Mifare系列射頻卡讀寫器的研製

2020-12-25 電子產品世界

1 引言
IC卡按卡與外界數據傳送的形式不同,分為接觸式IC卡和非接觸式 IC卡。接觸式IC卡通過8個觸點從讀寫器獲取能量和交換數據;非接觸式IC卡通過射頻感應從讀寫器獲取能量和交換數據,所以非接觸式IC卡又叫射頻卡。現在常見的是接觸式IC卡,這類卡的讀寫操作速度較慢,操作也不方便,每次讀寫時必須把卡正確地插入到讀寫器的口槽才能完成數據交換。這樣,在公交、考勤等需要頻繁讀寫卡的場合就很不方便,而且IC卡的觸點暴露在外,容易損壞和搞髒而造成接觸不良。非接觸式IC卡是根據電磁感應原理產生的。它的讀寫操作只需將卡片放在讀寫器附近一定的距離之內就能實現數據交換,無需任何接觸,使用非常方便、快捷,不易損壞。因此,在公交、門禁、校園、企事業人事管理等方面有廣泛的應用前景。目前我國引進的射頻IC卡主要有PHILIPS公司的Mifare卡和ATMEL公司的Temic卡[1]。而PHILIPS公司的 Mifare卡現在是市場的主流產品,應用越來越廣。其典型型號為Mifare1 S50,它有1K字節E2PROM用於存放數據,分成16個區,每個區都有自己獨立的密碼,完善的安全機制使之具有一卡多用的特性[2]。
Mifare 卡是一種智慧卡(smart card),內建有中央微處理機(MCU)和ASIC等,使卡在安全保密性、認證邏輯、算術運算等微操作控制有序進行。 Mifare卡讀寫器的設計一般用PHILIPS公司生產的讀寫模塊MCM200或MCM500。隨著技術的進步,PHILIPS公司現在生產了功能及性能更好的讀卡晶片,我們就是以這種晶片為基礎來設計和開發Mifare射頻卡讀寫器。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/157991.htm

2 工作原理
射頻IC卡讀寫器以射頻識別技術為核心,讀寫器內主要使用了1 片Mifare卡專用的讀寫處理晶片(MF RC500)。它是一個小型的最大操作距離達100mm的Mifare讀/寫設備的核心器件,其功能包括調製、解調、產生射頻信號、安全管理和防碰撞機制。內部結構分為射頻區和接口區:射頻區內含數據機和電源供電電路,直接與天線連接;接口區有與單片機相連的埠,還具有與射頻區相連的收/發器、 64位元組的數據緩衝器、存放3套寄存器初始化文件的E2PROM、存放16套密鑰的只寫存儲器以及進行三次證實和數據加密的密碼機、防碰撞處理的防碰撞模塊和控制單元。這是與射頻卡實現無線通信的核心模塊,也是讀寫器讀寫Mifare卡的關鍵接口晶片。
讀寫器工作時,與Mifare卡專用的讀卡晶片(MF RC500)相連的天線線圈[3]不斷地向外發出一組固定頻率的電磁波(13.56MHz),當有卡靠近時,卡片內有一個LC串聯諧振電路,其頻率與讀寫器的發射頻率相同,這樣在電磁波的激勵下,LC諧振電路產生共振,從而使電容充電有了電荷。在這個電容另一端,接有一個單向導電的電子泵,將電容內的電荷送到另一個電容內存儲。當電容器充電達到2V時,此電容就作為電源為卡片上的其他電路提供工作電壓,將卡內數據發射出去或接收讀寫器發來的數據與保存。

3 系統組成
非接觸式IC卡應用系統由Mifare卡、發卡器、讀卡器和 PC管理機組成,如圖1所示。其中Mifare卡存放身份號(PIN)等相關數據,由發卡器將密碼和數據一次性寫入完成。發卡器實際上是一種通用寫卡器,直接與PC機的RS-232串行口相連或經過RS-485網絡間接與PC機相連,由系統管理員管理,通過PC機設置或選擇好要寫入的數據,發出寫卡命令完成對Mifare卡的數據及密碼的寫入。與讀卡器不同,發卡器往往處於被動地位,不主動讀寫進入射頻能量範圍內的射頻卡,必須接收PC機的命令才操作,即必須聯機才能工作;而讀卡器往往可以脫離PC管理機工作。讀卡器是主動操作的,只要有非接觸式IC卡進入讀卡器天線射頻能量範圍,讀卡器便可讀寫卡中相關指定扇區的數據。

