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DEMO90121DA是RFID門(mén)禁演示器

發(fā)布日期:2024-02-28 10:11 瀏覽次數(shù):

特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)

電池供電的獨(dú)立RFID閱讀器

10$BOM成本目標(biāo)

低功耗(平均400uA)

優(yōu)化外形,便于集成

應(yīng)用

近程無(wú)觸點(diǎn)門(mén)禁

短程射頻識(shí)別終端

訂購(gòu)信息

零件號(hào)說(shuō)明

DEMO90121DA RFID門(mén)禁演示器

范圍

DEMO90121DA是一個(gè)基于RFID收發(fā)器IC MLX90121的全包式非接觸門(mén)接入示例。一旦設(shè)置好,它可以檢測(cè)并讀取ISO14443a-ic/" title="ISO14443A">ISO14443A卡,并且能夠通過(guò)軟件配置點(diǎn)亮紅色或綠色LED。

作為一個(gè)運(yùn)行在電池上的獨(dú)立應(yīng)用程序,考慮到快速響應(yīng)時(shí)間,電流消耗得到了優(yōu)化。為了證明MLX90121所允許的高集成度,外形尺寸被最小化。DEMO90121DA的材料清單的目標(biāo)是為1000個(gè)模塊設(shè)置每個(gè)組件10美元的成本。

完整的示意圖、材料清單和布局附在本文件之后,便于快速開(kāi)發(fā)。固件的源代碼基于FW90121庫(kù),可以在DEMO90121DA附帶的CD-ROM上找到。該設(shè)備基于ISO14443a-ic/" title="ISO14443A">ISO14443A RFID標(biāo)準(zhǔn),但軟件庫(kù)使其易于調(diào)整固件以使用其他ISO協(xié)議。

本文檔包括快速啟動(dòng)說(shuō)明,描述了演示的性能,并解釋了其硬件和軟件。我們可以將本文件視為構(gòu)建自己的訪問(wèn)控制系統(tǒng)的起點(diǎn),通過(guò)調(diào)整其功能和性能來(lái)滿(mǎn)足他們的特定要求。

相關(guān)Melexis產(chǎn)品

MLX90121–13.56MHz收發(fā)器

簡(jiǎn)介

你買(mǎi)了一臺(tái)DEMO90121DA。謝謝你選擇了梅萊西斯。該演示器是基于MLX90121的非接觸式門(mén)禁解決方案。本文件包含使用和評(píng)估本演示器功能和性能的說(shuō)明。

所有必要的硬件都在包裝盒中提供,并且板上的微控制器已經(jīng)用與CD上的固件相同的固件編程。您只需插入電纜,然后在一個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽卡靠近天線時(shí)目視檢查L(zhǎng)ED的狀態(tài)。

如果您想根據(jù)這個(gè)演示器開(kāi)始開(kāi)發(fā),您可以在本文檔和CD上找到所有信息,如原理圖、電路板布局、元件列表、固件源(C代碼)和相關(guān)應(yīng)用說(shuō)明。請(qǐng)注意,所有這些材料的提供都是為了支持相關(guān)Melexis產(chǎn)品的使用。除非特別同意,否則Melexis不允許以任何方式在數(shù)據(jù)載體上復(fù)制、流通或存儲(chǔ)用于任何其他類(lèi)型的用途。

盒內(nèi)容

您將在框中找到以下組件。

•1個(gè)RFID讀卡器板

•1個(gè)天線板

•3張標(biāo)簽卡

•9V電池和電池電纜

•1張帶有固件和文檔的CD

交付的CD包含DEMO90121DA硬件和固件的完整文檔、用戶(hù)手冊(cè)、數(shù)據(jù)表MLX90121、固件源代碼(用C編寫(xiě),flavor AVR gcc)、固件的十六進(jìn)制文件、電路板示意圖(ORCAD 9.2文件)、電路板布局(GERBER文件)、電路板材料清單

•1本用戶(hù)手冊(cè)(紙質(zhì))-本文件

•1盒內(nèi)容(紙質(zhì))

