如何制作USB接口ID读卡器

引言
    USB接口ID读卡器是射频识别RFID(Radio Frequency IdentifICation)在125 kHz的具体应用，适用于网吧管理、会员系统、考勤消费发卡器、身份识别前端等。   <<提示：容源电子网为广大电子爱好者提供电路图专题网站“容源电路图网”，欢迎访问。汇聚大量电路图与你共同分享。》

的USB接口ID读卡器大多采用射频接收模块和嵌入式微控制器，但成本高，解码程序采用定时查询或监测信号边沿的方法进行解码，这些解码方法对天线载波频率以及定时准确度要求较高，当载波稍微偏离规定范围时将不能正确读卡。为降低产品的成本提高解码的速度、准确率、敏感度等，笔者创新采用内嵌USB接口的单片机和EM4095设计USB接口ID读卡器，介绍一种新的解码技术，使得载波频率偏移不影响解码，而且无需检测信号的边沿，更可靠、快速读卡。   <<提示：容源电子网为广大电子爱好者提供电路图专题网站“容源电路图网”，欢迎访问。汇聚大量电路图与你共同分享。》

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    2 系统总体框架及硬件电路设计
    2．1 系统总体框架
    USB接口的125 kHz ID读卡器主要基于SN8P2201单片机的主控模块、基于EM4095的射频模块、通信模块(USB)、外部时钟、光显示模块(LED)、声音提示模块(蜂鸣器)、电源模块、天线，如图l。   <<提示：容源电子网为广大电子爱好者提供电路图专题网站“容源电路图网”，欢迎访问。汇聚大量电路图与你共同分享。》

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     ID读卡器工作过程：USB接通后，红色LED灯亮，伴随蜂鸣器鸣叫，表明读卡器准备就绪。若1 min内无ID卡靠近读卡器，读卡器将自动进入睡眠，红色LED灯自动熄灭，绿色LED灯点亮。当有ID卡接近读卡器时，读卡器自动激活，绿色 LED灯熄灭，红色LED灯点亮。读卡器成功读取ID卡号后，蜂鸣器呜叫，数据通过USB传输至PC机。只需打开．txt文件，就可轻松接收数据，无需上位机。   <<提示：容源电子网为广大电子爱好者提供电路图专题网站“容源电路图网”，欢迎访问。汇聚大量电路图与你共同分享。》

    2．2 系统硬件电路设计
    2．2．1 主控和通信模块电路
    主控和通信模块电路如图2。SONIX单片机SN8P2201的P1．0、P1．1、P0．0引脚分别控制射频器件EM4095工作、接收解码的同步时钟、接收解调数据。   <<提示：容源电子网为广大电子爱好者提供电路图专题网站“容源电路图网”，欢迎访问。汇聚大量电路图与你共同分享。》

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     SN8P2201引脚5连接复位电路，电阻R6和电容C8组成基本RC复位电路。该复位电路在系统上电时为复位引脚提供一个缓慢上升的复位信号，该复位信号上升速度低于VDD的上电速度，从而为系统提供合理复位时序，当复位引脚检测到高电平时，系统复位结束，进入正常工作；对于电源异常，二极管正向导通使C1快速放电并与VDD保持一致，避免复位引脚持续高电平，系统无法正常复位；R7是必不可少的限流电阻。
    而通信电路USB，SN8P2201的D+、D一引脚只接适当电容和电阻，就可与单片机内部数据进行USB通信，电路简单。需注意的是：VREG和GND连接1μF电容有助于3．3 V稳压器稳定输出，应尽靠近SN8P2201放置。   <<提示：容源电子网为广大电子爱好者提供电路图专题网站“容源电路图网”，欢迎访问。汇聚大量电路图与你共同分享。》

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    2．2．2 射频收发电路设计
    射频器件EM4095通过天线连续发射射频载波信号，为电子标签提供能量，激活电子标签；调制发射信号，将数据通过天线传送给电子标签；通过天线接收电子标签发射信号，并解调所接收的信号，从而得到电子标签中的数据，传送给单片机做进一步。图3为射频收发电路。   <<提示：容源电子网为广大电子爱好者提供电路图专题网站“容源电路图网”，欢迎访问。汇聚大量电路图与你共同分享。》

