【文章內容簡介】 通信接口為SPI的HY502BTG。▲ HY502BTG天線一體化實物圖這里簡要介紹一下ISO14443 TypeA標準：[3][6][17]TypeA是由Philips等半導體公司最先開發(fā)和使用，在亞洲地區(qū)，TypeA技術和產品占據了很大的市場份額。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、內置ASIC）、MifarePro等。相應的TypeA卡片讀寫設備核心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，總的來說，TypeA技術設計簡單扼要，應用項目的開發(fā)周期可以很短，同時又能起到足夠的保密作用，可適用于多種應用場合。 TypeA標準基本特點TypeA標準副載波頻率()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）層次上對于用軟件來實現編碼技術來說太慢，需要使用硬件電路實現編碼解碼數據速度106Kbps此處對廣為使用的Mifare1 S50卡片也作一個基本介紹：▲ Mifare1 S50 功能組成整個卡片包含了兩個部分，RF射頻接口電路和數字電路部分。⑴在RF射頻接口電路中，主要包括有波形轉換模塊。，一方面送調制/解調模塊，另一方面進行波形轉換，將正弦波轉換為方波，然后對其整流濾波，由電壓調節(jié)模塊對電壓進行進一步的處理，包括穩(wěn)壓等，最終輸出供給卡片上的各電路。POR模塊主要是對卡片上的各個電路進行POWERONRESET（上電復位），使各電路同步啟動工作。⑵在數字電路部分模塊中，主要包括有①ATR模塊：Answer to Request(請求之應答)用于將卡片Block 0 中的卡片類型（TagType）號共2個字節(jié)傳送給讀寫器，建立卡片與讀寫器的第一步通信聯(lián)絡。②AntiCollision模塊：防止（卡片）重疊功能。AntiCollision模塊（防重疊功能）啟動工作時，卡片讀寫器將得到卡片的序列號Serial Number。序列號Serial Number存儲在卡片的Block 0中，共有5個字節(jié)，實際有用的為4個字節(jié)，另一個字節(jié)為序列號Serial Number的校驗字節(jié)③Select Application 模塊：主要用于卡片的選擇，當卡片與讀寫器完成了上述的二個步驟，程序員控制的讀寫器要想對卡片進行讀寫操作，必須對卡片進行“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在Block 0中的卡片的容量“Size” 字節(jié)傳送給讀寫器。當讀寫器收到這一字節(jié)后，將明確可以對卡片進行深一步的操作了。④Authentication amp。 Access Control 模塊： 認證及存取控制模塊, 在確認了上述的三個步驟，確認已經選擇了一張卡片時，程序員對卡片進行讀寫操作之前，必須對卡片上已經設置的密碼進行認證，如果匹配，則允許進一步的Read/Write操作。Mifare 1 卡片上有16個扇區(qū)，每個扇區(qū)都可分別設置各自的密碼，互不干涉。因此每個扇區(qū)可獨立地應用于一個應用場合。整個卡片可以設計成“一卡通”形式來應用。⑤Control amp。 Arithmetic Unit 控制及算術運算單元: 它主要進行對整個卡片的各個單位進行微操作控制，協(xié)調卡片的各個步驟；同時它還對各種收/發(fā)的數據進行算術運算處理，遞增/遞減處理，CRC運算處理，等等⑥RAM/ROM 單元: RAM主要配合控制及算術運算單元，將運算的結果進行暫時存儲，如果某些數據需要存儲到EEPROM，則由控制及算術運算單元取出送到EEPROM存儲器中；如果某些數據需要傳送給讀寫器，則由控制及算術運算單元取出，經過RF射頻接口電路的處理，通過卡片上的天線傳送給卡片讀寫器。RAM中的數據在卡片失掉電源后（卡片離開讀寫器天線的有效工作范圍內）將被清除。⑦Crypto Unit 數據加密單元：該單元完成對數據的加密處理及密碼保護。