連接

第一步是連接組件。將天線板連接到RFID讀卡器板(3針連接器)。將讀卡器的電纜(2)連接到讀卡器上。將電池插入電纜的電池連接器。

工作原理

一旦連接,這個(gè)演示器允許使用幾種功能,這些功能通常在RFID門(mén)禁設(shè)備中使用。其原理是基于ISO14443a-ic/" title="ISO14443A">ISO14443A標(biāo)簽的唯一標(biāo)識(shí)號(hào)(UID)。

演示程序能夠存儲(chǔ)多個(gè)UID。所有存儲(chǔ)在設(shè)備中UID號(hào)的卡都可以打開(kāi)門(mén)。每張卡都與特定的訪問(wèn)權(quán)限、主密鑰或有效密鑰相關(guān)聯(lián)。唯一的最高卡級(jí)別(主密鑰)(它只能是一張具有主密鑰特權(quán)的卡)可以將其開(kāi)門(mén)的權(quán)利轉(zhuǎn)讓給通過(guò)這種方式獲得第二個(gè)訪問(wèn)級(jí)別(有效密鑰)的卡。

設(shè)備可以重新初始化。通過(guò)這種方式,您可以更改具有主密鑰特權(quán)的卡,并從有效密鑰卡列表中刪除所有其他卡。當(dāng)模塊通電或通過(guò)復(fù)位按鈕復(fù)位時(shí),模塊開(kāi)始初始化階段:

•如果天線的讀取范圍內(nèi)沒(méi)有標(biāo)簽,則配置沒(méi)有任何變化。以前存儲(chǔ)在內(nèi)存中的uid將被保留。

•如果存在一個(gè)標(biāo)記,設(shè)備將讀取其UID,將其存儲(chǔ)并與主密鑰特權(quán)相關(guān)聯(lián),并從內(nèi)存中刪除其他UID。

•如果存在兩個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽,配置不會(huì)發(fā)生任何變化。以前存儲(chǔ)在內(nèi)存中的uid將被保留。

該裝置可作為電池供電門(mén)禁系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)例,優(yōu)化了功耗。因此,該裝置主要是在低功耗模式下運(yùn)行的,其標(biāo)簽檢測(cè)功能開(kāi)啟的時(shí)間不多。在沒(méi)有標(biāo)簽的情況下,設(shè)備以低功率返回。在相反的情況下,它啟動(dòng)RFID通信和門(mén)訪問(wèn)功能。

功能和用途

系統(tǒng)初始化

在天線上放置一張卡。按下DEMO90121DA的按鈕1(重置),檢查L(zhǎng)ED D3和隨后的D2是否開(kāi)始快速閃爍(微控制器將1號(hào)標(biāo)簽卡注冊(cè)為主卡)

開(kāi)門(mén)

該設(shè)備分3個(gè)步驟執(zhí)行此操作:標(biāo)簽檢測(cè)、打開(kāi)ISO14443a-ic/" title="ISO14443A">ISO14443A通信、讀取和檢查UID。接近天線附近的任何類(lèi)型的卡。LED D2和D3將同時(shí)亮起,表示檢測(cè)到標(biāo)簽。如果該卡符合ISO14443a-ic/" title="ISO14443A">ISO14443A,則D2將單獨(dú)閃爍一次。在相反的情況下,什么都不會(huì)發(fā)生。如果該卡具有任何訪問(wèn)權(quán)限(主密鑰或有效密鑰),那么D3將單獨(dú)閃爍一次,這意味著該卡被識(shí)別為有效卡。在另一種情況下,不會(huì)發(fā)生更多的事情。

轉(zhuǎn)讓使用權(quán)

將具有主密鑰權(quán)限的卡(卡A)與另一張卡(卡B)放在靠近天線的位置。LED D2和D3將同時(shí)亮起(檢測(cè)到標(biāo)簽),然后D2單獨(dú)閃爍兩次(檢測(cè)到兩個(gè)ISO14443a-ic/" title="ISO14443A">ISO14443A卡),然后D3單獨(dú)閃爍兩次(兩個(gè)有效代碼存儲(chǔ)在微控制器內(nèi)存中)。這意味著開(kāi)門(mén)的權(quán)利從卡A轉(zhuǎn)移到卡B。卡B UID被添加為有效的密鑰卡1。

