ID卡读卡器的开发及其在门禁系统中的应用.doc

id卡读卡器的开发及其在门禁系统中的应用摘 要20世纪90年代射频识别（rfid）技术开始兴起，因其是一种非接触的自动识别技术，具有防水、防磁、耐高温、使用寿命长、读取距离大、安全性高、存储数据容量大以及存储信息更改方便等优点，得到了广泛的研究，并在电子收费、铁路机车车辆识别与跟踪、集装箱识别、贵重物品的识别与跟踪、宠物管理、出入门禁与考勤、车辆防盗等领域得到应用。本文分析了id卡应答器的基本工作机理以及id卡内部信息的存储空间结构，并详细研究了id卡的读卡原理和方法。在此基础上，进行了基于id卡的门禁控制系统的软件和硬件开发。用protel软件设计了电路原理图和pcb板，主要包括id卡读卡电路、isp下载电路,电源电路、e2prom存储器扩展电路、实时时钟电路和门锁控制接口电路，论述了主要元器件的选型方法以及各部分电路的工作原理。用keil软件编写了射频信号的解码程序及门禁控制程序，并用流程图进行了说明。经过实际电路的制作和反复调试，实现了基于id卡的智能门禁管理功能。关键词：射频识别，读卡器，曼彻斯特码，电控锁the development of id card reader and its application in the access control systemabstractrfid technology, which emerged in the 1990s，is a non-contact automatic identification technology. because it has advantages of waterproof, antimagnetic, high temperature, long service life, long reading distance, safe, large capacity of data storage, easy to modify information, etc., it has been extensively studied and widely used in many fields such as the electronic toll system, railway rolling stock and track identification, container identification, valuables of the recognition and tracking, pet management, access and attendance access control, vehicle anti-theft, and so on.the basic working mechanism of the id card transponder and the internal information storage structure of id card is analyzed. the principle and the method of id card reading are studied in detail. on the basis of that, the software and hardware of access control system based on id card is developed. both electronic schematic and pcb are designed by protel. the circuit schematic mainly includes id card reader circuit, isp download circuit, power circuit, eeprom memory expansion circuit, real-time clock circuit and the lock control interface circuit. the selection methods of main