正弦波調(diào)制。數(shù)字調(diào)制技術(shù)是用載波信號(hào)的某些離散狀態(tài)來表示所傳送的信息，在接收端也只要對(duì)載波信號(hào)的離散調(diào)制參量進(jìn)行檢測。數(shù)字調(diào)制方式，一般有振幅鍵控(ASK)、移頻鍵控(FSK)和移相鍵控(PSK)三種根本調(diào)制方式，如圖2.2所示：在二進(jìn)制振幅鍵控(ASK)方式下，當(dāng)基帶信號(hào)的值為1時(shí)，載波幅度為u1；當(dāng)基帶信號(hào)的值為0時(shí)，載波幅度為u2。定義調(diào)制系數(shù)為M=(u1-u2)/(u1+u2),當(dāng)u2為0時(shí)，調(diào)制系數(shù)m=100%。本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)使用EM系列ID卡，符合ISO18000-2標(biāo)準(zhǔn)，工作頻率為125KHZ，經(jīng)讀卡器譯碼后輸出其十位十進(jìn)制卡號(hào)。圖2.4是ID卡及其讀卡器的工作原理框圖,其中上半局部是ID卡的內(nèi)部組成結(jié)構(gòu);下半局部是ID讀卡器的組成結(jié)構(gòu)。ID卡的天線與其讀卡器的天線之間構(gòu)成空間耦合“變壓器〞,讀卡器天線作為“變壓器〞初級(jí)線圈向空間發(fā)射125KHz的交變電磁場,進(jìn)入該電磁場的ID卡通過其天線(“變壓器〞的次級(jí)線圈)獲取能量,為其內(nèi)部各功能部件提供工作電壓。由于ID卡為只讀型RFID卡,讀卡器無須向ID卡發(fā)送任何數(shù)據(jù)或指令,一旦ID卡進(jìn)入讀卡器有效的工作區(qū)域內(nèi),其內(nèi)部功能部件就開始工作,時(shí)序發(fā)生器部件控制存儲(chǔ)器陣列和數(shù)據(jù)編碼單元將其內(nèi)部的64位信息調(diào)制后按順序發(fā)送給讀卡器,其中調(diào)制方式為ASK(移幅鍵控)調(diào)制。圖1.4ID卡及讀卡器的組成結(jié)構(gòu)讀卡器中的4MHz振蕩源經(jīng)過32分頻后得到125kHz的基準(zhǔn)頻率信號(hào),該頻率一方面為讀卡器發(fā)射125kHz的交變電磁場提供工作時(shí)鐘,另一方面為讀卡器中微控制器解碼提供基準(zhǔn)時(shí)鐘.當(dāng)讀卡器的工作區(qū)域內(nèi)沒有ID卡時(shí),讀卡器的檢波電路沒有輸出,一旦有ID卡進(jìn)入交變電磁場并將其曼徹斯特編碼的數(shù)據(jù)信息調(diào)制后發(fā)送出來,讀卡器的濾波電路、解調(diào)電路、檢波電路和整形單元將調(diào)制在125kHz頻率信號(hào)中的采用曼徹斯特編碼的數(shù)據(jù)信息解調(diào)復(fù)原,微控制器接收到曼徹斯特編碼數(shù)據(jù)信息后利用軟件解碼,從而讀取ID卡的64位數(shù)據(jù)信息。ID卡內(nèi)部的曼徹斯特編碼和原始數(shù)據(jù)信息關(guān)系見圖2.5。曼徹斯特編碼采用下降沿表示‘1’采用上升沿表示‘0’。讀卡器的微控制器軟件的主要功能就是對(duì)從ID卡接收到的曼徹斯特編碼進(jìn)行解碼,得到ID卡內(nèi)部的64位數(shù)據(jù)信息,然后進(jìn)行CRC校驗(yàn),如果校驗(yàn)成功,那么就完成了一次讀卡過程。曼徹斯特編碼和原始數(shù)據(jù)信息關(guān)系低頻RFID系統(tǒng)工作流程如下：1)讀卡器將載波信號(hào)經(jīng)天線向外發(fā)送；2)標(biāo)簽中的電感線圈和電容組成的諧振回路接收讀卡器發(fā)射的載波信號(hào)，標(biāo)簽中芯片的射頻接口模塊由此信號(hào)產(chǎn)生出電源電壓、復(fù)位信號(hào)及系統(tǒng)時(shí)鐘，使芯片“激活〞；3)標(biāo)簽中的芯片將標(biāo)簽內(nèi)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)經(jīng)曼徹斯特編碼后，控制調(diào)制器上的開關(guān)電流調(diào)制到載波上，通過標(biāo)簽上天線回送給閱讀器；4)閱讀器對(duì)接收到的標(biāo)簽回送信號(hào)進(jìn)行進(jìn)行ASK解調(diào)、解碼后就得到了標(biāo)簽的UID號(hào)，然后應(yīng)用系統(tǒng)利用該UID號(hào)完成相關(guān)的操作。簡述上面的過程，我們可以把低頻RFID讀卡器的功能減單描述為：讀取相關(guān)ID卡卡號(hào)，并把該卡號(hào)發(fā)送到應(yīng)用系統(tǒng)上層，由上層系統(tǒng)完成相關(guān)數(shù)據(jù)信息的處理。由于ID卡卡內(nèi)無內(nèi)容，故其卡片持有者的權(quán)限、系統(tǒng)功能操作要完全依賴于上層計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)數(shù)據(jù)庫的支持。四、實(shí)驗(yàn)過程4.1為實(shí)驗(yàn)箱上電，將低頻模塊旁的S4DB9選擇開關(guān)撥打至DB9接頭一側(cè)，此時(shí)，UART4號(hào)DB9接頭與節(jié)點(diǎn)3上的低頻模塊通信。4.2將PC機(jī)的串口與UART4DB9串口相連，在PC機(jī)上翻開物聯(lián)網(wǎng)RFID實(shí)驗(yàn)箱配套光盤\物聯(lián)網(wǎng)綜合RFID實(shí)驗(yàn)箱\應(yīng)用程序目錄下的ComAssistan.exe應(yīng)用軟件，選擇正確的端口號(hào)并進(jìn)行如圖1.6所示的配置，并“翻開串口〞圖1.64.3取出實(shí)驗(yàn)箱配套的低頻RFID標(biāo)簽〔注意，低頻高頻特高頻三種標(biāo)簽均是白