觀察結(jié)果

1.DEMO90121DA的讀數(shù)范圍約為10厘米。

2.標(biāo)簽檢測(cè)是通過(guò)改變天線場(chǎng)強(qiáng)負(fù)載來(lái)實(shí)現(xiàn)的(一個(gè)周期約為300ms或更長(zhǎng))。因此,LED D2和D3一起閃爍一次,表明磁場(chǎng)發(fā)生變化。可能會(huì)發(fā)生接近天線的物體產(chǎn)生標(biāo)簽檢測(cè)指示

3.當(dāng)一個(gè)或多個(gè)ISO14443標(biāo)記卡已在字段中時(shí),標(biāo)簽檢測(cè)指示D2將閃爍,指示檢測(cè)到的卡數(shù):如果只有一個(gè)卡,則閃爍一次;如果檢測(cè)到兩個(gè)卡,則閃爍兩次,以此類(lèi)推。

4.為了減少標(biāo)簽卡之間的過(guò)強(qiáng)耦合,當(dāng)接近兩個(gè)或更多個(gè)標(biāo)簽卡到天線時(shí),稍微扇動(dòng)一下。

5.有效的標(biāo)簽碼存儲(chǔ)在DEMO90121DA微控制器的非易失性存儲(chǔ)器中,因此斷電后代碼不會(huì)丟失。

6.平均電流消耗為~0.4mA(天線負(fù)載不變)。

硬件

概述

DEMO90121DA圍繞MLX90121射頻識(shí)別收發(fā)器前端和8位微控制器Atmel ATMega8構(gòu)建。MLX90121在傳輸和接收中處理空中接口。它通過(guò)E類(lèi)功率驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)天線產(chǎn)生高頻磁場(chǎng),并根據(jù)單片機(jī)產(chǎn)生的協(xié)議和命令進(jìn)行調(diào)制。它解調(diào)來(lái)自標(biāo)簽的答案,并向微控制器提供數(shù)字信號(hào)。ATMega8運(yùn)行協(xié)議和應(yīng)用軟件。該板有三個(gè)接口,一個(gè)用于開(kāi)門(mén)機(jī)構(gòu),一個(gè)用于uC編程的SPI接口和一個(gè)調(diào)試連接器。它嵌入了復(fù)位按鈕,時(shí)鐘和電源管理功能,可以從電池供電。

射頻部分

排放

MLX90121集成了一個(gè)E級(jí)驅(qū)動(dòng)器,能夠?yàn)樘炀€提供高達(dá)200mW的功率。E類(lèi)驅(qū)動(dòng)器(TX引腳)通過(guò)諧振負(fù)載和適配器電路連接到天線。為了給用戶(hù)選擇連接到各種不同的天線,收發(fā)器輸出與50ȍ阻抗匹配。自適應(yīng)阻抗由L2、C6(諧振負(fù)載)、CV2、C8、L4、L3、C10、CV1(阻抗適配器)組成。為了獲得最佳的性能,有必要對(duì)自適應(yīng)電路進(jìn)行調(diào)諧。調(diào)諧操作從調(diào)整CV2開(kāi)始,以獲得最大振幅。一旦CV2固定,就可以對(duì)CV1進(jìn)行調(diào)整。可使用與50ȍ匹配的任何13.56MHz天線。但是,應(yīng)該注意它的質(zhì)量系數(shù),它必須在10到25之間。如果天線的阻抗不是50ȍ,則使用電容器C9來(lái)匹配輸出。當(dāng)天線放置在其最終位置時(shí),必須對(duì)其進(jìn)行調(diào)諧,因?yàn)榭拷饘俨考ò娋€)會(huì)導(dǎo)致其在自由空氣中的特性發(fā)生變化。有關(guān)建造天線的一些提示,請(qǐng)參閱13.56MHz RFID系統(tǒng)和天線設(shè)計(jì)指南。

前臺(tái)

接收通過(guò)R1電阻器完成,該電阻器將MLX90121的接收器部分連接到天線。它的值可以從1kȍ到4.7kȍ不等,這取決于反向調(diào)制幅度和讀取距離。在本例中,2.2kȍ給出了最佳折衷方案。使用其他值時(shí)必須特別小心。如果R1太大,則接收器看到的直流偏壓和反向調(diào)制信號(hào)不足以進(jìn)行正確接收。如果R1太小,直流偏壓會(huì)使接收器輸入飽和。