components and the working principle of each circuit part are described. keil software is used to programming of the radio frequency signal decoding and access control. the designed program is illuminated by flow chart. the management function of intelligent access control base on id card is realized at last through the experience of actual circuit production and repeated debugging.key words：rfid; reader; manchester code; electronic control lock目 录摘 要iabstractii第一章 引 言11.1历史及特点11.2 系统组成21.3 发展趋势21.4 主要工作及章节提要3第二章 射频识别原理概述42.1 应答器的原理42.1.1 应答器的分类及优缺点42.1.2 应答器的物理特征52.1.3 应答器的工作机理52.2 读卡器的原理72.2.1 能量供应82.2.2 数据传输与编码方式9第三章 id卡读卡器的开发113.1 id卡读卡器硬件设计113.1.1 系统整体规划113.1.2 芯片选型113.1.3 硬件电路设计133.1.4 电路硬件的焊接与调试183.3 解码程序的设计19第四章 基于id卡读卡器的门禁控制系统的实现224.1 电源模块234.2 时钟模块234.3 数据存储模块254.4 模拟门禁模块264.5 电控锁274.6 系统联调27第五章 总结与展望29参 考 文 献31致 谢32附 录33第一章 引 言id卡读卡器是rfid技术的具体应用。id卡门禁系统属于自动化系统(bas) 中的智能安防系统,集自动识别技术和现代安全管理措施为一体,是解决重要部门出入口安全防范的有效措施,也是实现数字化安防的重要手段，适用于银行、宾馆、机房、仓库、机要室、办公室、智能化小区、工厂等各种场合。门禁控制器是门禁系统的核心部分,相当于计算机的cpu ,负责整个系统输入,输出信息的处理、储存和控制等,能验证输入信息的可靠性,并根据出入法则和管理规则判断其有效性。1.1 历史及特点rfid技术自20世纪四五十年代诞生以来已经取得长足的发展，七十年代开始有了一些简单的应用，九十年代标准化问题被提出并在商业领域开始广泛的应用，进入二十一世纪标准化问题日趋为人们所重视，射频识别产品种类更加丰富，有源电子标签、无源电子标签及半无源电子标签均得到发展，电子标签成本不断降低，规模应用行业扩大。至今，射频识别技术的理论得到丰富和完善。单芯片电子标签、多电子标签识读、无线可读可写、无源电子标签的远距离识别、适应高速移动物体的射频识别技术与产品正在成现实并走向应用。本文所要研究的id卡读卡器门禁系统即采用无源只读标签识别系统。完善门禁系统通常具有如下特点1：a) 卡片分级别按时区管理，实现对不同人群的管理。b) 可使用双介质控制方式，即使用个人卡识别与个人密码相结合，出控制更安全。c) 对卡片的使用期限或使用次数进行严格的控制，尤其适用人员流动频繁的场所。d) 对没有关好的门及非法开门可以提示、报警。e) 提供核准开门方式，即在视频监视系统的配合下，操控人员全面验证出入者合法性之后，做出适当选择，准许或拒绝开门。f) 门禁控制器或读卡器被破坏，门禁控制器会产生报警，并停止工作。g) 遗失后可挂失并补发新卡，既不会影响出/入口安全管理，也不影响个人进出。h) 可对所有出入事件，报警事件、事故事件等进行记录，分类查询，做出报表。i) 门禁控制器极为可靠，他采用机内电池作为后备电源，即使外部电源终端，也不会影响门禁控制器的正常工作，电池没电时可以发出报警信号。