Зчитувач rfid-міток з частотою 125 кГц
Характеристики:
Частота мітки: 125 кГц
Джерело живлення: +5 В постійного струму
Виведені дані: послідовно 2 400 б / с 8N1. Видається 10-цифровий серійний номер мітки.
Малюнок 1: 125 кГц RFID-мітка (брелок) Малюнок 2: 125 кГц RFID-мітка (розмір з кредитну картку).
Даний RFID-зчитувач працює з мітками частотою 125 кГц в картах розміром з кредитну картку і 125 кГц брелоках (Малюнок 1). При цьому використовується протокол EM4100. Коли ви наближаєте RFID-позначку на близьку відстань (4-5 см) до котушки зчитувача (L1), зчитувач вважає 10-цифровий унікальний ідентифікатор мітки і передасть його як ASCII символи через послідовних вихід зі швидкістю 2 400 біт в секунду.
У схему входить сигналізатор, який видає переривчасті звукові сигнали, коли мітка успішно зчитується.
Я спробую в кількох словах пояснити, як працює RFID-зчитувач. Контролер ATtiny13 використовується функцію PWM для створення прямокутного імпульсного сигналу частотою 125 кГц. Даний сигнал виходить з виведення PB0. По задньому фронту імпульсу на виводі PB0 (Логічний нуль "0"), транзистор T1 закритий. Таким чином, котушка L1 збуджується через резистор R1 (номіналом 100 Ом) від напруги + 5V. Коли імпульс на виведення PB0 зростає (Логічна одиниця '1') транзистор T1 відкривається і один з висновків котушки L1 з'єднується з землею GND. До котушці L1 паралельно приєднується конденсатор C2, створюючи LC генератор. Дані перемикання котушки L1 від логічної одиниці до логічного нуля відбуваються 125 000 разів в секунду (125 кГц).
Малюнок 3: Коливання сигналу частотою 125 кГц, які передаються від котушки L1 і конденсатора C2.
RFID-зчитувач передає енергію до транспондеру (мітці) шляхом створення електромагнітного поля. Передача енергії між RFID-зчитувачем і міткою відбувається на тому ж принципі, що і робота трансформаторів. перетворюють напругу 220 В мережі змінного струму в 12 В змінного струму, завдяки магнітному полю, яке створює первинна обмотка. У нашому випадку первинна обмотка - це RFID-зчитувач, а вторинна обмотка - це RFID-мітка. Різниця лише в тому, що в схемі RFID-зчитувача немає сталевого муздрамтеатру між двома котушками (одна котушка розташовується на стороні зчитувача, а інша котушка в RFID-мітки). Компоненти D1, C3 і R5 складають демодулятор AM сигналу (AM = Амплітудна модуляція).
Передача даних між мітками і зчитувачем.
Як мітки передають дані в зчитувач? Дуже просто! Коли мітка хоче передати логічний нуль "0" в зчитувач, вона докладає "навантаження" до своєї лінії джерела живлення для отримання більшої енергії з зчитувача. Це викликає невелике падіння напруги на стороні RFID-зчитувача. Цей рівень напруги є логічним нулем "0" (дивіться малюнок 4). Одночасно з передачею зчитувачем сигналу частотою 125 кГц, він зчитує напруга сигналу, що передається через фільтри D1, C3 і R5, C1. Коли мітка знижує напруга, як було сказано раніше, зчитувач зчитує дане падіння напруга як логічний нуль "0". Якщо мітка не вимагає додаткової енергії, вона не викликає падіння напруги. Це відповідає логічній одиниці '1' (Малюнок 3). Довжина "одиниць" або "нулів" залежить від швидкості передачі послідовної передачі даних. Наприклад, для несучої частоти 125 кГц ми не отримуємо швидкість передачі даних 125 000 біт в секунду! Передача даних від мітки в зчитувач змінюється від 500 до 8 000 біт в секунду.
Малюнок 4: Знімок екрану переданих даних. 10101. Малюнок 5. Альтернативний малюнок PSK модуляції.
Структура даних RFID-мітки.
- 125 кГц RFID-мітка передає 64 біта.
- Перші 9 біт - це стартові біти передачі (завжди '1').
- Наступні 4 біта - це молодші біти ідентифікатора користувача (D00. D03).
- Наступний 1 біт (P0) - це біт контролю парності попередніх 4 біт.
- Наступні 4 біта - це старші біти ідентифікатора користувача (D04. D07).
- Наступний 1 біт (P1) - це біт контролю парності попередніх 4 біт.
- Наступні 4 біта - це перша частина 32-бітного серійного номера мітки (D08. D11).
- .
- Біт PC0 - це біт контролю парності бітів D00, D04, D08, D12, D16, D20, D24, D28, D32 і D36 (біти розташовуються в одній колонці).
- Біти PC1, PC2, PC3 є біти парності наступних трьох колонок.
Верифікація даних виконується за допомогою контролера ATtiny13, шляхом обчислення біта контролю парності кожного рядка і кожної колонки з битами парності, які отримані в переданих даних RFID-мітки.
Котушка має діаметр 120 мм і 58 витків. Про всяк випадок, залиште трохи мідного дроту для додаткових 2-3 витків (всього 60-61 витків). Для досягнення максимальної відстані між RFID-міткою і зчитувачем (між міткою і антеною-котушкою зчитувача) вам необхідно відкалібрувати котушку. Якщо підключити осцилограф в загальну точку з'єднання R1 і L1 ви побачите місце, позначене червоним кружком на малюнку зліва. Це означає, що котушка L1 повинна бути відкалібрована.
Як відкалібрувати котушку L1?
1. Після підключення щупа осцилографа в загальну точку R1, L1 спробуйте повільно видалити або додати трохи мідного дроту (збільшити або зменшити кількість витків) котушки, поки шум не буде усунутий.
2. Якщо ви не маєте осцилограф, тоді спробуйте перемістити RFID-позначку близько до котушки L1, поки мітку не буде розпізнано зчитувачем. Якщо ваша мітка буде виявлена на відстані 2 см від котушки L1, тоді спробуйте додати кілька витків мідного дроту для котушки L1, щоб переконатися в виявленні мітки на більш довгому відстані (наприклад, 3 см).
Спробуйте виконати ті ж дії, видаливши витки мідного дроту з котушки L1. Таким чином, ви отримаєте максимальний діапазон відстані між мітками і котушкою L1.
Я виготовив котушку L1 діаметром 120 мм з 58 витками, але згодом захотів зробити її більш меншого розміру. Тому я зігнув котушку навпіл так, щоб вона стала схожа на "цифру вісім" (за формою нагадує вісімку) і виконав повторне калібрування. Таким чином, котушка L1 на малюнках фактично має діаметр менше 120 мм.
Котушка L1 на малюнку має діаметр 60 мм і майже 116 витків.
Набір бітів конфігурації (фьюз) для ATtiny13: High Fuse: 0x1F і Low Fuse: 0x7A. Даний набір налаштувань ATtiny13 працює з внутрішнім генератором частотою 9.6 МГц. Функція поділу на 8 системного тактового генератора відключена.
Прошивка версії v1.00 займає 1024 байти і займає 100% Flash-пам'яті контролера ATtiny13. Можливо перехід на будь-який інший 8-вивідних AVR, такий як ATtiny85, буде гарною ідеєю, якщо ви захочете додати деякі функції в вихідний програмний код.