【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 通信接口為SPI的HY502BTG。▲ HY502BTG天線一體化實(shí)物圖這里簡(jiǎn)要介紹一下ISO14443 TypeA標(biāo)準(zhǔn)：[3][6][17]TypeA是由Philips等半導(dǎo)體公司最先開(kāi)發(fā)和使用，在亞洲地區(qū)，TypeA技術(shù)和產(chǎn)品占據(jù)了很大的市場(chǎng)份額。代表TypeA非接觸智能卡芯片主要有：Mifare_Light(MF1 IC L10系列)、Mifare1（S50系列、內(nèi)置ASIC）、MifarePro等。相應(yīng)的TypeA卡片讀寫設(shè)備核心ASIC芯片，以及由此組成的核心保密模塊MCM（Mifare_Core_module）的主要代表有：RC150、RC170、RC500、FM1702以及MCM200，MCM500等，總的來(lái)說(shuō)，TypeA技術(shù)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單扼要，應(yīng)用項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)周期可以很短，同時(shí)又能起到足夠的保密作用，可適用于多種應(yīng)用場(chǎng)合。 TypeA標(biāo)準(zhǔn)基本特點(diǎn)TypeA標(biāo)準(zhǔn)副載波頻率()Manchester（bit encoding）具有較低的信噪比SNR（讀寫器一方）防沖突特性（Anticollision）可以控制在位（bit）層次上對(duì)于用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)編碼技術(shù)來(lái)說(shuō)太慢，需要使用硬件電路實(shí)現(xiàn)編碼解碼數(shù)據(jù)速度106Kbps此處對(duì)廣為使用的Mifare1 S50卡片也作一個(gè)基本介紹：▲ Mifare1 S50 功能組成整個(gè)卡片包含了兩個(gè)部分，RF射頻接口電路和數(shù)字電路部分。⑴在RF射頻接口電路中，主要包括有波形轉(zhuǎn)換模塊。，一方面送調(diào)制/解調(diào)模塊，另一方面進(jìn)行波形轉(zhuǎn)換，將正弦波轉(zhuǎn)換為方波，然后對(duì)其整流濾波，由電壓調(diào)節(jié)模塊對(duì)電壓進(jìn)行進(jìn)一步的處理，包括穩(wěn)壓等，最終輸出供給卡片上的各電路。POR模塊主要是對(duì)卡片上的各個(gè)電路進(jìn)行POWERONRESET（上電復(fù)位），使各電路同步啟動(dòng)工作。⑵在數(shù)字電路部分模塊中，主要包括有①ATR模塊：Answer to Request(請(qǐng)求之應(yīng)答)用于將卡片Block 0 中的卡片類型（TagType）號(hào)共2個(gè)字節(jié)傳送給讀寫器，建立卡片與讀寫器的第一步通信聯(lián)絡(luò)。②AntiCollision模塊：防止（卡片）重疊功能。AntiCollision模塊（防重疊功能）啟動(dòng)工作時(shí)，卡片讀寫器將得到卡片的序列號(hào)Serial Number。序列號(hào)Serial Number存儲(chǔ)在卡片的Block 0中，共有5個(gè)字節(jié)，實(shí)際有用的為4個(gè)字節(jié)，另一個(gè)字節(jié)為序列號(hào)Serial Number的校驗(yàn)字節(jié)③Select Application 模塊：主要用于卡片的選擇，當(dāng)卡片與讀寫器完成了上述的二個(gè)步驟，程序員控制的讀寫器要想對(duì)卡片進(jìn)行讀寫操作，必須對(duì)卡片進(jìn)行“Select” 操作。