正如上述所述，门禁系统具有诸多优点，具有广阔的应用前景，牵涉到我们生产，生活，工业自动化等领域，拥有极高的研究价值。特别是在门禁安防系统相对于传统的门锁安保具有无法比拟的优势，轻巧，安全，管理方便；随着门禁系统的进一步研究，门禁系统的应用性能进一步提高，有朝一日取代传统钥匙门锁成为现实。1.2 系统组成门禁系统通常由应答器（电子标签）、读卡器、门禁控制器或控制中心计算、电控锁、其他设备和门禁软件组成。图1.1 读卡器和应答器是射频识别系统基本部件应答器中一般保存按照一定格式的编码数据（卡号），用以唯一标识标签所代表物体，通过设置卡号权限控制持卡人权限。读卡器通过天线发送出一定频率的射频信号，当应答器进入读卡器工作区域时，其天线线圈产生感应电流，从而应答器获得能量被激活并向读卡器发送出自身的数据编码信息，读卡器接收来自应答器的载波信号，对接收数据进行解调和解码后根据卡号信息进行相应操作，复杂门禁系统通常是由读卡器将数据送至控制中心计算机进行处理；计算机系统根据接受数据判断该卡号的职能权限，进行相应的操作，并对操作信息进行记录保存。本设计主要研究有读卡器接收数据并进行相应操作的情况。1.3 发展趋势id卡读卡器是rfid技术的具体应用，其表现形式相当广泛，与我们的生活生产息息相关。随着芯片技术、天线技术、无线收发技术、数据变换与编码技术、电磁传播特性等技术的综合发展，其应用性能将得到进一步的提高，使用范围将进一步延伸，将在门禁管理、资产回收、物料处理、医疗、宠物管理、工业自动化、联合票证等领域拥有更加广泛、高效、安全的应用。其在门禁系统的作用同时随着rfid技术的发展其安全可靠性进一步提高，功能得到进一步的扩充，实现无人化门控管理 。特别是随着千兆为以太网的广泛应用，使门禁系统的系统化管理的高效实现成为可能，使得大型学校、超市、公司的防盗安保能力得到大幅改善2。1.4 主要工作及章节提要本文所论述的工作，主要是在实验室提供的平台上，从事id读卡器的设计开发研究。简单说，主要是实现125khz的无源标签数据的读取及模拟门禁操作。本文具体论述的工作主要rfid基本原理的研究，读卡器电路板的硬件设计，pcb板设计，硬件连接及调试，读卡程序及门禁程序编写调试，门禁执行装置选型。本文的主要章节安排如下：第一章，介绍rfid技术的特点、发展历史以及发展趋势，系统的基本组成，如何实现在门禁系统中的应用，以及门禁系统应用特点，确定本文的研究思路。第二章，研究射频识别技术的基本原理，从应答器和读卡器两个方面进行论述。介绍了应答器的种类，物理特性，工作机理；读卡器的能量供应，数据传输与编码方式。第三章，介绍125khz读卡器的设计开发。详细阐述了读卡器设计，硬件系统的芯片选择，电路设计，pcb板制作，电路连接，电路调试；详细介绍软件设计思想与实现。 第四章，论述门禁信号转化为门禁效果，对电源电路、时钟电路、扩展存储电路设计研究，模拟门禁电路的设计，以及电控锁的选型。第五章，总结本次毕业设计，以及对门禁系统发展的展望。第二章 射频识别原理概述射频识别（rfid）是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。本章从射频技术两个基本模块应答器和读卡器分析其工作原理。2.1 应答器的原理应答器是射频识别技术（rfid）两个基本构成部分之一。当应答器进入读卡器的工作区域后，由应答器中电感线圈和电容组成的谐振回路接收读卡器发射的载波信号，读卡器中芯片的射频接口模块由此信号产生出电源电压、复位信号及系统时钟，使芯片“激活”；芯片读取控制模块将存储器中的数据经调相编码后调制在载波上，经应答器内天线回送给读卡器。2.1.1 应答器的分类及优缺点应答器指的就是射频卡(包括id卡和ic卡)，通常被称作电子标签(tag)。按照电子标签与读卡器的通信方式，可将电子标签分为接触式电子标签和非接触式电子标签两种。接触式电子标签通过卡片表面8个金属触点与读卡器进行物理连接来完成通信和数据交换。非接触式电子标签通过无线通信方式与读卡器进行通信，通信时非接触电子标签不需要与读卡器直接进行物理连接。按照是否带有微处理器，射频卡可分为存储卡和智能卡两种。存储卡仅包含存储芯片而无微处理器，一般的电话ic卡即属于此类。