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科普知識
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讀寫器

基于FM1702SL的射頻讀寫器

發布日期:2022-05-20 點擊率:49

  系統設計

  系統框圖如圖1所示,系統由MCU、鍵盤、EEPROM、FMl702SL、液晶屏、485通信模塊組成。MCu控制FMl702對Mifare卡進行讀寫操作,再根據得到的相應數據對液晶屏、EEPROM進行相應的操作。MCU 與PC機通過485,總線通信,即使PC機與MCU之間通信發生異常,MCU也可以獨立工作,在與PC機通信恢復之后,MCU可以將備份在EEPROM中的信息再傳給PC機。

  P8912C931是一款單片封裝的微控制器。P89LPC931采用了高性能的處理器結構,指令執行時間只需2~4個時鐘周期。 P89LPC931集成了許多系統級的功能,這樣可大大減少元件的數目和電路板面積,并降低系統的成本。EEPROM用的是FM24C64L,它是一款以 I2C為操作方式的存儲芯片。液晶驅動芯片是PCF8576,也是以I2C為操作方式。整個系統用12V電源供電,再由穩壓芯片2576穩壓成3.6V.

  工作原理

  Mifare卡包含一片容量為8K位EEPROM,為16個扇區,每個扇區為4塊,每塊16個字節,以塊為存取單位,每個扇區有獨立的一組密碼及訪問控制。每張卡有唯一序列號,為32位。無電源,自帶高頻天線,內含加密控制邏輯和通訊邏輯電路。

  信息存儲在Mifare卡里,讀寫器與Mifare卡通過各自的天線建立起二者之間非接觸信息傳輸通道。當Mifare卡進人系統的工作區域時,讀寫器向Mifare卡發一組固定頻率的電磁波,Mifare卡內有一個LC串聯諧振電路,其頻率與讀寫器發射的頻率相同,在電磁波的激勵下,Lc諧振電路產生共振,從而使電容內有了電荷,在這個電容的另一端,接有一個單向導通的電子泵,將電容內的電荷送到另一個電容內儲存,當所積累的電荷達到2V時,此電容可做為電源為其它電路提供工作電壓,將卡內數據發射出去或讀取讀寫器的數據。通過調整天線驅動電壓可以改變通信的最長距離。

  FMl702SL與MCU的接口電路

  電路如圖2所示,MCU與FMl702SL是通過SPI總線通信的,采用中斷工作模式。需要注意的是在FMl702SL復位后,必須進行一次初始化程序以便初始化SPI接口模式,而且可以同步MCU和FMl702SL的啟動工作。

  讀寫器天線的設計

  根據互感原理可知,半徑越大、匝數越多,讀寫器上的天線和卡上的天線的互感系數就越大。根據國際標準的要求,卡和讀寫器的通信距離為10cm.天線可等效成R、L、c并聯回路,示意圖如圖3所示,圖3中,L為天線的自感,R為天線的等效電阻,C為天線的分布電容。圖4為天線的PCB圖。

  設計天線時還要注意天線的品質因數。國際標準ISOl4443規定無論TYPEA或TYPEB非接觸式IC卡,讀寫器和卡之間的數據傳輸速度為 106kbit/s,載波的頻率f0=13.56MHz,因此,每一位的數據維持的時間tO=106/104k=9.44μs,TypeA類射頻卡智能卡讀寫器到射頻卡的信號編碼是修正米勒編碼,傳送每一位數具有t=3μs的載波中斷,因此,該信號的帶寬近似為 B="lT"=1/3μs=333.333kHz,故天線的品質因數Q= fO/B=13.56 MHz33.333kHz=35,天線的傳輸帶寬與品質因數成反比關系。因此,過高的品質因數會導致帶寬縮小,從而減弱讀寫器的調制邊帶,會導致讀寫器無法與卡通信。

  讀寫器對卡的操作流程

  FMl702SL內部有8個寄存器頁,每頁有8個寄存器,每個寄存器有8位數據。這些寄存器是統一編址的,從Ox00~0x3F,MCU通過SPI 接口與 FMl702SL通信對這些寄存器進行設置。例如,MCU需要讓FMl702SL執行某個命令(Transceive)時,把此命令的代碼(1E)寫入 Command寄存器就可以了。

  必須注意的是,MCU對卡片的操作不是簡單的一條指令所能完成的,其中必須有對FMl702SL硬件內部寄存器的設置。操作步驟如圖5所示。

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