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       LA(天线电感值)、C4、C5、C9、C10和C11组成LC串联谐振天线，谐振频率为其中C0=C4||C10||C11+C5||C9。天线的工作电流与谐振电路Q值有关，可在天线线圈LA上并联一只电阻，调节Q值。
    EM4095的DEMOND_IN引脚输入AM信号在VCO输出信号的同步控制下被采样，采样输出信号由引脚CDEC外接电容隔直和带通滤波采样(消除输出中的载频成分、高频和低频噪声)后，经异步比较得到对应的数字信号。接收时，天线感生信号经耦合电容输入引脚DEMOND_IN，该信号与天线驱动器的输入信号由相位比较器进行相位比较，形成与相位差对应的电压，压控振荡器的控制信号，最终锁定天线发射信号频率。RDY／CL发射的方波是同天线处载波的频率且同步，通过它传给单片机来计算同步载波的周期数。DEMOND_OUT是AM模块携带的数字信号的输出。SHD=1，EM4095为睡眠。上电后，先为高电平以便初始化，然后为低电平开始发送数据。MOD接地表示只读模式。   <<提示：容源电子网为广大电子爱好者提供电路图专题网站“容源电路图网”，欢迎访问。汇聚大量电路图与你共同分享。》

    2．2．3 其他模块电路设计
    该系统设计的天线电感值是345μH。天线采用铜制漆包线绕制，漆包线直径为0．29 mm。圆形(内径)直径为2 cm，115圈。读卡器直接通过USB提供+5 V电压，使单片机和EM4095正常工作，无需外接电源以及额外的5 V稳压器等，这样电源模块电路设计简单，且节省成本。采用6 MHz晶振为单片机提供外部高速时钟。   <<提示：容源电子网为广大电子爱好者提供电路图专题网站“容源电路图网”，欢迎访问。汇聚大量电路图与你共同分享。》

    2．3 硬件测试
    EM4095的调试首先检查有无时钟输出。不管电子标签是否靠近读写器，上电后RDY／CLK引脚始终输出时钟信号，否则说明EM4005未开始工作。当确定输出时钟后，可以把电子标签放在读写器的工作范围内，通过示波器观察SHD引脚的电平是否由高变低，DEMOD_OUT引脚是否有数据波形输出，若有则说明EM4005工作正常。，将RDY／CLK引脚接到示波器，观察其波形，通过C4，C10，C11的值，使输出方波的频率接近125 kHz。   <<提示：容源电子网为广大电子爱好者提供电路图专题网站“容源电路图网”，欢迎访问。汇聚大量电路图与你共同分享。》

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    3 系统软件设计
    图4为软件设计总体流程。该流程基本说明读卡器工作的全过程。   <<提示：容源电子网为广大电子爱好者提供电路图专题网站“容源电路图网”，欢迎访问。汇聚大量电路图与你共同分享。》

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     图5中，wk05是帧头计数器，time是计算RDY／CLK引脚载波的周期数。在中断的第一个下降沿到来时，启动time周期计数。寻找帧头时，只要 time≈64，都将其译码成1。在找到8个连续“1”后，下降沿间隔会出现上述3种，根据Tag标志位来译码。在找到9个“l”后，才会把译码的数据送入BUFFER，再经奇偶校验正确后，发送给PC机。   <<提示：容源电子网为广大电子爱好者提供电路图专题网站“容源电路图网”，欢迎访问。汇聚大量电路图与你共同分享。》

    4 结束语
    USB接口的125 kHz ID读卡器设计简单，成本低廉，而且在程序中就可将USB发送的数据转换成键盘数据，无需上位机就可接收数据，操作更简单。软件采用解码方法可以在读曼彻斯特码的进行同步解码，速度较快，而且对载波频率的变化不敏感，故读卡成功率非常高。读卡的距离可达5 em，时间小于200 ms。   <<提示：容源电子网为广大电子爱好者提供电路图专题网站“容源电路图网”，欢迎访问。汇聚大量电路图与你共同分享。》