每当EM4100将64个信息位传输完毕后,只要ID卡仍处于读卡器的工作区域内,它将再次按照图3顺序发送64位信息,如此重复,直至ID卡退出读卡器的有效工作区域。
4.2 EM4100数据编码方式 EM4100采用曼彻斯特编码,如图4所示:位数据“1”对应着电平下跳,位数据“0”对应着电平上跳。在一串数据传送的数据序列中,两个相邻的位数据传送跳变时间间隔应为1P。若相邻的位数据极性相同(相邻两位均为“O”或“1”),则在两次位数据传送的电平跳变之间,有一次非数据传送的、预备性的(电平)“空跳”。电平的上跳、下跳和空跳是确定位数据传送特征的判据。在曼彻斯特码调制方式下,M4100每传送一位数据的时间是64个振荡周期,其值由RF/n决定。若载波频率为125 kHz,则每传送一位的时间为振荡周期的64分频,即位传送时间为:1P=64/125 kHz=512μs,则半个周期的时间为256μs。
4.3 解码软件设计 ATmega8单片机T/C1的输入捕捉功能是AVR定时/计数器的一个非常有特点的功能,T/C1的输入捕捉单元可用于精确捕捉一个外部事件的发生,记录事件发生的时间印记。当一个输入捕捉事件发生时,T/C1的计数器TCNTl中的计数值被写入输入捕捉寄存器ICRl中,并置位输入捕获标志位ICFl,产生中断申请。可通过设置寄存器TCCRlB的第6位ICESl来设定输入捕捉信号触发方式。本系统利用单片机的输入捕捉功能进行解码。
由曼彻斯特编码特点可知,每位数据都由半个周期的高电平和半个周期的低电平组成,因此可将一个位数据拆分为两位,即位数据“1”可视为“10”,位数据“O”可视为“01”,则64位数据可视为由128位组成。为了获得完整且连续存放的64位ID信息,在此接收两轮完整的64位数据,即接收256位。则上一轮接收到的停止位后紧跟着的必然是本轮接收到的起始位,据此找出起始同步头。再根据曼码特点获得ID卡的有效数据(“10”解码为“1”;“01”解码为“O”)并进行LCR校验,若校验无误,则将ID卡号输出至PC机,并准备下一次的解码;否则,直接准备下一次解码。另外,在程序中首先定义一个数组bit[256]用来存放接收到的数据;定义一个变量flag用来标记256位数据接收完成;定义一个变量error用来标记校验有错误产生。由于无ID卡靠近读卡器的有效工作区时,单片机输入捕捉引脚输入的是高电平,因此在主程序中先设定为下降沿触发,清零计数器TCNTl,打开T/C1的输入捕捉功能。主程序流程图如图5所示。
在输入捕捉中断程序中定义一个触发沿标志tr=1(用于表示由下降沿引起的触发),同时定义一个无符号字符型变量i用来对接收到的数据个数进行计数,由于无符号字符型数据的取值范围为O~255,所以当接收完256位时,i的值再次变为0。接着判断是否为合法跳变,由以上分析可知,电平跳变的时间为256μs或512μs为合法跳变。本系统使用8 MHz时钟,T/C1设置为无预分频,则系统周期为O.125μs,则256μs对应计数值应为2 048,512μs对应计数值应为4 096。取计数值TCNTl小于5 000为合法跳变依据,若TC-NTl大于5 000,则认为是由干扰信号产生的非法跳变,并将其忽略,取TCNTl介于3 000~5 000之间为512μs跳变依据。若为合法跳变,由于是下降沿触发的中断,则认为接收到一位数据“1”;若为合法跳变且3 000<TCNTl<5 000,则认为接收到两位数据“1”。
再将输入捕捉触发方式改为上升沿触发,设定触发沿标志tr=0(用于表示由上升沿引起的触发)。当中断是由上升沿触发时,执行类似操作。图6为中断处理程序流程图。
5 结语
本设计硬件电路中功放和检波部分采用分立元件构成,无需读卡基站芯片,电路结构简单,成本极低;软件部分采用C语言进行编写,提出了一种曼彻斯特编码的解码方法。由于RS 232的传输距离最大只有15 m,因此对于需要远距离数据传送的场合,可以通过加入RS 485电路以提高传输距离,从而实现远距离数据采集以及实行有关控制。在一些需要较远读卡距离的应用中,可通过改进功率放大电路(例如采用D类功率放大电路)来提高功放的效率,从而增大发射功率,增大读卡距离。通测试,系统可成功实现对EM4100 ID卡的读取,经过微调天线,最大读取距离可达15 cm,且读卡稳定、成功率高,可将其应用于门禁、公交等系统。
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