【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 電磁場(chǎng)中提取工作電源，并通過(guò)射頻標(biāo)簽的內(nèi)部電路及標(biāo)簽天線將標(biāo)簽內(nèi)存的數(shù)據(jù)信息傳送到讀卡器。電磁耦合與電感耦合的差別在于電磁耦合方式中得讀卡器將射頻信號(hào)以電磁波的形式發(fā)送出去；在電感耦合方式中，讀卡器將射頻信號(hào)束縛在讀卡器電感線圈的周圍，通過(guò)交變閉合的線圈磁場(chǎng)，溝通讀卡器與射頻標(biāo)簽天線之間的射頻通道，而沒(méi)有向空間輻射電磁能量。射頻識(shí)別系統(tǒng)一般由以下三部分組成：①讀寫器（Reader）一臺(tái)典型的讀寫器應(yīng)包含射頻信號(hào)發(fā)射單元器，高頻接收單元金額控制單元，此外，許多讀寫器還都有附加的接口（RS23USB）,以便將獲得的數(shù)據(jù)傳輸給另外系統(tǒng)作進(jìn)一步的處理或存儲(chǔ)。②標(biāo)簽（Tag）RFID標(biāo)簽是一種以無(wú)線方式傳送數(shù)據(jù)的信息載體形勢(shì)，它具有數(shù)據(jù)處理及安全認(rèn)證等特有的優(yōu)點(diǎn)。RFID標(biāo)簽是射頻識(shí)別系統(tǒng)真正的數(shù)據(jù)載體，主要有天線、諧振電容以及IC芯片組成，其種類可以分為無(wú)源標(biāo)簽和有源標(biāo)簽兩種。射頻標(biāo)簽與讀卡器之間采用雙向驗(yàn)證機(jī)制，即讀卡器驗(yàn)證射頻標(biāo)簽的合法性，同時(shí)射頻標(biāo)簽也驗(yàn)證讀卡器的合法性；處理前，標(biāo)簽要與讀卡器進(jìn)行三次互相認(rèn)證，而且在通訊過(guò)程中所有數(shù)據(jù)都加密。此外，標(biāo)簽中各個(gè)扇區(qū)都有自己的操作密碼和訪問(wèn)條件。③天線（Antenna）射頻識(shí)別系統(tǒng)中的天線用于產(chǎn)生磁通量，而磁通量用于向無(wú)源標(biāo)簽提供能量并在讀卡器和標(biāo)簽之間傳送信息。 MHz射頻天線及其匹配電路共有三塊：天線線圈、匹配電路（LC諧振電路）和EMC濾波電路。在天線的匹配設(shè)計(jì)中必須保證產(chǎn)生一個(gè)盡可能強(qiáng)的電磁場(chǎng)，以使卡片能夠獲得足夠的能量給自己供電，而且考慮到調(diào)諧電路的帶通特性，天線的輸出能量必須保證足夠的通帶范圍來(lái)傳送調(diào)制后的信號(hào)。 射頻識(shí)別系統(tǒng)的分類按照讀寫距離來(lái)劃分，RFID系統(tǒng)可分為接觸式和非接觸式，而非接觸式又分為近距離（密耦合）、中距離（遙耦合）和遠(yuǎn)距離。按照工作頻段來(lái)劃分，RFID系統(tǒng)可分為低頻、中高頻、超高頻和微波頻段。如圖所示 圖 21 射頻卡分類 非接觸式IC卡S50Mifare1 IC智能（射頻）卡的核心是NXP公司的Mifare1 IC S50(01，02，03，04)系列微晶片，他確定了卡片的也行以及卡片讀寫器的諸多性能。Mifare1 IC智能卡采用先進(jìn)的芯片制造工藝制作，內(nèi)建有高速的CMOS EEPROM，MCU等。卡片上除了微晶片及一副高效率天線外，無(wú)任何其他元件?？ㄆ蠠o(wú)源（無(wú)任何電池），工作時(shí)的電源能量由卡片讀寫器天線發(fā)送電載波信號(hào)耦合到卡片上天線而產(chǎn)生電能，一般可達(dá)2V以上，供卡片上得IC工作。Mifare1射頻卡所具有的獨(dú)特的MIFARA RE(射頻)非接觸式接口標(biāo)準(zhǔn)已被指定為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)：ISO/IEC 14443 TYPEA標(biāo)準(zhǔn)。Mifare1 IC S50是多應(yīng)用的智能卡，它使用起來(lái)方便、高速、安全，經(jīng)常應(yīng)用在支付領(lǐng)域，它與讀寫器通信使用握手式半雙工通信協(xié)議；卡片上有高速的CRC協(xié)處理器，符合CCITT標(biāo)準(zhǔn)，卡片制造是具有唯一的卡片序列號(hào)，沒(méi)有重復(fù)的相同的兩張Mifare卡片。卡片上內(nèi)奸8K(bit)EEPROM存儲(chǔ)容量并劃分為16個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)劃分為4個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)塊，每個(gè)扇區(qū)可由多種方式的密碼來(lái)管理?？