将指甲盖大小的带有内存和微处理器芯片的大规模集成电路嵌入到塑料基片中，就制成了智能卡。银行的ic卡通常是指智能卡。智能卡也称为cpu(中央处理器)卡，它具有数据读写和处理功能，因而具有安全性高、可以离线操作等突出优点。所谓离线操作是与联机操作相对而言的，它可以在不连网的终端设备上使用。离线操作不仅大大减少了通信时间，也能够在移动收费点 (如公共交通)或通信不顺畅的场所使用。同样是射频卡可以作为电子标签，ic卡和id卡还是拥有一些区别的。主要表现在：ic卡全称集成电路卡(integrated circuit card)，又称智能卡(smart card)，可读写，容量大，有加密功能,数据记录可靠,使用更方便，id卡全称身份识别卡(identification card)，是一种不可写入的感应卡，含固定的编号；ic卡在使用时，必须要先通过ic卡与读写设备间特有的双向密钥认证后，才能进行相关工作，从而使整个系统具有极高的安全保障，id卡与磁卡一样，都仅仅使用了“卡的号码”而已，卡内除了卡号外，无任何保密功能。id卡性能远远逊色与ic卡，主要体现在一下几个方面：1、安全性-id卡内的卡号读取无任何权限，易于仿制。ic卡内所记录数据的读取，写入均需相应的密码认证，甚至卡片内每个区均有不同的密码保护，全面保护数据安全；2、可记录性-id卡不可写入数据，其记录内容(卡号)只可由芯片生产厂一次性写入，开发商只可读出卡号加以利用，无法根据系统的实际需要制订新的号码管理制度；ic卡不仅可由授权用户读出大量数据，而且亦可由授权用户写入大量数据(如新的卡号，用户的权限，用户资料等)，ic卡所记录内容可反复擦写；3、存储容量-id卡仅仅记录卡号；而ic卡(比如philips mifare1卡)可以记录约1000个字符的内容；4、脱机与联网运行-由于id卡卡内无内容，故其卡片持有者的权限，系统功能操作要完全依赖于计算机网络平台数据库的支持，而ic卡本身已记录了大量用户相关内容(卡号，用户资料，权限，消费余额等大量信息)，完全可以脱离计算机平台运行，实现联网与脱机自动转换的运行方式，能够达到大范围使用，少布线的需求。本设计主要讨论id卡的原理及应用，实现对id卡数据的读取。2.1.2 应答器的物理特征id卡通常是使用聚乙烯封装，其对温度非常稳定, 当它曝露在高温或者低温的极限值下时, 其尺寸变化不大；pvc也是常用的制作材料之一，其价格便宜，但对环境有污染，其柔软性也不如聚乙烯。卡的尺寸通常是85.5x54mm，按卡的厚度分标准卡厚度1.8mm，标准薄卡0.8mm，非标准薄卡1.05mm。可以在卡的表面胶印、丝网印刷、打印照片。卡内有天线、整流电路、数据调制电路、序列发生电路、数据编码电路等组成。2.1.3 应答器的工作机理读卡器将载波信号经天线向外发送；id卡进入读卡器的工作区域后，id卡天线与其读卡器的天线之间构成空间耦合“变压器”，由卡中电感线圈和电容组成的谐振回路接收读卡器发射的载波信号，id卡中芯片的射频接口模块由此信号产生出电源电压、复位信号及系统时钟，使芯片“激活”；芯片读取控制模块将存储器中的数据经调相编码后调制（相移键控调制方式）在载波上，经id卡内天线回送给读卡器；读卡器对接收到的卡回送信号进行解调、解码后送至中心控制器；由中心控制器根据一定规则判断卡号的合法性，针对不同应用做出相应的处理和控制。图2.1 是id卡工作原理框图。 目前，市面使用的id卡多以jk4001、h4001、em4001、tk28等居多，其结构和工作原理都一样，故只掌握一种便可通用了。id卡内部阵列存储空间结构如图2.2所示：id卡内部64位信息由5个区组成：9个引导位“1”，10个行奇校验位“p0-p9” ，4个列奇校验位“pc0-pc3”,40 位数据位“d00-d93”和一个停止位“0”。9个 引 导 位是出厂就掩膜到晶片内的，其值为111111111。当它输出数据流时，首先是输出9个引导位，然后是10组由4个数据位和1个行奇校验位组成的数据串，之后是1组由4个列奇校验位组成的数据串，最后是停止位“0”,“d00-d13”是一个8位的晶片版本号或id识别码。