加密的算法可以為DES標準算法或其他。⑧EEPROM INTERFACE/EEPROM MEMORY EEPROM存儲器及其接口電路: 該單元主要用于存儲數據。EEPROM中的數據在卡片失掉電源后（卡片離開讀寫器天線的有效工作范圍內）仍將被保持。用戶所要存儲的數據被存放在該單元中。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卡片實物Mifare1 S50卡特性總結： 存儲容量：8Kbit，16個分區(qū)，每個分區(qū)兩組密碼 工作頻率： 通訊速率：106KBoud 讀寫距離：～10CM 讀寫時間：1～2ms 工作溫度：20℃～85℃ 擦寫壽命：＞100，000次 數據保存：＞10年 外形尺寸：54 封裝材料：PVC、ABS、PET、PETG、 封裝工藝：超聲波自動植線/自動碰焊 執(zhí)行標準：ISO14443，ISO 10536 典型應用：企業(yè)/校園一卡通、公交儲值卡、高速公路收費、停車場/小區(qū)管理以下為針對HY502BTG的說明：▲ 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實物圖 J1端口說明引腳符號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模塊復位端，低電平有效，也可以懸空J1－6X懸空J1－7SIGO中斷輸出端，0表示有卡J1－8VCC電源電源正端J1－9GND地電源負端 J2端口說明管腳符號描述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的特點說明：① 標準的三線式SPI接口器件② 中斷控制線輸出口，能及時檢測到靠近天線區(qū)的卡片③ 采用高集成度ISO14443A讀卡芯片，支持Mifare標準的加密算法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 把復雜的底層讀寫卡操作簡化為簡單的幾個命令⑧ 默認為自動尋卡方式，無需上位機頻繁發(fā)送尋卡指令 ▲ HY502BTG與單片機連線圖這里采用查詢方式檢測有無卡片，，一旦檢測到低電平進入讀卡子程序。，SCL、SO、SI則掛在SPI總線上，接法同X5045。另外為便于調試的偵錯，此部分還接有兩個狀態(tài)指示燈。 通信模塊采用RS485標準，RS485的特點是1． 平衡差分信號線傳輸信號，工作于半雙工方式2． 傳輸距離可以達到1200M，速率可達100Kbps3． 可實現多個負載功能，可連接多達32個傳送或接收設備▲ 通訊部分設計框圖 器件選型與簡介 先對MAX485作簡要說明：[14]▲ MAX485引腳圖 MAX485引腳說明A同相驅動器輸入和輸出端B反響驅動器輸入和輸出端RO接收器輸出端DI驅動器輸入端RE接收器輸出使能端DE驅動器輸出使能端 DE=0 AB成高阻 RE=0 作接收器用 DE=1 AB有效，器件作線驅動器 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輸入開路100X高阻高阻10X高阻10X高阻高阻 此外轉接頭部分還用到了MAX232，但由于MAX232屬于常用芯片，這里就不再展開介紹了▲ MAX485與單片機連線圖 圖中，作為發(fā)送端MAX485的RO，DI分別接單片機的RXD與TXD端口，=1時發(fā)送打開，=0時禁止發(fā)送。 ▲ 轉接頭部分的原理圖 圖示為RS485—RS232轉接部分電路原理圖，根據設計思想，只需要完成從單片機到PC機的發(fā)送任務，因此此處簡化設計，將轉接部分MAX485的DE、RE全部接地?！?單片機發(fā)送端實物圖 ▲ RS485RS232轉接部分實物圖▲ 電動門繼電器驅動部分原理圖電動門驅動部分主要由光藕與繼電器構成，為便于演示效果，繼電器動觸點兩端分別接了兩個LED以指示其工作狀態(tài)?！?電動門驅動部分實物圖實物中，為節(jié)省空間，省去光藕，由一個PNP三極管起開關作用，圖中二極管起保護作用第四章 軟件設計主程序即主循環(huán)，在單片機沒有收到外界觸發(fā)的情況下所一直執(zhí)行的循環(huán)程序。