ㄆ线€內(nèi)建有增值/減值的專項(xiàng)的數(shù)學(xué)運(yùn)算電路，非常適合公交、地鐵等行業(yè)的檢票收費(fèi)系統(tǒng)。典型的檢票交易時(shí)間最長(zhǎng)不超過(guò)100ms?？ㄆ系臄?shù)據(jù)讀寫可超過(guò)10萬(wàn)次以上；數(shù)據(jù)保存期可達(dá)10年以上。本文設(shè)計(jì)的讀卡器正是用于讀寫Mifare1 IC S50卡的應(yīng)用系統(tǒng)，可以對(duì)Mifare 1 IC S50進(jìn)行讀寫操作、電子錢包操作、密碼操作以及認(rèn)證方式設(shè)置等操作。 MCU通過(guò)對(duì)讀卡器芯片內(nèi)寄存器的讀寫來(lái)控制讀卡器芯片，讀卡器芯片搜到MCU發(fā)來(lái)的命令后，按照非接觸式射頻卡協(xié)議格式，通過(guò)天線及其匹配電路向附近發(fā)出一組固定頻率的調(diào)制信號(hào)（）進(jìn)行尋卡，若此范圍內(nèi)有卡片存在，卡片內(nèi)部的LC諧振電路（諧振頻率與讀卡器發(fā)送的電磁波頻率相同）在電磁波的激勵(lì)下，產(chǎn)生共振，在卡片內(nèi)部電壓泵的作用下不斷為其另一端的電容充電，獲得能量，當(dāng)該電壓達(dá)到2V時(shí)，即可作為電源為卡片的其他電路提供工作電壓。當(dāng)有卡片在讀卡器的有效工作范圍內(nèi)時(shí)，MCU向卡片發(fā)出尋卡命令，卡片將回復(fù)卡片類型，建立卡片與讀卡器的第一步聯(lián)系，若同時(shí)有多張卡片在天線的工作范圍內(nèi)，讀卡器通過(guò)啟動(dòng)防沖撞機(jī)制，根據(jù)卡片序列號(hào)選定一張卡片，被選中的卡片再與讀卡器進(jìn)行密碼校驗(yàn)，確保讀卡器對(duì)卡片有操作權(quán)限以及卡片的合法性，而未被選中的則仍然處在閑置狀態(tài)，等待下一次尋卡命令。密碼驗(yàn)證通過(guò)后就可以對(duì)卡片進(jìn)行讀寫等應(yīng)用操作。 第3章 系統(tǒng)的軟件程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件電路分為控制電路,讀寫驅(qū)動(dòng)電路和液晶顯示電路等。RFID卡讀寫設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)包括以下幾個(gè)部分圖 31 系統(tǒng)組成MCU是讀寫設(shè)備的數(shù)據(jù)處理控制核心。它不僅要控制射頻處理模塊完成對(duì)RFID卡的讀寫，還要負(fù)責(zé)通過(guò)通信接口與主機(jī)或應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行通信以及鍵盤、顯示設(shè)備等其他外部設(shè)備的控制。單片機(jī)選用的是STC11F32是宏晶科技公司生產(chǎn)的單時(shí)鐘／機(jī)器周期(1T)的單片機(jī)，是高速、低功耗、具有超強(qiáng)抗干擾能力的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8～12倍。內(nèi)部集成高可靠復(fù)位電路，可用在高速通信、智能控制、強(qiáng)干擾等場(chǎng)合；內(nèi)部有32 KB的Flash、29KB的EEPROM和1 280字節(jié)的SRAM；EA、ALE、PSEN和RST引腳可以定義為通用I／O，即4個(gè)P4引腳；編程支持ISP下載功能，使用起來(lái)比較方便。射頻部分是非接觸式IC卡讀寫器的關(guān)鍵部件，通過(guò)該部分與非接觸式IC卡進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。射頻部分的主要部件就是射頻基站芯片，這里選用的是MFRC522。MF RC522 是應(yīng)用于 非接觸式通信中高集成度讀寫卡系列芯片中的一員。是 NXP 公司針對(duì)“三表”應(yīng)用推出的一款低電壓、低成本、體積小的非接觸式讀寫卡芯片，是智能儀表和便攜式手持設(shè)備研發(fā)的較好選擇。 MF RC522 利用了先進(jìn)的調(diào)制和解調(diào)概念， 下所有類型的被動(dòng)非接觸式通信方式和協(xié)議。支持ISO14443A的多層應(yīng)用。其內(nèi)部發(fā)送器部分可驅(qū)動(dòng)讀寫器天線與 ISO 14443A/MIFARE174?？