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建立以 RC530 為基礎(chǔ)的 RFID 閱讀器設(shè)計(jì)研究
作者：夏國毅
來源：RFID世界網(wǎng)
日期：2009-12-17 10:17:16
摘要：射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)平穩(wěn)地滲透到我們?nèi)粘Ｉ畹脑S多方面。從超市的庫存管理到快速收款，這項(xiàng)技術(shù)正改變著許多現(xiàn)有的應(yīng)用并啟動(dòng)新的應(yīng)用。在RFID前端，“信號(hào)鏈”從有效裝置上的小標(biāo)志開始，然后將信息傳送給一個(gè)或多個(gè)RFID閱讀器，當(dāng)標(biāo)志出現(xiàn)在特定的區(qū)域內(nèi)時(shí)閱讀器檢測(cè)。在RFID后端，基于服務(wù)器的系統(tǒng)保持并更新標(biāo)志數(shù)據(jù)庫，要么產(chǎn)生警報(bào)，要么在企業(yè)內(nèi)開始其它的信息處理。本文介紹了一種應(yīng)用Phlilp公司的射頻標(biāo)簽多協(xié)議芯片RC530設(shè)計(jì)的射頻標(biāo)簽閱讀器的設(shè)計(jì)方案，給出了完整的電路實(shí)現(xiàn)，并敘述了閱讀器與射頻標(biāo)簽在13.56Mhz下，卡選擇和防碰撞的過程。
近年來隨著微電子技術(shù)，半導(dǎo)體技術(shù)和集成電路技術(shù)的迅猛發(fā)展，非接觸性IC卡技術(shù)已經(jīng)在我們?nèi)粘Ｉ钪械玫綇V泛的應(yīng)用，如學(xué)校食堂使用的飯卡，公交車上使用的交通卡，門禁系統(tǒng)中使用的門卡，停車收費(fèi)裝置中的收費(fèi)卡。非接觸IC卡實(shí)際上是一個(gè)無線收發(fā)裝置，是RFID系統(tǒng)中真正的數(shù)據(jù)載體。在卡片內(nèi)部由收發(fā)天線和專用芯片組成。
隨著計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)的發(fā)展，RFID（Radio Frequency Identification）技術(shù)越來越引起人們的關(guān)注。標(biāo)準(zhǔn)的RFID （Radio Frequency identification）系統(tǒng)由閱讀器，控制器，標(biāo)簽三部分組成，可實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)的動(dòng)態(tài)識(shí)別。如圖1所示閱讀器與應(yīng)答器構(gòu)成一個(gè)完整的射頻系統(tǒng)。從射頻識(shí)別系統(tǒng)中可以看出閱讀器的性能和功能標(biāo)簽識(shí)別中起著重要的作用。這個(gè)狀態(tài)下閱讀器可以對(duì)卡進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫，密碼修改。本文介紹一種基于讀卡器專用芯片RC530的閱讀器的設(shè)計(jì)。
在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，主要由上位PC機(jī)通過串口向閱讀器發(fā)送控制指令和讀寫的數(shù)據(jù)，再由閱讀器完成與應(yīng)答器間的通信。因此將閱讀器分為上位機(jī)通訊電路，控制電路，卡數(shù)據(jù)處理電路三部分。圖2為閱讀器的電路方框圖。
RC530是Phlilp公司出品的應(yīng)用與13.56MHz非接觸式通信中高集成讀卡IC系列中的一員，該芯片完全集成了在 13.56MHz下所有類型的被動(dòng)非接觸式通信方式和協(xié)議。
