射频识别和传感器技术实验指导书.docx

1、射频识别和传感器技术实验指导书射频识别与传感器技术实验指导书实验一 125KHz RFID实验 1、实验项目：125KHz RFID实验 2、目的与意义熟悉CVT-RFID MCU-实验箱的硬件结构和原理，掌握实验箱配套控制软件的使用。了解RFID的基本工作原理，了解典型的密耦合系统，了解125KHz RFID系统应答器芯片和阅读器芯片。掌握125KHz只读卡、读写卡操作的基本原理。通过相关信号的测量加深对信号调制与解调、125KHz RFID技术只读卡、读写卡相关协议标准的理解。 3、实验环境（设备与仪器） CVT-RFID MCU实验箱一台，PC机一台，双踪示波器一台，PC机操作系统Win

2、dows XP，RFID综合实验平台环境 4、背景知识 1）实验箱系统硬件原理简介 整个系统主要由以下几部分组成： （1）主处理器采用ATMEL的高性能AVR单片机，主要处理RFID标签的读写操作、ZIGBEE模块的数据传输、键盘和显示电路的处理，以及和上位机的通信。系统有标准JTAG接口和ISP下载接口，方便程序的调试和下载。 （2）CPLD采用ALTERA的MAX系列CPLD，完成系统和上位机通信串口的切换工作，另外还挂接了键盘的行信号ROW0ROW3。 （3）125KHz RFID 采用瑞士EM MICROELECTRONIC的低频RFID处理芯片，完成对125KHz标签的自动寻卡、读写

3、操作等。 （4）ISO14443 RFID 采用PHILIPS的高频RFID处理芯片，工作频率为13.56MHz，完成对ISO14443标签的寻卡、防冲突、选择卡、密码下载和校验、修改密码和读写操作等。 （5）ISO15693 RFID 采用模拟分立元件的设计方法，使RFID读写器的内部结构更加清晰，工作频率为13.56MHz，可以完成对ISO15693标签的寻卡、防冲突、选择卡、密码下载和校验、修改密码和读写操作等。 （6）900MHz RFID 采用模块化的接口设计，增强超高频RFID的抗干扰性。完成对900MHz标签的寻卡、读写操作等。 （7）ZIGBEE无线通信部分 采用TI的无线通信

4、单片机，系统有2个ZIGBEE模块，可以实现相互之间数据的无线透传。 （8）键盘和显示部分 键盘采用44矩阵键盘，其中列信号线COL0COL3连接到主处理器上，考虑到主处理器IO口不够，所以行信号线ROW0ROW3挂接在CPLD上；显示屏采用12864的点阵屏，所以口线均连接到主处理器上。 图1-1 系统硬件原理框图 2）125KHz RFID硬件原理采用低频RFID的CMOS集成收发器电路基站芯片，有以下功能和特点:1 100 到 150 kHz 载波频率范围。2 利用载波驱动天线，集成的锁相环系统，以实现用自适应载波频率来匹配天线谐振频率。3 用于可读写应答器的AM调制磁场。对从天线传输来

5、的应答器的调制信号进行AM解调。4 和微处理器通过串行接口通讯。5 无需外部晶振。6 睡眠模式电流低至1A。具体工作原理是：通过外部线圈及内部集成的电容一起组成谐振电路，从连续的125KHZ磁场中获取能量启动。芯片从内部的EEPROM中读出数据，并通过和线圈并联的负载的开断产生深幅调制，将数据发送出去。通过对125KHZ磁场的100%幅度调制，可以执行各种命令和更新EEPROM中的数据。图1-2 125KHz RFID硬件原理框图 3）125KHz测量点图1-3 125KHz测量点 J22：GND测量点，信号公共地。 J23：RDY_CLK测量点，射频芯片返回给处理器的同步时钟信号测量点。 J

6、24：MOD测量点，处理器发送的调制信号测量点。 J25：DEMOD_OUT测量点，射频芯片返回给处理器的数据输出信号测量点。 4）125KHz通信协议简介 这里介绍ISO18000-2标准协议，ISO/IEC 18000-2 定义了125134.2KHz的空中接口通信协议参数，规定了时序参数、信号特性、标签与读写器之间通信的物理层架构、协议和指令，以及多标签读取时的防碰撞方法。 1、调制 标签和读写器之间采用ASK调制方式，调制深度为100%，如图1-4所示：图1-4 125KHz ASK调制波形 图1-4中的时间参数如表1-1所示：表1-1 调制时间参数注：Tac = 1/fac 8us2

7、、读写器到标签（1）数据编码读写器到标签的数据编码包括：数据0、数据1、code violation和stop condition，如图1-5所示：图 1-5 读写器到标签的数据编码图1-5中的时间参数如表1-2所示：表1-2 数据编码时间参数注：Tac = 1/fac 8us（2）SOF读写器到标签的SOF起同步作用，由一个数据0和一个code violation组成，如图1-6所示：图1-6 读写器到标签的SOF（3）EOFEOF由stop condition组成，如图1-7所示：图1-7 读写器到标签的EOF3、标签到读写器（1）数据编码标签到读写器的数据编码有两种速率：4kbit/s和

