运用射频辨认技能(Radio Frequncy Identification)开发的非触摸式IC辨认器，与传统的触摸式IC卡、磁卡相比较，在体系寿数、防监听、防解密等功用上具有很大的优势。本文介绍运用MCU P89LPC932、MF RC632、Mifare卡等构建的非触摸式专用IC读写器，充分运用了MF RC632的射频辨认读写器芯片的功用。
所运用的器材大部分都是PHILPS公司的器材，具有典型性和必定的通用性，因而稍加改动即可运用到其他体系中，而且在该读写器基础上能很简略地开宣布适用于各种主动辨认体系的非触摸式IC辨认器。
1 体系硬件结构及作业原理
1.1 体系结构及特色
体系首要由中心操控单元MCU P89LPC932、与Mi-fare One卡通讯的MF RC632、与PC机通讯的RS232、供应时刻基准的实时时钟芯片PCF8563和存储体系设置数据的存储器AT45DB021组成。整个体系所用的器材都是比较常用的器材，具有典型性和通用性。此外，在体系计划规划中，将整个体系分为主站和基站，而主站和基站的硬件和软件均无差异仅仅设置不同。因而只需在设备装置后通过PC机就可设置其权限，易于装置、调试、修理和扩展。
1.2 体系硬件及作业原理
体系硬件框图如图1所示。主板上电后，读取存储器中的体系设置，然后依据其间的设置初始化整个体系，包含本设备的ID号、主站、从站、开机时刻、关机时刻、数据的存储办法等。本体系除能够作为一个通用的Mifare卡的读写器外，还可作为一种练习器材，作为一种专用的练习评价东西。例如，将该设备装置在跑道的周围，并将Mifare One卡装置在测验者的鞋上。因为每个练习者都有自己的ID号，当他从起跑线起跑时，装置在起跑线的专用读卡器就会将练习者的设备ID号和其时的时刻写入测验者的Mifare One卡中，当通过下一个基站时读卡器会将测验者的设备ID和其时的时刻写入测验者的Mifare One卡中，一起会将测验者的ID号、名字等个人信息包含通过上个测验基站时刻都读进设备中保存。因为Mifare One卡共有16个扇区，每个扇区又分为四块、每块又有16个字节，因而，除了确保体系运用的扇区空间外，用户能够运用的有48×16字节。而通过Mifare One卡存储的数据均不大，只占用一块存储区，换句话说，Mifare One卡的数据存储区能够存储48次，当超越48次时就从前面掩盖数据。所以，在Mifare One卡中存储的永远是终究通过最近48个基站的信息。在练习完毕后，就能够通过主站将各个基站的数据搜集起来以评价测验者的信息。而主站和基站之间的通讯办法也是多样的：当主站和基站的间隔比较近时，能够选用RS232、RS485；为进步通讯质量则能够选用工业总线的办法，如CAN总线、FC总线或One Wire总线等；当间隔比较远时，可选用无线通讯的办法，如GSM等。此外，各个基站还能够通过打印机将数据输出[1-2]。
2 要害器材和要害技能
2.1 读卡器中心CPU P89LPC932
P89LPC932是飞利浦公司出产的一款单片封装的微操控器，适合于要求高集成度、低成本的场合，能够满意多方面的功用要求。它选用了高功用的处理器结构，指令履行时刻只需2～4个时钟周期，是规范80C51器材的六倍；集成了许多体系级的功用。其功用框图如图2所示[3]。
2.2 Mifare MF RC632高集成度非触摸通讯读卡IC
Mifare MF RC632是飞利浦公司推出的适用于作业频率为13.56MHz的非触摸式智能卡和标签，而且支撑这个频段规模内多种ISO非触摸式规范，其间包含ISO1443和ISO15693。MF RC632通过改动包含公共交通、公路纳税、存取操控计划和供应链办理等不同读取运用的射频信号振幅，使体系集成商能够便利灵敏地开宣布可互操作的RFID体系。