調(diào)制深度

10ȍ電阻器R2為ISO14443B通信固定了10%的調(diào)制指數(shù)。當(dāng)使用ISO14443a-ic/" title="ISO14443A">ISO14443A卡時(shí),R1電阻器被內(nèi)部調(diào)制晶體管旁路。在使用OOK的情況下,電阻器可以保留在這里,也可以不安裝。

微控制器

連接至MLX90121

微控制器控制MLX90121,管理時(shí)鐘信號(hào),并將RFID功能與應(yīng)用程序(即門(mén)鎖機(jī)構(gòu))接口。端口D用于通過(guò)信號(hào)CK、DSYNC、DOUT、DIN、RTB和MODE連接MLX90121。

時(shí)鐘

在PB6和PB7之間連接了一個(gè)13.56MHz石英晶體振蕩器來(lái)產(chǎn)生時(shí)鐘。電阻器R12用于衰減MLX90121和ATMega8之間時(shí)鐘連接產(chǎn)生的快速瞬態(tài)。

喚醒周期

為了降低功耗,微控制器交替使用休眠和喚醒模式。這個(gè)循環(huán)是由連接在PD3上的R16和C21組成的RC電路產(chǎn)生的。RC給出的時(shí)間常數(shù)在大約280ms后啟用中斷(INT)。精度由R16和C21的公差給出。

規(guī)劃與開(kāi)發(fā)

微控制器可以使用SPI接口在船上編程。這個(gè)串行接口與足夠的硬件和軟件相關(guān)聯(lián),允許對(duì)微控制器的所有內(nèi)存塊進(jìn)行讀寫(xiě)訪問(wèn)。這對(duì)于固件更新或更改非常有用,以適應(yīng)特定要求。

代碼大小

DEMO90121DA中使用的固件需要ATMega8的5.2k字節(jié)程序閃存。微控制器ATMega8可以被其他引腳兼容的ATMEL型號(hào)所取代,具有不同的特性和價(jià)格。

功率

DEMO90121DA嵌入5V調(diào)節(jié)器,因此至少需要6V直流電壓供應(yīng)。在電源連接器后面使用一個(gè)二極管來(lái)保護(hù)電路板不受反向電壓的影響。

MLX90121有三組電源引腳(電源和接地),對(duì)應(yīng)于三個(gè)主要模塊:數(shù)字模塊、發(fā)射機(jī)模塊和接收機(jī)模塊。為減少噪音,小心地分開(kāi)電源線是很重要的。因此,電源引腳的連接方式如下:

-數(shù)字塊電源引腳VSS2和VDD2分別接至微控制器數(shù)字接地,并直接連接至主+5V;

-通過(guò)濾波電路(L1、C7和C1)將變送器電源引腳連接至TX接地層(VSS1)和VDD1,與主+5V絕緣;

-接收器通過(guò)另一個(gè)濾波器(L5、C11)向RX接地層(VSS3)供電,VDD3向主+5V供電。

MLX90121的基準(zhǔn)時(shí)鐘塊內(nèi)部連接到傳輸塊,因此引腳XIN、XOUT處的組件應(yīng)放置在同一接地層上(GND U TX)。

微控制器有兩組不同的電源引腳,數(shù)字電源(GND uC和主+5V)和模擬電源(GDN_ADC和AVCC引腳)通過(guò)濾波器(L6、C18)從主5V供電。

微控制器大約有0.98%的時(shí)間處于喚醒狀態(tài),發(fā)送器有0.25%的時(shí)間處于喚醒狀態(tài)。測(cè)量的平均電源電流低于0.41mA。

兩層PCB具有多個(gè)接地層,這些接地層通過(guò)可由一些小值電阻器(0805情況下)代替的分流器相互連接,以減少不同功能塊之間的噪聲傳播:

時(shí)鐘

唯一的時(shí)鐘源參考是一個(gè)13.56MHz的石英諧振器連接到微控制器。為了減少元件數(shù)量和物料清單,Xtal被共享,并且來(lái)自微控制器的時(shí)鐘輸出PB7被饋送到收發(fā)器的時(shí)鐘輸入XIN。