“d20- d93” 是4组32 位的晶片信息，即卡号。当id卡得电初始化后，便依次将这64位数据反复输出，直到卡片离开基站读写器失电为止。本毕业设计使用tk28型号id卡。图2.1 id卡工作原理框图5图2.2 id卡内部阵列存储空间结构2.2 读卡器的原理本章所研究id卡读卡器设计，是rfid技术的具体应用，其原理等同于rfid技术的原理。rfid技术的基本工作原理：应答器进入磁场后，接收读卡器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（passive tag，无源标签或被动标签），或者主动发送某一频率的信号（active tag，有源标签或主动标签）；读卡器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。一套完整的rfid系统，是由读卡器(reader)与电子标签(tag)也就是所谓的应答器(transponder)及应用软件系统三个部份所组成，其工作原理是reader 发射一特定频率的无线电波能量给transponder，用以驱动电路将内部的数据送出，此时 reader 便依序接收解读数据，送给应用程序做相应的处理。以rfid 卡片阅读器及电子标签之间的通讯及能量感应方式来看大致上可以分成，感应偶合(inductive coupling) 及后向散射偶合(backscatter coupling)两种, 一般低频的rfid大都采用第一种式，而较高频大多采用第二种方式。基本工作方式分全双工和半双式以及时序系统。在全双工和半双工系统中，在读卡器接通高频电/磁场的情况下应答器的应答响应发送出去的。因为与读卡器本身的信号相比，在接收天线上的应答器的信号很弱的，只有使用合适的传输方法，才能有效区分应答器的信号与读卡器的信号。现实生活中，人们对应答器到读卡器的数据传输往往使用读卡器发射频率的谐波，负载调制，或者有副载波的负载调制，在市场上不难找到相对应的产品。时序方法则相反，阅读器的电/磁场短时间周期的断开，这些间隔被应答器识别出来，并被用于应答器到阅读器的数据传输。缺点就是:在阅读器发送间隙里时，应答器的能量供应中断，这就必须通过装入大容量的辅助性电容或辅助电池进行补偿。读卡器根据使用的结构和技术不同可以是读或读/写装置，是rfid系统信息控制和处理中心。读卡器通常由耦合模块、收发模块、控制模块和接口单元组成。读卡器和应答器之间一般采用半双工通信方式进行信息交换，同时阅读器通过耦合给无源应答器提供能量和时序。 在实际应用中，可进一步通过ethernet或wlan等实现对物体识别信息的采集、处理及远程传送等管理功能。应答器是rfid系统的信息载体，目前应答器大多是由耦合原件（线圈、微带天线等）和微芯片组成无源单元。2.2.1 能量供应应答器有有源应答器和无源应答器，无源应答器因其体积少、使用寿命长、工作环境要求不高、使用成本低其具有更加广阔的市场空间，更具有研究价值。本毕业设计所研究就是无源应答器，其工作的能量完全来自于读卡器，应答器能否有效工作关键在于读卡器能否有效的供应能量，研究读卡器能量供应、选择恰当的耦合方式设计读卡器是至关重要的。射频识别技术通常是根据耦合距离来进行分类的，其耦合的距离由读卡器信号发射频率决定，通常可以把射频识别系统分为以下几类3：a) 密耦合系统：可以在直流至30mhz之间的任意发射频率工作，作用距离很少，通常范围从0到1cm，必须把应答器插入读卡器或置于读卡器的表面才能工作。因应答器不必发射电磁波，紧密耦合能提供较大的能量甚至可供电流消耗大的微处理器工作，应用于对距离不高的场合.b) 遥耦合系统：在应答器和读卡器之间以电感方式耦合，来发送频率，可读写的距离最长达到1米，通常使用135khz以下的频率，或使用6.75mhz、13.56mhz以及27.125mhz频率。通过电感耦合可以传输的能量很少，因此只适用耗电很少的只读数据载体，通常用于使用微处理器的高档应答系统。c) 远距离系统：使用微波范围内使用电磁波工作，典型的读写距离1到10米，频率通常为2.45g，也有使用915mhz、5.8ghz和24.125ghz。