以使卡片真正地被選中。被選中的卡片將卡片上存儲(chǔ)在Block 0中的卡片的容量“Size” 字節(jié)傳送給讀寫器。當(dāng)讀寫器收到這一字節(jié)后，將明確可以對(duì)卡片進(jìn)行深一步的操作了。④Authentication amp。 Access Control 模塊： 認(rèn)證及存取控制模塊, 在確認(rèn)了上述的三個(gè)步驟，確認(rèn)已經(jīng)選擇了一張卡片時(shí)，程序員對(duì)卡片進(jìn)行讀寫操作之前，必須對(duì)卡片上已經(jīng)設(shè)置的密碼進(jìn)行認(rèn)證，如果匹配，則允許進(jìn)一步的Read/Write操作。Mifare 1 卡片上有16個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)都可分別設(shè)置各自的密碼，互不干涉。因此每個(gè)扇區(qū)可獨(dú)立地應(yīng)用于一個(gè)應(yīng)用場(chǎng)合。整個(gè)卡片可以設(shè)計(jì)成“一卡通”形式來(lái)應(yīng)用。⑤Control amp。 Arithmetic Unit 控制及算術(shù)運(yùn)算單元: 它主要進(jìn)行對(duì)整個(gè)卡片的各個(gè)單位進(jìn)行微操作控制，協(xié)調(diào)卡片的各個(gè)步驟；同時(shí)它還對(duì)各種收/發(fā)的數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算處理，遞增/遞減處理，CRC運(yùn)算處理，等等⑥RAM/ROM 單元: RAM主要配合控制及算術(shù)運(yùn)算單元，將運(yùn)算的結(jié)果進(jìn)行暫時(shí)存儲(chǔ)，如果某些數(shù)據(jù)需要存儲(chǔ)到EEPROM，則由控制及算術(shù)運(yùn)算單元取出送到EEPROM存儲(chǔ)器中；如果某些數(shù)據(jù)需要傳送給讀寫器，則由控制及算術(shù)運(yùn)算單元取出，經(jīng)過(guò)RF射頻接口電路的處理，通過(guò)卡片上的天線傳送給卡片讀寫器。RAM中的數(shù)據(jù)在卡片失掉電源后（卡片離開(kāi)讀寫器天線的有效工作范圍內(nèi)）將被清除。⑦Crypto Unit 數(shù)據(jù)加密單元：該單元完成對(duì)數(shù)據(jù)的加密處理及密碼保護(hù)。加密的算法可以為DES標(biāo)準(zhǔn)算法或其他。⑧EEPROM INTERFACE/EEPROM MEMORY EEPROM存儲(chǔ)器及其接口電路: 該單元主要用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。EEPROM中的數(shù)據(jù)在卡片失掉電源后（卡片離開(kāi)讀寫器天線的有效工作范圍內(nèi)）仍將被保持。用戶所要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)被存放在該單元中。Mifare 1卡片中的這一單元容量為8196bit(1 Kbyte)分為16個(gè)扇區(qū)。