8、2kbit/s，其中4kbit/s速率用在International Standard command，2kbit/s速率用在Inventory command。如图1-8所示：图1-8 标签到读写器的数据编码（2）SOF标签到读写器的SOF由3bits位数据110组成，如图1-9所示：图1-9 标签到读写器的SOF（3）EOF标签到读写器的EOF在ISO18000-2标准协议里没有定义。 5）125KHz ID卡简介 实验中用到的125KHz ID卡分只读卡和可读可写卡两种，下面是对这两种卡的简单介绍： 1、只读卡 主要特征： 64位EEPROM 多种编码（Manchester，Bi-pha

9、se，miller，PSK，FSK） 多种速率 工作频率范围（100-150KHz） 工作温度范围（-40到+85）存储器结构：64位的EEPROM由5个部分组成，其中9位用作数据头（全1），数据头后紧接着10组4位的数据，每4位数据跟着1位奇偶校验位，最后一行由4位奇偶校验位和1位停止位（停止位规定为0）组成，详细结构如表1-3所示：表1-3 125KHz只读ID卡存储器组成结构1111111119 header bits8 version bits or customer IDD00D01D02D03P010 line parity bits （P0-P9）D10D11D12D13P132

10、 data bitsD20D21D22D23P2D30D31D32D33P3D40D41D42D43P4D50D51D52D53P5D60D61D62D63P6D70D71D72D73P7D80D81D82D83P8D90D91D92D93P94 column parity bitsPC0PC1PC2PC3S01 stop bit set to logic 0 2、可读可写卡 主要特征： 16个32位的数据块组成512位EEPROM 32位密码读写保护 32位唯一的ID码 10位客户码 锁定位可以将EEPROM的数据块变成只读模式 多种编码（Manchester，Bi-phase，miller

11、，PSK，FSK） 多种速率 工作频率范围（100-150KHz） 工作温度范围（-40到+85）存储器结构：512位的EEPROM由16个32位的数据块组成，EEPROM的块被编号成0到15，每块的位被编号为位0到位31。访问总是从LSB开始的。这32bit的EEPROM字段，是以一个字段的写命令编程的。开始的两个块是被芯片制造商规划安排的只读块（块0和块1）。它们被分别写入有该芯片的类型、版本，客户码和唯一序列号（UID），再往下的3个块（块2到块4），用来定义器件的操作选项，分别为密码字段、保护字段和配置字段。块5到块15是用户可以自由使用的空间。详细结构如表1-4所示：表1-4 125

12、KHz可读写ID卡存储器组成结构地址编号描述类型B0 B310芯片类型/谐振电容/用户代码只读Ct0 Ct311序列号UID只读Uid0Uid312密码只写Ps0 Ps313保护字段OTPPr0 Pr314配置字段读写Co0 C0315用户空间读写Us0 Us316用户空间读写Us0 Us317用户空间读写Us0 Us318用户空间读写Us0 Us319用户空间读写Us0 Us3110用户空间读写Us0 Us3111用户空间读写Us0 Us3112用户空间读写Us0 Us3113用户空间读写Us0 Us3114用户空间读写Us0 Us3115用户空间读写Us0 Us31注：OTP表示该字段可以

13、一次性编程写入数据，写入后的数据不能再更改。块0存放卡片信息及通用码等，该块为只读块。块1存放卡片的身份识别码(UID)，该块为只读块。块2存放卡片密码，该块为只写块，为了保护卡片密码，该块在本平台中不开放写权限。 块3存放卡片保护字，用于控制卡片每块的读写权限，该块每一位都是一次性写入，写入后不可修改，为保证卡片正常使用，在本平台中不开放该块的写权限。 块4存放卡片配置字，用于配置卡片每块的加密情况，该块可读可写，为保证卡片正常使用，在本平台中不开放该块的写权限。块5-块15为用户数据区，可读可写。 6）控制软件界面软件界面分布如图1-10。图1-10 软件界面图注：菜单栏 串口连接设置 实

14、验操作区域 操作提示区域 协议显示列表 系统提示 通讯协议格式如图1-11：Byte0Byte1Byte2Byte3Byte4 - Byte4+nByte4+n+1 - Byte4+n+20x430xBC帧长度模块类型命令CRC-16校验图1-11 通讯协议格式Byte0：帧头1，C的ASCII码Byte1：帧头2，Byte0的反码Byte2：Byte0到Byte4+n+2的总字节数Byte3：表示命令操作针对的模块 0x00：表示设置实验类型 0x01：表示125K 0x02：表示13.56M-14443 0x03：表示13.56M-15693 0x04：表示900M 0x05：表示Zigbee1 0x06：表示Zigbee2Byte4