圖1 典型射頻卡應用系統組成框圖
發卡器與讀卡器在硬體設計上大同小異,都是由單片機控制專用讀寫晶片(MF RC500),再加上一些必要的外圍器件組成。圖2為讀卡器硬體系統組成。讀卡器用P89C58BP單片機作主控制器;MF RC500射頻晶片作為單片機與射頻卡通訊的中介;74HC595作顯示驅動器驅動LED數碼顯示器,PS/2總線作為通用編碼鍵盤接口,鍵盤與LED顯示器作為人機互動接口;AT24C256串行E2PROM作數據存儲器;DS1302串行時鐘晶片作硬體實時時鐘;MAX232或MAX485作串口信號轉換;DS1232作看門狗定時器;Q9012三極體作提示報警信號驅動,有卡進入並讀卡成功指示燈閃一下,喇叭叫一聲。Mifare射頻卡進入距離射頻天線100mm內,讀卡器就可以讀到卡中的數據。讀卡器讀到Mifare射頻卡中的數據後,系統單片機要將所讀數據及刷卡的時間一起存入存儲器 AT24C256,並在LED顯示器上顯示卡數據。沒有卡進入讀卡器工作範圍時,系統讀出實時時鐘晶片中的時間,在顯示器上顯示當前時間。讀卡出錯,顯示出錯標誌。主控器P89C58BP內部有32KB的Flash存儲器,256位元組RAM,可方便反覆擦寫、修改程序,同時,由於外部不用擴展程序存儲器,可以簡化電路設計,減小讀卡器的尺寸,同時有較多的I/O口提供給系統使用。

圖2 讀卡器硬體系統組成


4 硬體設計
4.1 射頻晶片
MF RC500是Philips公司為Mifare卡設計的專用讀卡晶片,它與非接觸式IC卡之間通訊標準兼容ISO14443A,其功能框圖如圖3所示[4]。

圖3 MF RC500功能框圖
它內部包括微控制器接口單元、模擬信號處理單元和ISO14443A規定的協議處理單元,以及 Mifare卡特殊的Crypto1安全密鑰存儲單元。它可以與所有兼容Intel或Motorola總線的微控制器實現8位並行「無縫」接口(直接連接),其內部還具有64個字節的先進先出(FIFO)隊列,可以和微控制器之間高速傳輸數據;其片內的ISO14443A協議處理單元包括狀態和控制單元、數據轉換處理單元;片內的模擬單元能夠將數位訊號處理單元的數據信息調製並發送到天線中,也可以將天線接收到的信息解調成數位訊號傳送給協議處理單元,帶有一定的天線驅動能力。
MF RC500的工作頻率為13.56MHz,它可以在有效的發射空間內形成一個13.56MHz的交變電磁場,為處於發射區域內的非接觸式IC卡提供能量,同時卡或RC500需要傳送的數據信息也被調製在這個頻率上。RC500與非接觸式IC卡之間能量的傳遞和數據雙向傳輸的過程是初級和次級兩個線圈之間的耦合過程,從讀卡器發射給卡的數據信息在調製前採用彌勒(Miller)編碼,而從卡到讀卡器的數據信息採用曼徹斯特編碼。
4.2 實時時鐘
刷卡時要記錄刷卡的時間,用外接硬體實時時鐘晶片的辦法,為系統提供一個準確可靠的時鐘,用3V備用電池保證在系統掉電時也能正常走時。我們選用體積小、接口簡單的實時時鐘晶片DS1302。它是美國DALLAS公司推出的低功耗串行通信接口專用晶片,採用3線串行方式與單片機進行數據通信。DS1302片內還有31位元組的靜態RAM,可自動進行閏年補償。數據可按單字節方式或多字節突發方式傳送。DS1302為8腳DIP封裝[5],與P89C58串行接口用3根線,SCLK接CPU的P2.2,同步時鐘輸入;RST接CPU的P2.3,通信允許信號;I/O接CPU的P2.4,串行數據輸入輸出。此外, X1,X2接32768Hz的石英晶振;Vcc1接3V備用鋰電池,主電源接Vcc2。
每個數據傳輸都是先送命令字節,隨後才是數據。單字節方式傳送時,在RST=1期間(RST必須為1數據傳送才有效),先送命令字節,緊接著發送一個字節的數據,DS1302在接收到命令字節後自動將數據寫入指定的內部地址或從該地址讀取數據。寫數據在SCLK的上升沿有效,讀數據是在SCLK的下降沿有效。多字節突發方式傳送時,在命令字節後,是多個字節的數據。在RST=1期間,DS1302接收到命令字節後,接著進行8個字節日曆時鐘數據或31個字節內部RAM單元數據的讀寫操作。DS1302內部寄存器地址中,00H-06H分別對應存放秒、分、時、日、月、星期、和年信息的寄存器,07H為防寫控制寄存器,08H為電池充電控制寄存器。時鐘數據以 BCD碼格式存放在00H-06H這7個寄存器中。在DS1302中串行數據傳送都是低位在前,高位在後,這與AT24C256的數據傳送正好相反。