接口

微控制器與“外部世界”的接口還有其他組件:可用于微控制器編程的SPI接口、用于系統(tǒng)初始化的復(fù)位開(kāi)關(guān)、供開(kāi)發(fā)人員驗(yàn)證固件更改的調(diào)試連接器以及由2個(gè)LED、2個(gè)數(shù)字電平輸入組成的功能接口用于兩個(gè)位置傳感器(限制器1和限制器2)和一個(gè)低功率數(shù)字電平輸出(鎖止馬達(dá))。

開(kāi)發(fā)商應(yīng)該增加一個(gè)足夠的功率緩沖器,能夠驅(qū)動(dòng)門(mén)鎖電機(jī)或電磁鐵。

固件

結(jié)構(gòu)

為DEMO90121DA開(kāi)發(fā)的固件提供主標(biāo)簽編程、防撞處理和標(biāo)簽檢測(cè),作為門(mén)鎖應(yīng)用程序的基本服務(wù)功能。下面的流程圖顯示了固件的主要結(jié)構(gòu):

上電或復(fù)位后,微控制器向字段中的第一個(gè)標(biāo)簽發(fā)送讀取命令,并將其ID存儲(chǔ)在內(nèi)存中。這將成為應(yīng)用程序的主標(biāo)記的ID。如果字段中沒(méi)有標(biāo)記,則先前存儲(chǔ)的代碼仍然有效,包括主代碼。

一旦完成,固件進(jìn)入主循環(huán)。測(cè)量RSSI電平并將其與存儲(chǔ)在微控制器存儲(chǔ)器中的基準(zhǔn)相比較,以檢測(cè)字段中是否存在標(biāo)簽。在沒(méi)有任何標(biāo)簽的情況下,系統(tǒng)將在PD3上連接的RC電路定義的時(shí)間段內(nèi)進(jìn)入休眠模式。如果一個(gè)標(biāo)簽在字段中,它會(huì)根據(jù)ISO14443a-ic/" title="ISO14443A">ISO14443A協(xié)議啟動(dòng)一個(gè)清單(參見(jiàn)圖10),并讀取響應(yīng)其請(qǐng)求的所有ID(標(biāo)識(shí)碼)。(見(jiàn)圖9)

如果現(xiàn)場(chǎng)只有一個(gè)有效的標(biāo)簽,微控制器就會(huì)發(fā)出開(kāi)門(mén)命令。如果字段中有多個(gè)有效標(biāo)記,但沒(méi)有主標(biāo)記,則它們將被忽略,門(mén)將不會(huì)打開(kāi)。(見(jiàn)圖9)

如果主標(biāo)記與其他標(biāo)記(ISO14443a-ic/" title="ISO14443A">ISO14443A)一起檢測(cè)到,固件會(huì)將所有代碼注冊(cè)為有效代碼,并將重置所有以前的有效代碼。為了防止錯(cuò)誤地重新定義有效代碼,此注冊(cè)取決于兩個(gè)限制器的狀態(tài):應(yīng)打開(kāi)門(mén)鎖和按下車(chē)門(mén)把手。如果字段中只有主標(biāo)記,則列表保持原樣,并發(fā)送開(kāi)門(mén)命令。(見(jiàn)圖9)

為了降低代碼掃描黑客設(shè)備的成功率,在現(xiàn)場(chǎng)只有一個(gè)有效標(biāo)簽的情況下才能打開(kāi)門(mén)鎖。這也適用于主標(biāo)記。關(guān)門(mén)限位開(kāi)關(guān)條件限制固件訪問(wèn)開(kāi)門(mén)功能,并且只有一個(gè)有效標(biāo)簽出現(xiàn)在現(xiàn)場(chǎng)。(見(jiàn)圖9)

硬件復(fù)位后,可以清除所有有效代碼的列表并重新定義主標(biāo)記代碼。(見(jiàn)圖11)

觀察:

-有效的標(biāo)簽碼最長(zhǎng)可達(dá)12個(gè)字節(jié)(96位)。

-該算法可以根據(jù)目標(biāo)應(yīng)用的具體需求進(jìn)行修改。

大約300ms的長(zhǎng)睡眠時(shí)間是基于硬件的(見(jiàn)圖12):一個(gè)連接到pin INT1(ATMega8的pin 1)的RC電路從VDD向輸入電平“LOW”放電,從而觸發(fā)一個(gè)中斷(見(jiàn)圖12)。

