一种多模式的低频RFID阅读器设计方案

　　现有的单通道低频RFID阅读器在组成大规模应用系统时非常不便，会使系统累赘、可靠性下降、成本增加。为了解决这些问题，有必要探讨多通道低频RFID阅读器的设计方法。

　　1 阅读器的组成

　　图1为多通道多模式低频RFID阅读器的结构框图。阅读器包含6个读取通道，每个通道包含一个EM4095芯片，它们在同一个MCU的程序控制下工作。设计6个通道的目的是组成多种有效的工作模式，便于实际应用。阅读器每个通道的解码均由MCU的程序控制完成，这样可以大大地简化硬件设计、降低成本。阅读器通过CAN总线或RS485总线与上位机相连，进行数据通信，接受工作模式的设定指令和其他的控制指令，上传各通道读取的标签信息和阅读器本身的工作状态;同时也可构成集散型系统，便于大规模应用。

　　图1 多通道多模式低频RFID阅读器的结构框图

　　2 EM4095芯片的用法

　　EM4095是瑞士EM Microelectronic公司的一款用于RFID阅读器的专用芯片。图2为EM4095的应用原理图。DEMOD_OUT引脚为AM解调信号的输出端;MOD为调制控制端，低电平时没有调制，高电平时100%调制;RDY/CLK输出端具有多个功能指示作用，或作为发送已准备好指示，或作为接收同步时钟信号输出指示。当芯片内部锁相环工作建立，接收电路开始工作时，RDY/CLK端会输出连续的与DEMOD_OUT端数据信号同步的时钟信号;SHD为高电平时，EM4095进入睡眠省电模式，RDY/CLK也被置为低电平。

　　图2 EM4095的应用原理图

　　3 数据接收解码方法

　　由于EM4095只是提供了产生载波与AM调制解调功能，因此阅读器数据发送编码与数据接收解码须由MCU完成。通常125 kHz的RFID数据传输速率为2～3.2 kb/s。数据发送编码相对简单，只需要控制发送端口定时输出指定的数据位就可以了。数据的接收解码要复杂一些，下面以遵循ISO11784/11785标准的数据通信协议为例说明采用MCU进行数据接收解码的方法。

　　3.1 标签信息数据帧的格式

　　图3为RFID标签在收到阅读器发送的电磁波信号后，返回的信息数据帧格式。根据ISO11785标准，数据帧(共128位)分为4个段，分别为帧头段、标识代码段、CRC校验码段以及准备将来使用的扩展预留段。帧头段代码为00 0000 0000 1，包含有10个“0”。为了防止出现与帧头相同的代码，所有后续码段每8位数据插入1个控制位“1”。标识代码段内的标志位1为附加数据块标志，标志位2为动物标志。CRC校验码段为CCITT 16位CRC校验码。扩展预留段现在还没有使用，统一设为00000000 1 00000000 1 00000000 1，其中的“1”即控制位。

　　图3 RFID标签信息数据帧的格式

　　3.2 标签信息数据的编码

　　采用MCU进行接收数据帧解码的关键步骤是帧头段的捕获。图4为RFID标签回馈给阅读器的信息比特流的编码方式。MCU检测到EM4095芯片RDY/CLK引脚端产生时钟信号时，进入帧头段的捕获状态。

　　图4 标签信息数据编码方式