電度表相關文章:電度表原理


相關焦點

  • Ic卡與射頻卡的區別
    Ic卡的工作原理  IC卡工作的基本原理是:射頻讀寫器向IC卡發一組固定頻率的電磁波,卡片內有一個LC串聯諧振電路,其頻率與讀寫器發射的頻率相同,這樣在電磁波激勵下,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存儲,當所積累的電荷達到2V時,此電容可作為電源為其它電路提供工作電壓
  • 基於MF RC500的RFID讀寫器方案
    在RFID系統中,射頻讀寫器是識別標籤後將採集信息送人後臺信息處理系統的關鍵設備,對保證RFID系統的可靠工作具有重要作用。本文將以Philips公司的MF RC500晶片為核心設計一種以AT-MEGA162 MCU為控制器的RFID射頻讀寫器。
  • 非接觸卡MCRF200及PSK讀寫器電路設計
    摘要:本文介紹了非接觸式IC卡晶片MCFR200的特點和工作原理,並對其在PSK工作模式下的讀寫器電路設計作了較詳細的論述。該PSK解調方法亦可用於設計TYPE B型卡讀寫器BPSK的解調電路。PSK方式的優點是讀出速度快捷。
  • SURE-RD50 感應式IC卡讀寫器南京特促
    【IT168 行情】感應式IC卡讀卡器,又叫非接觸IC卡讀卡器,是射頻非接觸(感應式)IC卡讀卡器的一種,其中由於PHILIPS的Mifare One讀卡器佔有率最高,而且該系列的卡片具備可讀寫功能,可以一卡多用,分區加密,所以廣泛用於一卡通領域。
  • STC8F單片機MFRC522射頻讀寫卡開發板教程
    本課程講述基於STC8F單片機為主控制器,通過MFRC522射頻讀卡晶片,對S50卡如何進行讀寫操作的知識。教程所用開發板板載USB轉TTL晶片及micro-usb接口,通過micro-usb線直接與電腦連接,即可通過配套電腦端上位機對單片機進行控制,進而控制對S50卡進行讀寫操作。
  • 基於RFID牲畜信息讀寫器的研究
    當標籤處於讀寫器的讀寫範圍時,標籤和讀寫器就可以通過他們攜帶的天線進行通信,計算機可通過串口與讀寫器進行通信,將要寫入標籤的信息、寫指令(或讀標籤指令)傳輸到讀寫器上,由讀寫器來完成對標籤的寫入(或讀)操作(見圖1)。
  • 合肥研究院成功競標德國「高功率離子迴旋射頻發射機」研製項目
    日前,合肥研究院成功競標德國ASDEX Upgrade核聚變裝置「高功率離子迴旋射頻發射機」研製項目,將為馬普所研製一臺新的高功率發射機,其功率脈衝輸出2MW,連續輸出為1.5MW,運行頻率範圍為24-61MHz。合肥研究院等已與德國馬普等離子體物理研究所籤署項目合同。
  • 基於R2000晶片的讀寫器架構分析 淺談R2000晶片之架構
    基於R2000晶片的讀寫器架構分析 1 讀寫器系統框圖     基於R2000的讀寫器系統結構如圖1所示,其中控制器採用ARM7內核處理器,除了R2000的一些必要外圍元件,系統和天線之間必須加環行器以滿足單天線應用,TX口還必須加功放模塊。
  • 射頻識別技術RFID在體育中的運用
    其實這種晶片只是整個識別系統的一部分,這項技術的全稱為射頻識別技術,英文為 RADIo Frequency Identification,RFID是它的縮寫。一套完整的RFID系統是由讀寫器(Reader)、電子標籤 (TAG)和應用軟體系統三個部分組成,是一種非接觸式的自動識別技術,它通過射頻信號自動識別目標對象並獲取相關數據。
  • 用於智能製造生產線的超高頻RFID讀寫器讀寫性能測試
    RFID讀寫器硬體電路由以下幾部分組成:射頻識別模塊電路、微控制器電路、串行接口電路、射頻收發電路、電源電路等,如圖2所示。圖2 讀寫器內部系統結構圖讀寫器通過天線發送一定頻率的射頻信號,當貼有電子標籤的物體進入無線識別系統讀寫器的識讀範圍時,其天線將產生感應電流,電子標籤獲得能量被激活並向讀寫器發送自身的編碼等信息,讀寫器接收到電子標籤發射回來的電磁波信號後