ê蛻?yīng)答機(jī)的通信，無(wú)需其它的電路。接收器部分提供一個(gè)堅(jiān)固而有效的解調(diào)和解碼電路，用于處理 ISO14443A 兼容的應(yīng)答器信號(hào)。數(shù)字部分處理 ISO14443A 幀和錯(cuò)誤檢測(cè)（奇偶＆CRC）。 此外，它還支持快速 CRYPTO1 加密算法， 用于驗(yàn)證 MIFARE 系列產(chǎn)品。 MFRC522支持 MIFARE174。更高速的非接觸式通信，雙向數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá) 424kbit/s。 作為 高集成度讀寫卡系列芯片家族的新成員，MF RC522與 MF RC500 和MF RC530 有不少相似之處，同時(shí)也具備諸多特點(diǎn)和差異。它與主機(jī)間的通信采用連線較少的串行通信，且可根據(jù)不同的用戶需求，選取 SPI、I2C 或串行 UART(類似 RS232)模式之一，有利于減少連線，縮小 PCB板體積，降低成本。l MFRC522支持SPI、I2C、UART接口；l 64字節(jié)發(fā)送和接收的FIFO緩存；l 4頁(yè)，每頁(yè)16個(gè)寄存器，共64個(gè)寄存器；l 具有硬件掉電、軟件掉電、發(fā)送掉電三種節(jié)電模式；l 支持 ISO/IEC 14443 TypeA和 MIFARE174。通信協(xié)議； 天線設(shè)計(jì)天線的作用就是產(chǎn)生磁通量，為卡片提供電源，在讀寫設(shè)備和卡片之間傳送信息，天線的有效電磁場(chǎng)范圍就是系統(tǒng)的工作區(qū)域。非接觸式IC卡讀寫器進(jìn)行讀寫 操作時(shí)發(fā)出提示音，發(fā)聲的器件選用蜂鳴器，該器件使用方便、價(jià)格便宜。單片機(jī)的IO口驅(qū)動(dòng)能力有限，不能直接驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲，通過(guò)三極管來(lái)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器。顯示部分采用LCD12864液晶顯示模塊。帶中文字庫(kù)的128X640402B每屏可顯示4行8列共32個(gè)1616點(diǎn)陣的漢字，每個(gè)顯示RAM可顯示1個(gè)中 文字符或2個(gè)168點(diǎn)陣全高ASCII碼字符，即每屏最多可實(shí)現(xiàn)32個(gè)中文字符或64個(gè)ASCII碼字符的顯示。帶中文字庫(kù)的128X640402B內(nèi)部提供1282字節(jié)的字符顯示RAM緩沖區(qū)（DDRAM）。字符顯示是通過(guò)將字符顯示編碼寫入該字符顯示RAM實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)寫入內(nèi)容的不同，可分別在液晶屏上顯示CGROM（中文字庫(kù)）、HCGROM（ASCII碼字庫(kù)）及CGRAM（自定義字形）的內(nèi)容。三種不同字符/字型的選擇編碼范圍為：0000～0006H（其代碼分別是0000、0000000006共4個(gè)）顯示自定義字型，02H～7FH顯示半寬ASCII碼字符，A1A0H～F7FFH顯示8192種GB2312中文字庫(kù)字形。字符顯示RAM在液晶模塊中的地址80H～9FH。圖 32 LCD12864液晶顯示器 非接觸式射頻識(shí)別卡1K數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，數(shù)據(jù)有密鑰保護(hù)?？商峁┌卓?，印刷卡，紙質(zhì)不干膠標(biāo)簽，鑰匙鏈，TOKEN，且有多種大小規(guī)格及薄卡和厚卡。主要應(yīng)用：門禁、考勤、會(huì)議簽到、身份識(shí)別、物流、工業(yè)自動(dòng)化、各種會(huì)員卡、如售飯、地鐵、公交代幣卡、俱樂(lè)部等電子消費(fèi)、電子門票、動(dòng)物識(shí)別、目標(biāo)跟蹤、洗衣管理、各種一卡通等等。 圖 33 系統(tǒng)組成第4章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)讀卡器硬件系統(tǒng)必須在軟件的控制下進(jìn)行工作，前面主要描述了讀卡器系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的原理，包括讀卡器和Mifarel卡通信的流程、系統(tǒng)初始化、防碰撞、身份驗(yàn)證和讀／寫操作等模塊。所有驅(qū)動(dòng)程序是在