[1][2]另外在卡片的四周還饒有天線線圈：如下圖所示▲ Mifare1智能卡▲ Mifare1 S50卡片實(shí)物Mifare1 S50卡特性總結(jié)： 存儲(chǔ)容量：8Kbit，16個(gè)分區(qū)，每個(gè)分區(qū)兩組密碼 工作頻率： 通訊速率：106KBoud 讀寫距離：～10CM 讀寫時(shí)間：1～2ms 工作溫度：20℃～85℃ 擦寫壽命：＞100，000次 數(shù)據(jù)保存：＞10年 外形尺寸：54 封裝材料：PVC、ABS、PET、PETG、 封裝工藝：超聲波自動(dòng)植線/自動(dòng)碰焊 執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：ISO14443，ISO 10536 典型應(yīng)用：企業(yè)/校園一卡通、公交儲(chǔ)值卡、高速公路收費(fèi)、停車場(chǎng)/小區(qū)管理以下為針對(duì)HY502BTG的說(shuō)明：▲ HY502BTG的引腳圖上圖中J1為模塊與控制器的接口，J2為模塊與天線的接口 [9]▲ HY502BTG實(shí)物圖 J1端口說(shuō)明引腳符號(hào)I/O類型描述J1－1SCLI/OSPIJ1－2MISOI/OSPI主入從出端J1－3MOSII/OSPI主出從入端J1－4NSSISPI從器件選擇端J1－5RSTI模塊復(fù)位端，低電平有效，也可以懸空J(rèn)1－6X懸空J(rèn)1－7SIGO中斷輸出端，0表示有卡J1－8VCC電源電源正端J1－9GND地電源負(fù)端 J2端口說(shuō)明管腳符號(hào)描述J2－1GND地J2－2TX1天線發(fā)送1J2－3GND地J2－4TX2天線發(fā)送2J2－5GND地J2－6RX天線接收HY502BTG的特點(diǎn)說(shuō)明：① 標(biāo)準(zhǔn)的三線式SPI接口器件② 中斷控制線輸出口，能及時(shí)檢測(cè)到靠近天線區(qū)的卡片③ 采用高集成度ISO14443A讀卡芯片，支持Mifare標(biāo)準(zhǔn)的加密算法④ 具有TTL/CMOS兩種電壓工作模式，工作電壓3～5V，低功耗⑤ 內(nèi)置高性能處理器，具備高可靠性⑥ 抗干擾處理，EMC性能優(yōu)良⑦ 把復(fù)雜的底層讀寫卡操作簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)單的幾個(gè)命令⑧ 默認(rèn)為自動(dòng)尋卡方式，無(wú)需上位機(jī)頻繁發(fā)送尋卡指令 ▲ HY502BTG與單片機(jī)連線圖這里采用查詢方式檢測(cè)有無(wú)卡片，，一旦檢測(cè)到低電平進(jìn)入讀卡子程序。，SCL、SO、SI則掛在SPI總線上，接法同X5045。另外為便于調(diào)試的偵錯(cuò)，此部分還接有兩個(gè)狀態(tài)指示燈。 通信模塊采用RS485標(biāo)準(zhǔn)，RS485的特點(diǎn)是1． 平衡差分信號(hào)線傳輸信號(hào)，工作于半雙工方式2． 傳輸距離可以達(dá)到1200M，速率可達(dá)100Kbps3． 可實(shí)現(xiàn)多個(gè)負(fù)載功能，可連接多達(dá)32個(gè)傳送或接收設(shè)備▲ 通訊部分設(shè)計(jì)框圖 器件選型與簡(jiǎn)介 先對(duì)MAX485作簡(jiǎn)要說(shuō)明：[14]▲ MAX485引腳圖 MAX485引腳說(shuō)明A同相驅(qū)動(dòng)器輸入和輸出端B反響驅(qū)動(dòng)器輸入和輸出端RO接收器輸出端DI驅(qū)動(dòng)器輸入端RE接收器輸出使能端DE驅(qū)動(dòng)器輸出使能端 DE=0 AB成高阻 RE=0 作接收器用 DE=1 AB有效，器件作線驅(qū)動(dòng)器 MAX485功能表發(fā)送功能表接收功能表輸入輸出輸入輸出REDEDIBAREDEABROX110100＞1X101000＜000輸入開(kāi)路100X高阻高阻10X高阻10X高阻高阻 此外轉(zhuǎn)接頭部分還用到了MAX232，但由于MAX232屬于常用芯片，這里就不再展開(kāi)介紹了▲ MAX485與單片機(jī)連線圖 圖中，作為發(fā)送端MAX485的RO，DI分別接單片機(jī)的RXD與TXD端口，=1時(shí)發(fā)送打開(kāi)，=0時(shí)禁止發(fā)送。 ▲ 轉(zhuǎn)接頭部分的原理圖 圖示為RS485—RS232轉(zhuǎn)接部分電路原理圖，根據(jù)設(shè)計(jì)思想，只需要完成從單片機(jī)到PC機(jī)的發(fā)送任務(wù)，因此此處簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，將轉(zhuǎn)接部分MAX485的DE、RE全部接地?！?單片機(jī)發(fā)送端實(shí)物圖 ▲ RS485RS232轉(zhuǎn)接部分實(shí)物圖▲ 電動(dòng)門繼電器驅(qū)動(dòng)部分原理圖電動(dòng)門驅(qū)動(dòng)部分主要由光藕與繼電器構(gòu)成，為便于演示效果，繼電器動(dòng)觸點(diǎn)兩端分別接了兩個(gè)LED以指示其工作狀態(tài)?！?電動(dòng)門驅(qū)動(dòng)部分實(shí)物圖實(shí)物中，為節(jié)省空間，省去光藕，由一個(gè)PNP三極管起開(kāi)關(guān)作用，圖中二極管起保護(hù)作用第四章 軟件設(shè)計(jì)主程序即主循環(huán)，在單片機(jī)沒(méi)有收到外界觸發(fā)的情況下所一直執(zhí)行的循環(huán)程序。主要包括有以下內(nèi)容：1 初始化CH451（鍵盤專用IC）2 初始化串口3 初始化中斷設(shè)置4 讀出密碼辨識(shí)部分的初始設(shè)置的密碼5 調(diào)用液晶顯示程序，在第一行顯示“Enter Password”，并將光標(biāo)移至第二行第一個(gè)6 查詢遙控模塊信號(hào)，查詢射頻卡可用信號(hào)注：整個(gè)循環(huán)中如果有按鍵中斷，則進(jìn)入對(duì)應(yīng)中斷服務(wù)子程序 初始化CH451初始化串口初始化中斷設(shè)置讀出密碼辨識(shí)部分的初始設(shè)置的密碼調(diào)用液晶顯示程序，在第一行顯示“Enter Password”，并將光標(biāo)移至第二行第一個(gè)遙控模塊可用信號(hào)查詢Y，轉(zhuǎn)入對(duì)應(yīng)子程序切換開(kāi)關(guān)電平檢測(cè)N低電平高電平跳過(guò)射頻卡信號(hào)檢測(cè)檢測(cè)射頻卡可用信號(hào)Y，轉(zhuǎn)入對(duì)應(yīng)子程序判斷A值是否為99H加入此處判斷的目的在于判斷是否處于按鍵輸入過(guò)程N(yùn)，返回遙控信號(hào)查詢Y，返回初始化CH451▲ 主程序流程圖 密碼辨識(shí)部分密碼部分采用中斷觸發(fā)方式，當(dāng)有鍵按下，對(duì)應(yīng)INT0被觸發(fā)，單片機(jī)轉(zhuǎn)入中斷子程序，該服務(wù)子程序主要有以下內(nèi)容： ⑴ 讀取按鍵代碼值⑵ 根據(jù)按鍵代碼值轉(zhuǎn)入對(duì)應(yīng)子程序，若為數(shù)字則在液晶上顯示“*”⑶ 到輸完6個(gè)數(shù)字按下確認(rèn)按鈕后，判斷是否與初始密碼相符合⑷ 檢測(cè)切換按鈕的電平高低，若為低電平，還需刷卡確認(rèn)，若為高電平則直接打開(kāi)繼電器然后返回主循環(huán)讀取按鍵代碼值根據(jù)讀取的按鍵代碼值轉(zhuǎn)入對(duì)應(yīng)的子程序，若為數(shù)字鍵則在液晶屏上顯示*，若為取消鍵則置A為99H并返回主循環(huán)當(dāng)輸完6個(gè)數(shù)字鍵并按下確認(rèn)按鈕后，判斷與初始密碼是否相符N，給A賦值99H，并返回主循環(huán)Y相符，判斷切換開(kāi)關(guān)電平狀態(tài)低電平，轉(zhuǎn)入刷卡查詢高電平則顯示“You are Wele!”