MFRC530支持ISO14443A所有的層。RC530的外圍電路入圖所示。該電路由接收電路和單片機(jī)接口電路兩部分組成。由于RC530內(nèi)部接收部分使用一個(gè)受益于副載波雙邊帶的概念裝入卡響應(yīng)的調(diào)整。推薦使用內(nèi)部產(chǎn)生的VMID電勢(shì)作為RX腳的輸入電勢(shì)。為了提供一個(gè)穩(wěn)定的參考電壓，必須在VIMD腳接一個(gè)對(duì)地的電容C9,RX和VMID必須連接一個(gè)分壓IC卡將回復(fù)自己UID，如果沒有碰撞閱讀器將收到完整的電路由R9,R10構(gòu)成，而且天線與分壓器間還需要用一個(gè)電容C10串接。由于IC卡工作在13.56Mhz下。石英晶體在產(chǎn)生用于驅(qū)動(dòng)RC530和天線的13.56Mhz時(shí)鐘時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生更高頻率的諧波。因此必須加上由L1,L2,C11,C13組成的低通濾波電路。
一般情況下將卡的工作狀態(tài)分為Power OFF, IDLE,READY, READY*, ACTIVE, ACTIVE*, HALT七個(gè)狀態(tài)。
Power OFF狀態(tài)：由于缺少磁場(chǎng)，IC卡無法獲得任何能量，處于非工作狀態(tài)。
IDLE狀態(tài)：在IDLE狀態(tài)下IC處于磁場(chǎng)中，并獲得足夠的能量，此時(shí)IC卡可以識(shí)別閱讀器發(fā)出的請(qǐng)求和喚醒命令。
Ready, Ready*狀態(tài)：這是兩個(gè)工作相同的工作狀態(tài)，在這個(gè)狀態(tài)下IC卡與閱讀器之間進(jìn)行卡選擇和防碰撞循環(huán)。
ACTIVE, ACTIVE*狀態(tài):這是兩個(gè)相同的工作狀態(tài)，在這個(gè)狀態(tài)下閱讀器可以對(duì)卡進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫，密碼修改。
HALT狀態(tài)：在這個(gè)處于下IC卡只接受閱讀器發(fā)送的WUPA指令同時(shí)恢復(fù)ATQA然后進(jìn)入READY*狀態(tài)。
狀態(tài)機(jī)工作機(jī)制如圖4：
閱讀器發(fā)送SEL指令和NVB指令。SEL值為93選擇cascade level 1；NVB值為20，協(xié)定通訊中的有效位數(shù)。此時(shí)IC卡將回復(fù)自己UID，如果沒有碰撞閱讀器將收到完整的UID，4字節(jié)。如果有碰撞，閱讀器將根據(jù)第一個(gè)沖突位從新賦NVB的值，從新發(fā)送SEL,NVB指令，直到獲取完整的UID。然后閱讀器將NVB值設(shè)為70加上4字節(jié)UID發(fā)送給IC卡，IC卡將接受的UID與自己的UID比較如果相同則回復(fù)SAK指令，如果SAK的b3為1表示UID不完整從新進(jìn)行防沖突循環(huán)，如果b3為0則防沖突完成，IC卡進(jìn)入Active狀態(tài)。卡選擇和防碰撞完成。
通過利用PC機(jī)，仿真器和Keil C開發(fā)環(huán)境完成了軟件的編寫和調(diào)試，采用模塊化的編程結(jié)構(gòu)，該系統(tǒng)已經(jīng)可以使用，如果進(jìn)一步優(yōu)化軟件和硬件設(shè)計(jì)提高系統(tǒng)的可靠性，加上設(shè)計(jì)成本低廉，應(yīng)該會(huì)得到廣泛的運(yùn)用。
?。ㄎ?肇慶市地理與信息編制研究中心，夏國毅 ）
隨著計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)的發(fā)展，RFID（Radio Frequency Identification）技術(shù)越來越引起人們的關(guān)注。標(biāo)準(zhǔn)的RFID （Radio Frequency identification）系統(tǒng)由閱讀器，控制器，標(biāo)簽三部分組成，可實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)的動(dòng)態(tài)識(shí)別。如圖1所示閱讀器與應(yīng)答器構(gòu)成一個(gè)完整的射頻系統(tǒng)。從射頻識(shí)別系統(tǒng)中可以看出閱讀器的性能和功能標(biāo)簽識(shí)別中起著重要的作用。這個(gè)狀態(tài)下閱讀器可以對(duì)卡進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫，密碼修改。本文介紹一種基于讀卡器專用芯片RC530的閱讀器的設(shè)計(jì)。