為了降低器件的功耗,我們采用了微控制器的掉電模式。所有的鐘都停了,只有看門(mén)狗在跑。看門(mén)狗會(huì)在主循環(huán)結(jié)束時(shí)重置,也會(huì)在長(zhǎng)時(shí)間延遲之后重置。

實(shí)用信息

DEMO90121DA的固件基于FW121庫(kù)。(FW90121:固件說(shuō)明)此庫(kù)提供ISO15693和ISO14443協(xié)議功能,作為控制MLX90121、尋址其內(nèi)部寄存器和讀/寫(xiě)ATMEL微控制器的EEPROM的特定命令。在通電或復(fù)位時(shí),微控制器IO端口、定時(shí)器、ADC和看門(mén)狗以及MLX90121收發(fā)器寄存器配置為符合MLX90121數(shù)據(jù)表中所述的ISO14443a-ic/" title="ISO14443A">ISO14443A協(xié)議。

固件是在avrstudio4下使用GCC開(kāi)發(fā)的。固件可以使用連接到STK500、STK300、AVRISP mkII模塊或類(lèi)似模塊的SPI接口加載到微控制器中,由適當(dāng)?shù)能浖ˋVR Studio、PonyProg2000等)驅(qū)動(dòng)。FW_DA21_14A.c和FW_DA21_14A.h包含固件特定的gcc代碼和函數(shù)的原型。h描述硬件(輸入、輸出引腳等)。文件FW_DA21_14A.aps是AVR Studio 4項(xiàng)目文件。

功耗

DEMO90121DA是專(zhuān)為電池供電而設(shè)計(jì)的,因此電流消耗得到了優(yōu)化。下圖(圖13)顯示了一個(gè)循環(huán)(回路)中典型的電流消耗變化。

平均電流消耗約為0.41mA,使用1000mAh電池可實(shí)現(xiàn)100天的自主性。此值當(dāng)然取決于訪問(wèn)事件的數(shù)量,并且深受門(mén)鎖機(jī)械裝置消耗量的影響。在選擇RSSI閾值(dVrssi參數(shù))時(shí)應(yīng)特別小心。如果它的值太小,噪音會(huì)使設(shè)備在沒(méi)有標(biāo)簽的情況下啟動(dòng)資源清冊(cè)嘗試。

如表所示,MLX90121大部分時(shí)間處于斷電狀態(tài)(t1§288ms)。如果RSSI信號(hào)自上一個(gè)環(huán)路后沒(méi)有變化,則發(fā)射機(jī)將在很短的時(shí)間內(nèi)開(kāi)啟,然后微控制器將MLX90121置于斷電狀態(tài)。如果RSSI信號(hào)發(fā)生顯著變化,MLX90121發(fā)送資源清冊(cè)命令,然后進(jìn)入斷電模式(t4增加到數(shù)十毫秒)。微控制器將繼續(xù)檢查庫(kù)存結(jié)果,最終打開(kāi)門(mén)鎖,或?qū)⑿麓a存儲(chǔ)在EEPROM中。

使用四個(gè)堿性AA電池為應(yīng)用板DEMO90121DA提供每天10次驅(qū)動(dòng)(ISO14443a-ic/" title="ISO14443A">ISO14443A標(biāo)簽卡通過(guò)13.56MHz磁場(chǎng)),電壓變化如圖14所示。

結(jié)論

DEMO90121DA是基于Melexis 13.56MHz收發(fā)器MLX90121的小型、經(jīng)濟(jì)高效且簡(jiǎn)單的門(mén)禁控制模塊。對(duì)于那些希望構(gòu)建自己的系統(tǒng)以滿(mǎn)足其特定需求的開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō),它也可以被視為一個(gè)高級(jí)起點(diǎn)。

軟件庫(kù)FW121方便了MLX90121收發(fā)器的軟件開(kāi)發(fā),程序員可以使用高級(jí)命令與MLX90121通信。通過(guò)這種方式,他們可以集中精力管理微控制器和應(yīng)用程序的上層功能。


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