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低頻RFID讀卡流程

 低頻RFID系統與ID卡

低頻RFID系統讀卡器的工作頻率範圍一般從120KHz到134KHz。該頻段的波長大約為2500m,除了金屬材料影響外,一般低頻能夠穿過任意材料的物品而不降低它的讀取距離。低頻RFID系統使用ID卡,全稱為身份識別卡(Identification Card),作為其電子標籤。ID卡是一種不可寫入的感應卡,其內部唯一儲存的資料是一個固定的ID卡編號,其記錄內容(卡號)是由晶片生產廠商封卡出廠前一次性寫入,封卡後不能更改,開發商只可讀出卡號加以利用。ID卡與我們通常使用磁卡一樣,僅僅使用了“卡的號碼”而已,卡內除了卡號外,無任何保密功能,其“卡號”是公開、裸露的。目前市場上主要有臺灣SYRIS的EM、美國HID、TI、MOTOROLA等各類ID卡。

本實驗平臺使用EM系列ID卡,它符合ISO 18000-2標準,工作頻率為125KHZ,後續的講解也圍繞這種標籤展開。
ID 標籤中儲存的唯一資料——標籤識別符號(UID)以 64 位唯一識別符來識別。UID 由標籤製造商永久設定,符合 ISO/IEC DTR15693。UID 使每一個標籤都唯一、獨立的編號。UID 包含(圖2.1):
固定的8位分配級“EO”

根據ISO/IEC 7816-6/AM1定義的8位IC製造商程式碼 由IC製造商指定的唯一48位製造商序列號MSN


3.2 ISO18000-2 標準
實驗平臺的低頻ID模組符合ISO18000-2標準。詢問器載波頻率為125KHZ。ISO18000-2標準中規定了基本的空中介面的基本標準:
詢問器到標籤之間的通訊採用脈衝間隔編碼;

標籤與詢問器之間通過電感性耦合進行通訊,當詢問器以標準指令的形式訪問標籤時載波需載入一個4K位/秒曼徹斯特編碼資料訊號; 調製採用ASK調製,調製指數100%;  在實際通訊系統中,很多系統都不能直接傳送基帶訊號,必須用基帶訊號對載波波形的某些參量進行控制,是載波的這些參量隨基帶訊號的變化而變化。由於正弦訊號形式簡單, 便於產生和接收,大多數數字通訊系統中都採用正弦訊號作為載波,即正弦波調製。數字調製技術是用載波訊號的某些離散狀態來表示所傳送的資訊,在接收端也只要對載波訊號的離散調製參量進行檢測。數字調製方式,一般有振幅鍵控(ASK)、移頻鍵控(FSK)和移相鍵控(PSK)三種基本調製方式,如圖2.2所示:

在二進位制振幅鍵控(ASK)方式下,當基帶訊號的值為1時,載波幅度為u1;當基帶訊號的值為0時,載波幅度為u2。定義調製係數為  M=(u1-u2)/(u1+u2),當u2為0時,調製係數m=100%。


射頻工作區的載波頻率125KHz; 工作頻率精度0.1kHz之內;
標籤以64位唯一識別符來唯一識別;
更多內容參考ISO 18000-2。

3.3 低頻RFID系統讀卡器
本實驗平臺使用EM系列ID卡,符合ISO 18000-2標準,工作頻率為125KHZ,經讀卡器譯碼後輸出其十位十進位制卡號。

圖2.4是ID卡及其讀卡器的工作原理框圖,其中上半部分是ID卡的內部組成結構;下半部分是ID讀卡器的組成結構。
ID卡的天線與其讀卡器的天線之間構成空間耦合“變壓器”,讀卡器天線作為“變壓器”初級線圈向空間發射125KHz的交變電磁場,進入該電磁場的ID卡通過其天線(“變壓器”的次級線圈)獲取能量,為其內部各功能部件提供工作電壓。由於ID卡為只讀型RFID卡,讀卡器無須向ID卡傳送任何資料或指令,一旦ID卡進入讀卡器有效的工作區域內,其內部功能部件就開始工作,時序發生器部件控制儲存器陣列和資料編碼單元將其內部的64位資訊調製後按順序傳送給讀卡器,其中調製方式為ASK(移幅鍵控)調製。

讀卡器中的4MHz振盪源經過32分頻後得到125kHz的基準頻率訊號,該頻率一方面為讀卡器發射125kHz的交變電磁場提供工作時鐘,另一方面為讀卡器中微控制器解碼提供基準時鐘.當讀卡器的工作區域內沒有ID卡時,讀卡器的檢波電路沒有輸出,一旦有ID卡進入交變電磁場並將其曼徹斯特編碼的資料資訊調製後傳送出來,讀卡器的濾波電路、解調電路、檢波電路和整形單元將調製在125kHz頻率訊號中的採用曼徹斯特編碼的資料資訊解調還原,微控制器接收到曼徹斯特編碼資料資訊後利用軟體解碼,從而讀取ID卡的64位資料資訊。
ID卡內部的曼徹斯特編碼和原始資料資訊關係見圖2.5。曼徹斯特編碼採用下降沿表示‘1’採用上升沿表示‘0’。讀卡器的微控制器軟體的主要功能就是對從ID卡接收到的曼徹斯特編碼進行解碼,得到ID卡內部的64位資料資訊,然後進行CRC校驗,如果校驗成功,那麼就完成了一次讀卡過程。

低頻RFID系統工作流程如下:
1)   讀卡器將載波訊號經天線向外傳送;
2)   標籤中的電感線圈和電容組成的諧振迴路接收讀卡器發射的載波訊號,標籤中晶片的射頻介面模組由此訊號產生出電源電壓、復位訊號及系統時鐘,使晶片“啟用”;
3)   標籤中的晶片將標籤記憶體儲的資料經曼徹斯特編碼後,控制調製器上的開關電流調製到載波上,通過標籤上天線回送給閱讀器;
4)   閱讀器對接收到的標籤回送訊號進行進行ASK解調、解碼後就得到了標籤的UID號,然後應用系統利用該UID號完成相關的操作。
簡述上面的過程,我們可以把低頻RFID讀卡器的功能減單描述為:讀取相關ID卡卡號,並把該卡號傳送到應用系統上層,由上層系統完成相關資料資訊的處理。由於ID卡卡內無內容,故其卡片持有者的許可權、系統功能操作要完全依賴於上層計算機網路平臺數據庫的支援。