这个频段的射频识别系统的数据传输的标准方法是反向散射方法。考虑到上述特点，我选着使用电感耦合方式125khz的信号发射频率设计id卡读卡器。信号耦合等效电路图如图3.1所示。无源应答器与读卡器之间的作用距离满足关系:r1000次)isp flash romb) 兼容mcs-51指令系统c) 4.5-5.5v工作电压d) 256x8bit内部rame) 低功耗空闲和省电模式f) 3级加密位g) 软件设置空闲和省电功能h) 32个双向i/o口i) 3个16位可编程定时/计数器j) 全双工uart串行中断口线k) 2个外部中断源l) 中断唤醒省电模式m) 看门狗(wdt)电路n) 灵活的isp字节和分页编程3.1.3 硬件电路设计根据第二章对应答器与读卡器的理论研究，设计出如图3.2所示的读卡器射频收发模块电路。em4095的可配置成只读，读/写型，根据设计要求mod直接接地配置成只读型。电路图中最关键的是demod_out，rdy/clk与shd三个管脚信号，主要依靠它们与单片机协同工作，当shd变高时表明4095处于睡眠状态，一旦变低表明电路开始解调由天线或线圈端子处收到的信号，是两芯片的重要握手信号； rdy/clk是em4095的时钟信号线，速率125khz； demod_out是解调后的编码信号，与时钟信号同步，但速率仅是时钟信号的1/32。em4095芯片外围电路的电容以及引脚连接可以按照芯片文档提供的经典电路进行设计，demod_out端接p3.1，em 4095的shd接p3.0，输出的参考时钟信号rdy/clk端接t0，用作解码的同步时钟。其中天线回路的线圈匝数以及电阻r1需要设计计算，计算公式如下5： c=c1+c2*c3c2+c3 (1) f0=12lc (2) r1=2f0lqa (3) l=n2u0rin2rd (4)其中：c1、c2、c3是天线回路电容，在原理图3.1中明确标出，其值参考经典电路选取；c为天线回路总电容值；f0为谐振频率，等于id卡频率为125khz；l为所设计天线的电感值；r1为天线回路电阻值，需设计用来调节天线回路的q值；qa为读卡器配套id卡的q值；n为线圈匝数，需要设计值；u0为磁导率，表面磁介质磁性的物理量，其值为1.25710-6vs(am);r为天线线圈的半径；d为漆包线的直径。根据上述公式可以得：c=1.009110-8fl=1.6110-4hr1=8.42 n=15.568匝图3.1 射频接收与isp下载模块原理图如上所述是使用protel绘制的读卡器电路原理图，其绘制简便，在此不做叙述。绘制pcb板如图3.2所示，相对于原理图的绘制要求更高，在此对其进一步分析，一般步聚为12：a) 绘制电路原理图 绘制电路原理图目的是为了设计印制电路板，绘制电路原理图时，注意每个元件必须有封装，而且封装的焊盘号与电路原理图中元件引脚之间必须有对应关系。b) 生成网络表 对电路原理图进行电气规则检查（erc）后，生成网络表。c) 建立pcb文件，定义电路板 可以用直接定义电路板的方法，也可使用向导定义电路板。同时进行pcb设计环境的设置，确定工作层等。d) 加载pcb元件库 常用pcb元件库有pcb footprint.1ib、general ic.1ib、international rectifiers.1ib、miscellaneous.1ib、transistors.1ib等。其中有些元件封装在库里面找不到应自己绘制。e) 加载网络表 加载网络表实际上是将元件封装放入电路板图之中，元件之间的连接关系以网络飞线的形式体现。在加载网络表过程中，注意形成的宏命令是否有错，若有错，查明原因，返回电路原理图并修改电路原理图。一般遇到的问题是无元件封装或元件引脚和封装焊盘不对应。f) 元件的布局 采用自动布局和人工调整布局相结合的方式，将元件合理地放置在电路板中，在考虑电气性能的前提下，尽量减少网络飞线之间的交叉，以提高布线的布通率。g) 设计规则设置 在自动布线前，根据实际需要设置好常用的布线参数，以提高布线的质量。