在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，主要由上位PC機(jī)通過串口向閱讀器發(fā)送控制指令和讀寫的數(shù)據(jù)，再由閱讀器完成與應(yīng)答器間的通信。因此將閱讀器分為上位機(jī)通訊電路，控制電路，卡數(shù)據(jù)處理電路三部分。圖2為閱讀器的電路方框圖。
RC530是Phlilp公司出品的應(yīng)用與13.56MHz非接觸式通信中高集成讀卡IC系列中的一員，該芯片完全集成了在 13.56MHz下所有類型的被動(dòng)非接觸式通信方式和協(xié)議。
MFRC530支持ISO14443A所有的層。RC530的外圍電路入圖所示。該電路由接收電路和單片機(jī)接口電路兩部分組成。由于RC530內(nèi)部接收部分使用一個(gè)受益于副載波雙邊帶的概念裝入卡響應(yīng)的調(diào)整。推薦使用內(nèi)部產(chǎn)生的VMID電勢(shì)作為RX腳的輸入電勢(shì)。為了提供一個(gè)穩(wěn)定的參考電壓，必須在VIMD腳接一個(gè)對(duì)地的電容C9,RX和VMID必須連接一個(gè)分壓IC卡將回復(fù)自己UID，如果沒有碰撞閱讀器將收到完整的電路由R9,R10構(gòu)成，而且天線與分壓器間還需要用一個(gè)電容C10串接。由于IC卡工作在13.56Mhz下。石英晶體在產(chǎn)生用于驅(qū)動(dòng)RC530和天線的13.56Mhz時(shí)鐘時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生更高頻率的諧波。因此必須加上由L1,L2,C11,C13組成的低通濾波電路。
圖3
一般情況下將卡的工作狀態(tài)分為Power OFF, IDLE,READY, READY*, ACTIVE, ACTIVE*, HALT七個(gè)狀態(tài)。
Power OFF狀態(tài)：由于缺少磁場(chǎng)，IC卡無法獲得任何能量，處于非工作狀態(tài)。
IDLE狀態(tài)：在IDLE狀態(tài)下IC處于磁場(chǎng)中，并獲得足夠的能量，此時(shí)IC卡可以識(shí)別閱讀器發(fā)出的請(qǐng)求和喚醒命令。
Ready, Ready*狀態(tài)：這是兩個(gè)工作相同的工作狀態(tài)，在這個(gè)狀態(tài)下IC卡與閱讀器之間進(jìn)行卡選擇和防碰撞循環(huán)。
ACTIVE, ACTIVE*狀態(tài):這是兩個(gè)相同的工作狀態(tài)，在這個(gè)狀態(tài)下閱讀器可以對(duì)卡進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫，密碼修改。
HALT狀態(tài)：在這個(gè)處于下IC卡只接受閱讀器發(fā)送的WUPA指令同時(shí)恢復(fù)ATQA然后進(jìn)入READY*狀態(tài)。
狀態(tài)機(jī)工作機(jī)制如圖4：
閱讀器發(fā)送SEL指令和NVB指令。SEL值為93選擇cascade level 1；NVB值為20，協(xié)定通訊中的有效位數(shù)。此時(shí)IC卡將回復(fù)自己UID，如果沒有碰撞閱讀器將收到完整的UID，4字節(jié)。如果有碰撞，閱讀器將根據(jù)第一個(gè)沖突位從新賦NVB的值，從新發(fā)送SEL,NVB指令，直到獲取完整的UID。然后閱讀器將NVB值設(shè)為70加上4字節(jié)UID發(fā)送給IC卡，IC卡將接受的UID與自己的UID比較如果相同則回復(fù)SAK指令，如果SAK的b3為1表示UID不完整從新進(jìn)行防沖突循環(huán)，如果b3為0則防沖突完成，IC卡進(jìn)入Active狀態(tài)。卡選擇和防碰撞完成。
通過利用PC機(jī)，仿真器和Keil C開發(fā)環(huán)境完成了軟件的編寫和調(diào)試，采用模塊化的編程結(jié)構(gòu)，該系統(tǒng)已經(jīng)可以使用，如果進(jìn)一步優(yōu)化軟件和硬件設(shè)計(jì)提高系統(tǒng)的可靠性，加上設(shè)計(jì)成本低廉，應(yīng)該會(huì)得到廣泛的運(yùn)用。
?。ㄎ?肇慶市地理與信息編制研究中心，夏國毅 ）