并驅(qū)動(dòng)繼電器打開(kāi)，同時(shí)串口發(fā)送01H給A賦值99H，返回主循環(huán)▲ 密碼辨識(shí)部分流程圖遙控部分采用查詢方式，當(dāng)對(duì)應(yīng)VT出現(xiàn)有效輸出時(shí)，轉(zhuǎn)入遙控子程序。該子程序主要內(nèi)容有： ⑴ 檢測(cè)到VT有效輸出，驅(qū)動(dòng)遙控部分指示燈⑵ 檢測(cè)輸入的碼值，若為對(duì)應(yīng)的開(kāi)門信號(hào)（10輸出有效）則驅(qū)動(dòng)繼電器打開(kāi)⑶ 串口發(fā)送11H并返回主循環(huán)檢測(cè)到VT有效輸出，驅(qū)動(dòng)遙控部分指示燈檢測(cè)輸入的碼值，判斷是否為有效的開(kāi)門信號(hào)是有效信號(hào)，打開(kāi)繼電器不是有效開(kāi)門信號(hào)，置A為99H，返回主循環(huán)串口發(fā)送11H，置A為99H，并返回主循環(huán)▲ 遙控部分流程圖 射頻卡識(shí)別部分程序由于采用了智能化的模塊，無(wú)須關(guān)心射頻基站復(fù)雜的操作算法，只需簡(jiǎn)單地通過(guò)串行總線發(fā)送命令就可以對(duì)卡片進(jìn)行完全的操作，使得該部分的開(kāi)發(fā)工作變得高效易行。該部分的程序主要分為： ⑴ 驅(qū)動(dòng)射頻部分指示燈1，并發(fā)送尋卡命令⑵ 讀取卡號(hào)，將讀取的4字節(jié)卡號(hào)轉(zhuǎn)存為8個(gè)數(shù)字，每個(gè)數(shù)字代表8位卡號(hào)的每一位⑶ 調(diào)用液晶顯示程序，將8字節(jié)的卡號(hào)顯示出來(lái)⑷ 將原設(shè)定的開(kāi)門卡號(hào)讀入RAM并于現(xiàn)場(chǎng)卡號(hào)比較，若相等則驅(qū)動(dòng)繼電器，否則顯示錯(cuò)誤卡號(hào)。 發(fā)送尋卡命令讀取卡號(hào)，將讀取的4字節(jié)卡號(hào)轉(zhuǎn)存為8個(gè)數(shù)字，每個(gè)數(shù)字代表8位卡號(hào)的每一位調(diào)用液晶顯示子程序，將8位卡號(hào)一一顯示出來(lái)讀出原始設(shè)定卡號(hào)并與現(xiàn)場(chǎng)卡號(hào)比較是否相等不相等，顯示“Wrong Card”，并置A為99H，返回主循環(huán)相等，顯示“You are Wele!”并驅(qū)動(dòng)繼電器。根據(jù)切換開(kāi)關(guān)狀態(tài)，若為低電平則串口發(fā)送31H，若為高電平則發(fā)送21H返回主循環(huán)▲ 射頻卡識(shí)別部分流程圖液晶顯示“Enter Password”讀取初始設(shè)定的密碼并將光標(biāo)移至第二行進(jìn)入主循環(huán) 檢測(cè)射頻卡信號(hào)（根據(jù)邏輯開(kāi)關(guān)狀態(tài)） 檢測(cè)遙控信號(hào)是否有射頻卡信號(hào)（根據(jù)邏輯開(kāi)關(guān)狀態(tài)）是否有遙控信號(hào)是否有中斷有按鍵中斷信號(hào)無(wú)信號(hào)返回主循環(huán)讀取按鍵代碼并轉(zhuǎn)入對(duì)應(yīng)執(zhí)行程序 檢測(cè)是否是A鍵有遙控信號(hào)有射頻卡信號(hào)（根據(jù)邏輯開(kāi)關(guān)狀態(tài)）