没有信号输入时 - 一种多模式的低频RFID阅读器设计方案

在没有信号输入时，EM4095的输出端DEMOD_OUT为低电平，根据帧头的代码与编码方式，输入到MCU的帧头段信号波形如图5所示。考虑到RFID标签的频率125 kHz会有一定的误差，且数据传输率也不会精确地为2 kb/s或3.2kb/s，所以帧头的捕获包括两个方面的含义：一是帧头段的识别，即帧头代码的判断;二是波特率的确定，即信号跳变的时间间隔△T的测量。帧头捕获的目的是为帧信号后续代码段的检测解码提供依据。

　　

 

　　图5 输入到MCU的帧头段信号波形

　　3.3 标签信息数据的程序控制解码方法

　　考虑到数据的传输率不会大于3.2 kb/s，根据图4所示的数据调制编码方式可知，信息数据输出端口(如图2的DEMOD_OUT引脚)的信号变化频率不会大于6.4kHz。在硬件实现的异步串行通信解码接口中，通常选择采样频率为信号变化频率的16倍、32倍或更高。在这里由MCU程序控制进行串行数据解码的方法是：对接收的编码信号脉冲跳变的时间间隔进行测量。由图4的编码方式(曼彻斯特编码)可知，表示数码0的时间间隔是表示数码1的时间间隔的1/2，因此测得信号脉冲跳变的时间间隔，通过程序判断比较就可解码出数据0或1。要测量信号脉冲跳变的时间间隔就需要有参考时钟信号，在这里，当参考时钟信号频率为被测信号最高频率的32倍时，其值为204.8 kHz。大多数MCU的定时器/计数器都能对这一频率的信号进行计数测时。若采用LPC214x的定时器/计数器捕获功能就可以实现这一点。

　　将需要解码的信号(图2的DEMOD_OUT引脚输出)接入到MCU定时器的捕获端口，当没有接收信号时，接收端口保持为低电平。当RFID阅读器发送出阅读命令后，接收程序准备就绪，同时启动定时器计数。一段延时后接收信号到来，输入信号每次发生跳变时，捕获定时器的计数值，读取并保存。设第0次跳变的捕获保存值为T0，第n次跳变的捕获保存值为Tn，相邻上次捕获的保存值为Tn-1，从第1次跳变开始，计算差值△Tn：

　　△Tn=|Tn-Tn-1|(n≥1)

　　如果连续18次以上的差值△T相同(即△T1、～△T18相同)，则帧头段捕获成功。考虑到接收信号放大检波带来的误差以及MCU定时器/计数器存在有计数误差，判定差值相同的依据为：

　　|△Tn-△Tn-1|≤2

　　式中，1≤n≤20，即相互之间的误差不大于2。

　　差值的平均值为：

　　△T=(△T1+△T2+…+△TN)/N(18≤N≤20)。

　　△T为后续数据段解码的检测周期;如果后续码段信号产生跳变的时间间隔等于平均值△T，则解码为数据0;如果跳变的时间间隔值为平均值△T的2倍，则解码为数据1。据此，就可以对接收的整个标签信息数据帧进行解码。

　　4 阅读器多通道、多模式的用法

　　阅读器包含6个通道，可以根据应用需要配置出几种典型的工作模式，如6通道轮循工作模式、6通道同步工作模式等。6通道轮循工作模式可用于静态(如仓储、图书馆等)物品的监管，其轮循的周期时长可根据要求设置;6通道同步工作模式，可用于每个通道所对应的位置对系统时间响应都有严格要求的场合;6通道独立工作模式主要针对一些需求少于6通道的场合，它可以灵活地关闭或开启其中任意几个通道;双3D工作模式，则是将6通道分成2组，每组3个通道监测同一个位置，3个通道的天线波束指向分别为前后、左右、上下3个相互垂直的方向(3D)，确保进入监控位置的RFID标签不会因摆放方向的差异而出现漏读。另外，这种模式可同时对2个位置进行3D监测，当RFID标签分别通过这两个被监测的位置时，阅读器能根据RFID标签信号出现的时间先后判断出RFID标签移动的方向。

　　结语

　　设计的多通道、多模式低频RFID阅读器具有组态方式灵活、应用范围广的特点，且阅读器的多通道集中控制可以有效地降低通道之间的串扰。实际应用表明，多通道、多模式低频RFID阅读器具有良好的稳定性和可靠性。