h) 自动布线 对某些特殊的连线可以先进行手工预布线，然后再进行自动布线。i) 人工布线调整 利用3d立体图观察电路板，若对元件布置或布线不满意，可以去掉布线，恢复到预拉线（即飞线）状态，重新布置元件后再自动布线。对部分电路连线可以人工调整与布线。j) pcb电气规则检查及标注文字调整 对电路板进行电气规则检查后，对丝网层上的标注文字进行调整，然后写上电路板制作的日期等文字。k) pcb报表的生成 生成报表文件的功能可以产生有关设计内容的详细资料，主要包括电路板状态、管脚、元件、网络表、钻孔文件和插件文件等。l) pcb输出 采用打印机或绘图仪输出电路板图。也可以将所完成的电路板图存盘，发e-mail给电路板制造商生产电路板。图3.2 读卡器与模拟门禁体统pcb图印刷电路板是电子产品中电路元件和器件的支撑件，是系统中器件、信号线、电源线的高密度集合体，它提供电路元件和器件之间的电气连接。随着电子技术的飞速发展，pcb的密度越来越高。pcb设计的好坏对抗干扰能力影响很大，故印刷电路板设计决不单是器件、线路的简单布局安排，还必须符合抗干扰的设计原则。随着超大规模集成电路的发展，半导体器件速度的加快，高速数字电路系统的应用越来越广泛，电路系统的高频段往往会产生各种电磁场效应，影响性能，这些电磁场能在相邻信号线或pcb线上感应信号，随之而引入的各种噪声问题也变得越来越突出。因此在我们的pcb设计过程中必须对这些问题加以重视和认真解决。电磁干扰3按其来源干扰一般可分为两类:自然干扰与人为干扰。前者是指由于自然现象所造成的各种电磁噪声。它们主要包括大气层噪声，雷电，太阳异常电磁辐射以及来自宇宙的电磁噪声辐射等。对于工业及民用的大部分电气及电力电子设备而言，需要重视的自然干扰源一般只有雷电干扰。后者来源于各种电气设备，范围非常广泛。主要有元件固有噪声，放电噪声，(如esd)，半导体开关过程及变流电路引起的噪声等。人为电磁干扰是电路系统最重要的干扰源。在一些含有微处理器数字系统中，时钟电路是最大的宽带噪声源，其噪声分布在整个频带内。当半导体速度加快和频率升高时，这些电路能产生高达300mhz的谐振干扰，一般的电子系统是不能容忍的，因此必须将其滤掉。干扰源把噪声能量耦合到被干扰对象有两种方式:传导方式和辐射方式。电路中产生干扰的根源是电压或电流不必要的变化。当电路中产生的电压/电流通过电源线、信号线传导并影响其它电路时，将这个电压/电流的变化叫做传导干扰。当电路中产生的电压/电流的变化通过空间传播，并对其它设备电路产生无用电压/电流，造成危害的干扰称为“辐射干扰，由于传播途径是空间，解决辐射干扰的方法除滤波之外，一般的解决方法是增加干扰源与敏感器件的距离，用地线把它们隔离和在敏感器件上加屏蔽罩。因此说，对于干扰的抑制应双管齐下，对干扰源和被干扰对象同时下手，一方面尽量控制噪声源的产生，降低其干扰级别，另一方面增强被干扰对象的抗干扰能力。电路布线电路布线主要考虑减少电路内部的电阻、电感及其它可能带来干扰的因素。降低系统电阻主要可以采取以下措施：a) 使用电阻率低的材料，比如铜。b) 降低接触电阻。c) 用较厚、较粗的电源线，并尽可能减少长度。d) 电源尽量靠近gnd。减少系统电容干扰措施有：a) 合理使用去耦电容。b) 减小电容引线/引脚的长度。c) 尽量使用宽的连线。d) 电容尽量靠近器件，并直接和电源管脚相连。e) 降低电容的高度(使用表贴型电容)f) 电容之间不要共用过孔，可以考虑打多个过孔接电源/地；g) 电容的过孔要尽量靠近焊盘(能打在焊盘上最佳)；电路板制作周期较长，制造成本较高，一次性成功率不高，特别是对于没有相关经验者电路板制作一次性成功率更低，在设计过程中由于对电子元器件外形封装没有一个直观的概念，同时考虑到本次设计元器件是在面包板上焊接元件，因此先买好元器件（能买直插就买直插的）对电子元器件有了直观认识之后再进行pcb板设计，最终连接电路时并没有应用加工的电路板，而是使用面包板通过铜导线连接实物电路。3.1.4 电路硬件的焊接与调试对于硬件电路的设计来说，其工作是相当严谨的要求是极为精细，不允许有任何错误和误差，即使是电路的原理设计完全正确，也不能保证电路板制作出来之后焊接上器件就可以立刻正常工作。