该新式读取IC运用了一种特别的调制解调概念，这种技能能够改动射频信号的振幅，能够辨认依据RFID的各种智能卡、标识和标签，并支撑ISO1443和ISO15693规范，其规划与飞利浦现有的读取IC管脚到管脚兼容，这些Ic包含：Mifare智能卡读取ICMF RC632、TYPE-B卡片读取IC MF RC531和I.CODE智能符号读取IC SL RC400。该IC卡并行接口可直接衔接到任何8位微处理器，给读卡器／终端的规划供应了极大的灵敏性。此外，它所供应的SPI总线对一些I／O资源有限的规划供应了有用的处理办法。
2.3 实时时钟芯片PCF8563
PCF8563是一款低功耗、可编程为时钟输出、中止输出和低电压检测功用的CMOS芯片，一切地址和数据都通过串行I2C总线传输，最高速率可达400kbps，内置的字地址寄存器在每次读写完毕后主动加1。首要特色如下：
供应依据32.768Hz晶振的年、月、日、时、分、秒和世纪符号；供应从1V～5V的宽操作电压规模从；低坚持电流，在25°C、3V供电的情况下只需0.25μA；400kHz的I2C总线作为外部接口；可编程作为外部设备的时钟源，时钟有：32.768kHz、1024Hz、32Hz和1Hz四种；有报警和定时器功用；低电压检测；内部供应晶振%&&&&&%和上电复位电路；I2C总线；集电极开路输出[5]。
3 规划计划完结
3.1 硬件部分
(1) 体系供电电路
因为本体系的终究规划方针是做出一台手持设备，所以在供电上选用电池供电。为削减整个电路板上的电源耗费，除了在器材挑选上选用低功耗器材外，在电源规划上也运用了一些简略的电路来完结电源办理。如图3所示，整个供电电路分为三个部分，电池电压通过接插件BATTER输入，通过D3后将6V左右的电压降为5.3V。5.3V电压通过VT4后输出5V左右电压供应板上的5V电路，VT4由体系的操控中心CPU操控。5.3V电压通过电源模块后给供电电路。AS1117构成3.3V供电电路为电路板上的操控中心P89LPC932供电。3.3V电压通过VT2后输出3V左右的供电电压，为板上的其他3V左右的电路供电。除了体系的操控中心选用这种办法供电外，其他电路的供电完全由体系的操控中心P89LPC932通过软件来操控，大大削减了体系的功耗，进步了电源运用功率。
(2) 体系的操控中心
其电路如图4所示。
整个体系的操控中心运用PHILPS公司出产的高速51系列产品，运用其丰厚的内部资源，不只下降了规划难度，在PCB制板上也进步了体系的牢靠性。
(3) 射频电路
其电路如图5所示。在本规划中，为进步整个体系的运用规模，在芯片挑选上运用功用愈加强壮的MFRC632，这也是整个体系的中心部分。
(4) 体系时钟电路
体系时钟电路如图6所示。在本体系中，为节省体系的I／O资源，选用了I2C总线高功用的时钟芯片，一起运用其内部的电源检测电路对体系的供电电池进行监控。
(5) 天线规划
因为MF RC632的频率是13.56MHz，归于短波段，因而能够选用小环天线。小环天线有方型、圆形、椭圆型、三角型等，本体系选用方型天线。天线的最大几许尺度与作业波长之间没有严厉的边界，一般界说为：
L／λ≤1／2π (1)
上式中，L是天线的最大尺度，λ是作业波长。关于13.6MHz的体系来说，天线的最大尺度在50厘米左右。在天线规划中，品质因数Q是一个非常重要的参数，关于电感耦合式射频辨认体系的PCD天线来说，较高的品质因数值会使天线线圈中的电流强度大一些，但由此可改进对PICC的功率传送。品质因数的计算公式为：
Q=(2πf0·Lcoil)／Rcoil (2)