主要包括有以下內容：1 初始化CH451（鍵盤專用IC）2 初始化串口3 初始化中斷設置4 讀出密碼辨識部分的初始設置的密碼5 調用液晶顯示程序，在第一行顯示“Enter Password”，并將光標移至第二行第一個6 查詢遙控模塊信號，查詢射頻卡可用信號注：整個循環(huán)中如果有按鍵中斷，則進入對應中斷服務子程序 初始化CH451初始化串口初始化中斷設置讀出密碼辨識部分的初始設置的密碼調用液晶顯示程序，在第一行顯示“Enter Password”，并將光標移至第二行第一個遙控模塊可用信號查詢Y，轉入對應子程序切換開關電平檢測N低電平高電平跳過射頻卡信號檢測檢測射頻卡可用信號Y，轉入對應子程序判斷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程N，返回遙控信號查詢Y，返回初始化CH451▲ 主程序流程圖 密碼辨識部分密碼部分采用中斷觸發(fā)方式，當有鍵按下，對應INT0被觸發(fā)，單片機轉入中斷子程序，該服務子程序主要有以下內容： ⑴ 讀取按鍵代碼值⑵ 根據按鍵代碼值轉入對應子程序，若為數字則在液晶上顯示“*”⑶ 到輸完6個數字按下確認按鈕后，判斷是否與初始密碼相符合⑷ 檢測切換按鈕的電平高低，若為低電平，還需刷卡確認，若為高電平則直接打開繼電器然后返回主循環(huán)讀取按鍵代碼值根據讀取的按鍵代碼值轉入對應的子程序，若為數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)當輸完6個數字鍵并按下確認按鈕后，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，判斷切換開關電平狀態(tài)低電平，轉入刷卡查詢高電平則顯示“You are Wele!”并驅動繼電器打開，同時串口發(fā)送01H給A賦值99H，返回主循環(huán)▲ 密碼辨識部分流程圖遙控部分采用查詢方式，當對應VT出現有效輸出時，轉入遙控子程序。該子程序主要內容有： ⑴ 檢測到VT有效輸出，驅動遙控部分指示燈⑵ 檢測輸入的碼值，若為對應的開門信號（10輸出有效）則驅動繼電器打開⑶ 串口發(fā)送11H并返回主循環(huán)檢測到VT有效輸出，驅動遙控部分指示燈檢測輸入的碼值，判斷是否為有效的開門信號是有效信號，打開繼電器不是有效開門信號，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 射頻卡識別部分程序由于采用了智能化的模塊，無須關心射頻基站復雜的操作算法，只需簡單地通過串行總線發(fā)送命令就可以對卡片進行完全的操作，使得該部分的開發(fā)工作變得高效易行。該部分的程序主要分為： ⑴ 驅動射頻部分指示燈1，并發(fā)送尋卡命令⑵ 讀取卡號，將讀取的4字節(jié)卡號轉存為8個數字，每個數字代表8位卡號的每一位⑶ 調用液晶顯示程序，將8字節(jié)的卡號顯示出來⑷ 將原設定的開門卡號讀入RAM并于現場卡號比較，若相等則驅動繼電器，否則顯示錯誤卡號。 發(fā)送尋卡命令讀取卡號，將讀取的4字節(jié)卡號轉存為8個數字，每個數字代表8位卡號的每一位調用液晶顯示子程序，將8位卡號一一顯示出來讀出原始設定卡號并與現場卡號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!”并驅動繼電器。根據切換開關狀態(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)▲ 射頻卡識別部分流程圖液晶顯示“Enter Password”讀取初始設定的密碼并將光標移至第二行進入主循環(huán) 檢測射頻卡信號（根據邏輯開關狀態(tài)） 檢測遙控信號是否有射頻卡信號（根據邏輯開關狀態(tài)）是否有遙控信號是否有中斷有按鍵中斷信號無信號返回主循環(huán)讀取按鍵代碼并轉入對應執(zhí)行程序 檢測是否是A鍵有遙控信號有射頻卡信號（根據邏輯開關狀態(tài)）