  • 迅遠科技RFID產品推薦:高性能一體化讀寫器F5009
    超高頻一體式系列讀取設備是高端一體化UHF RFID讀寫器產品,其設計搭載了本公司研發的超高頻M2210/M2130讀寫模塊和RFID天線,一體式設備
  • 基於射頻識別技術的智能電能表的設計
    射頻識別技術是一種非接觸式自動識別技術,是通過射頻信號來白動識別門標對象並獲取相關數據。基本的RFID系統是由電子標答(射頻卡)、閱讀器及應用支撐軟硬體二部分組成。RFTD標籤由晶片和天線組成,何個標籤都具有唯一的電子編碼。根據發送射頻信號的方式不同。標籤又分為主動式和被動式兩種口主動式標籤由內置電池供電主動向讀寫器發送射頻信號。
  • 解密超高頻RFID讀寫器的工作原理
    RFID無線射頻識別,是一種非接觸式自動化識別技術。可以通過無線電訊號識別特定目標並讀寫相關數據,而無需識別系統與特定目標之間建立機械或者光學接觸。識別過程無需人為幹預,可工作在很多惡劣環境。可識別運動物體,可同時識別多個標籤。RFID的工作頻段分為:低頻(LH)、高頻(HF)、超高頻(UHF)。
  • 無線射頻識別晶片主要有哪一些特性
    卡與讀寫器之間的通訊採用國際通用的DES和RES保密交叉算法,具有極高的保密性能。具體原理如下:若有多張卡在讀寫器天線的工作範圍內時,晶片的此模塊啟動,讀寫器首先與所有的卡片通信,獲取每一張卡的序列號,然後,根據序列號選定一張卡片。 Select Application模塊:確認對卡片的選擇。 Authentication&Access Control模塊:卡片確認被選中後,啟動此模塊,進行卡片與讀寫器之間相互認證。
  • 安的電子推出一系列內嵌式微功率讀寫器
    廣州安的電子科技有限公司是業內知名的專注於RFID設備研發、生產、銷售和提供解決方案的高科技公司,該公司日前推出了一系列內嵌式微功率讀寫器。其中有:RL15E內嵌式微功率一體機RL15E系列讀寫器具有高靈敏度的讀寫性能及快速防碰撞處理算法,同時產品支持符合ISO14443A協議標準的多個廠商的電子標籤。
  • 如何讓RFID讀寫器的識別率達到100%?
    現在假如要穩定讀取10米的距離,讓RFID讀寫器的識別率達到100%,且能夠自適應天氣和環境的變化,讀取的效果比常見的產品更好,應該怎麼辦?   rfid讀寫器的識別率達到100%?  1、分析:首先要分析影響接收機性能的因素有哪些?
  • 雙模超高頻讀寫器的同步和解碼模塊設計和實現
    一個典型的讀寫器系統主要由三部分組成:讀寫器,標籤和天線。本文所介紹的同步和解碼模塊屬於讀寫器接收鏈路的關鍵模塊,整個讀寫器接收鏈路如圖1所示。為了滿足我國RFID讀寫器的發展,我們的同步和解碼模塊同時支持ISO18000-6C和GB標準,支持兩種標準下的各種返回速率。
  • 射頻功率放大器模塊研究分析
    射頻功率放大器(RF PA)是各種無線發射機的重要組成部分。在發射機的前級電路中,調製振蕩電路所產生的射頻信號功率很小,需要經過一系列的放大一緩衝級、中間放大級、末級功率放大級,獲得足夠的射頻功率以後,才能饋送到天線上輻射出去。為了獲得足夠大的射頻輸出功率,必須採用射頻功率放大器。
  • 七問射頻功率放大器,功能部分
    在射頻信號鏈中,功率放大器 (PA) 是位於發射機信號鏈電路和天線之間的有源元件,圖 1。它通常是一個分立元件,其要求和參數與許多發射鏈和接收器電路的要求和參數不同。此常見問題解答將研究 PA 的作用及其特徵。問:PA 做什麼?答:PA的基本功能在概念上非常簡單。
  • RFID基本常識:如何讀寫電子標籤
    背景介紹:RFID RFID是Radio Frequency Identification的縮寫,即射頻識別。常稱為感應式電子晶片或近接卡、感應卡、非接觸卡、電子標籤。射頻識別技術利用射頻信號進行數據傳輸幾乎能夠實現所有物體的無線識別,此項技術也是奠定物聯網發展壯大的基礎。