式中。?0是作业频率，Lcoil是天线的电感量，Rcoil是天线的电阻值。通过品质因数能够很简略计算出天线的传输带宽：
B=f0／Q (3)
从式(3)中能够看出，天线的传输带宽与品质因数成反比联系。因而，过高的品质因数会导致传输带宽缩小，然后削弱PCD的调制边带，导致PCD无法与卡通讯。一般体系的最佳品质因数为10～30，最大值不能超越60。
考虑上述要素和完结的便利，选用在PCB板的最外侧用方形导线环绕构成天线。其电路原理图如图7所示，天线PCB电路如图8所示。
(6) 数据存储电路
数据存储电路如图9所示。在本体系中，为节省体系的硬件资源并添加体系的数据 存储才能，选用ATMEL公司出产的SPI总线接口的容量为264KB的Flash AT45DB021，用来存储体系设置和备份数据。
3.2 软件部分
3.2.1 对Mifare卡的操作流程
整个体系的作业由对Mifare卡操作和体系后台处理两大部分组成。因为篇幅有限，本文只对Mifare卡的操作流程进行简略介绍，其操作流程如下：
(1) 复位恳求
当一张Mifare卡片处在卡片读写器天线的作业规模之内时，程序员操控读写器向卡片宣布REQUEST all(或REQUEST std)指令，卡片的ATR将发动，将卡片Block 0中的卡片类型(TagType)号共2个字节传送给读写器，树立卡片与读写器的第一步通讯联络。假如不进行复位恳求操作，读写器对卡片的其他操作将不会进行。
(2) 反磕碰操作
假如有多张Mifare卡片处在卡片读写器天线的作业规模之内，PCD天线将与每一张卡片进行通讯，取得每一张卡片的系列号。因为每一张Mifare卡片都具有专一的序列号(决不会相同)，因而PCD天线将依据卡片的序列号来确保一次只对一张卡操作。该操作使PCD天线得到P%&&&&&%C的回来值作为卡的序列号。
(3) 卡挑选操作
完结上述二个过程之后，PCD天线有必要对卡片进行挑选操作。履行操作后，回来卡上的SIZE字节。
(4) 认证操作
通过上述三个过程，承认现已挑选了一张卡片，PCD天线在对卡进行读写操作之前，还有必要对卡片上现已设置的暗码进行认证。假如匹配，才答应进行读写操作。
(5) 读写操作
该写操作是对卡的终究操作，包含读、写、增值、减值、存储和传送等操作。
3.2.2 体系软件的部分代码
依据上面的流程，选用Keil C言语进行编程，因为篇幅有限，本文只对读卡程序的头文件的部分代码进行简略的介绍，首要介绍在程序中所要运用到的部分功用函数：
大多数射频卡的操作流程与Mifare卡相似，所用到的操作函数也差不多，所以，只需修正本体系所用到函数的少数代码就可运用到其他读卡器规划中。
4 牢靠性对策
因为本体系是一台规范的射频读卡器设备，所以对其电磁兼容性要特别加以操控。本体系所选用的办法是，在PCB制板上除了要考虑一些能引起电池辐射搅扰的信号线的走线外，还要在电路板上铺铜以添加地线对信号的屏蔽才能。此外，在电路板的四周还要多打一些过孔，以添加上下两层底线的导通才能，下降两层之间的阻抗，添加体系的抗EMC才能，下降体系的EMI。
该读写器最杰出的特色是高功用、高稳定性和强兼容性，典型的读写间隔为11厘米，在有用读写区域内无死区，读写操作牢靠。而在桌面作业环境中，卡片在有用感应区域内接连读写出错率低于0.01％，其兼容性表现在不只能够读取规范的卡片，关于违背规范许多的卡片也能够进行读取。一起，因本体系作为一种带有实时时钟的特别专用读卡器，在对一些需求计时检测的范畴有着广泛的用处。例如在赛鸽竞赛中，只需在鸽笼的开口处装上此设备，在鸽子的身上装上Mifare卡，就能够在竞赛傍边敏捷得到竞赛成果。该计划已在某公司的设备上取得成功，信任还能够在其他范畴取得更宽广的开展。