一个未经调试的电路板，可能有来自原理图错误，pcb版图设计失误，pcb制作厂商的质量问题，元器件焊接问题以及元器件质量问题等多方面的因素导致无法正常工作。而硬件电路的调试，就是在一定的方法指导下，利用一定的电路调试工具，通过观察测量电路的某些特征表现来判定硬件电路是否正常工作。如果电路的表现不正常，还需要逐步查明故障原因，最终使得电路能够按照设计预想的一样工作。本设计在面包板上焊接电子元器件，参照原理图以及pcb图，器件的焊接主要分成以下几步：a) 根据原理图及pcb板在面包板上排布电子元器件，以功能模块为主的形式组合；并把元器件焊接到面包板上。b) 参照原理图的连线，按照功能模块组合一个模块一个模块连线。由于总共近两百条线，每连接一个模块不仅要检查连接正确与否，同时也要思考一下原理图是否有不合理之处，以免连接完毕后再更改不便。c) 把各个模块相关联的导线连接，再把地线连接，电源线连接起来，检查线路连接是否存在错误，没有即可以进入电路调试阶段。调试是电路设计最为关键同样也是最为困难的阶段。在确保连线准确无误的情况下即可进行工作模块的上电调试，一般判定工作模块工作是否正常的方法是利用示波器观察单元电路中各器件的一些管脚在上电之后的状态或者信号输出与器件厂商提供的数据手册上所描述的是否一致。如果观察到有正常的波形输出，那么一般可以肯定这个工作模块工作已经正常了。此外在上电调试时还需要注意观察器件的一些物理表现，如发热，气味等是否正常。下面简要说明本设计关键部份的调试。at89s52的调试：上电调试，首先确保其11.0592mhz的晶振电路正常起振，这是正常工作的前提，检查ale端是否有信号输出，如果有脉冲信号输出，则单片机基本上是好的，然后结合下载口对单片机试着下载一些简单易行的小程序，观察能否顺利下载，否则要考虑芯片有无损害或者有无虚焊等问题。确保成功下载后，运行程序观察发光二极管，继电器、蜂鸣器能否正常工作，既可以判断单片机能否正常工作以及单片机控制外围电路能否正常工作。em4095的调试：em4095的调试首先需要检查有无时钟输出。将em4095上电，单片机下载程序使shd=1，检测rdy/cly端是否输出低电平，然后将shd由高电平变为低电平，大约经过35ms后，检测rdy/cly端是否有同步时钟信号，该参考时钟信号的出现表示发射模块和接受模块已经启动。让同频率的应答器靠近阅读器，由万用表（本应该由波器示来完成的）观察demod_out端是否有变化的信号电平输出，若有表明em4095正常工作，对应答器有响应。3.3 解码程序的设计解码程序即是解决单片机如何读取射频模块发送的连续数据序列。本设计采用tk28型id卡应答器，其结构原理及数据存储方式在第二章已经进行了详细的介绍，数据编码方式为manchester码型，id卡编码器输出信号、em4095解调输出信号的波形见图3.3。id卡中的64bit数据以nrz形式的波形串行送人编码器，经编码后输出manchester码波形。其编码规则为:在一个编码时钟周期的中间以一个上跳变的波形表示二进制数据“1”，在一个编码时钟周期的中间以一个下跳变的波形表示二进制数据“0。编码输出信号作负载调制的控制信号，编码输出波形中的低电平使标签发射天线线圈工作于高电流，编码输出波形中的高电平则使标签发射天线线圈工作于低电流。因此，标签发给em4095的已调信号，经解调输出的波形与标签编码输出的波形为反相关系，即:时钟周期中间的下跳变表示二进制数据“l”，时钟周期中间的上跳变波形表示二进制数据“0。图3.3 编码和解码输出波型对tk28 型id卡进行解码，载波频率rf采用为125khz，数据传送速率采用rf64，那么传送一位数据所需要的时钟周期t=512s。首先，由于曼彻斯特编码包含了同步时钟信号，第一步必须提取出同步时钟信号，并在提取出同步时钟信号的同时，将会得到第一个数据。之后，就可进行数据的采集。在数据采集时，先采集到起始位9个1，再采集后面的数据。然后进行奇偶校验和对数据的一些处理。实验平台：keil c51集成开发环境uvision3。解码程序的流程图如图3.4所示