|
1 引言 非接觸式IC卡，又稱射頻IC卡、RFIC卡，是射頻識別技術與IC卡技術的結合而出現的一種新型智能卡，自出現以來就成為這兩種技術的重要發展方向。由于具有安全性、較大的存儲容量、更好的應用環境適應性，讀寫設備簡單，操作速度快等優點，其技術和應用發展十分迅速，當前在國內已大量普及。可以相信，隨著大規模集成電路和制造r藝的發展及開發工具的日漸成熟，非接觸式IC卡必將在我國各個領域廣泛應用。 2 系統工作原理 MFRC530通過發射天線發送一定頻率的射頻信號，當射頻卡進入發射天線工作區域時產生感應電流，射頻卡獲得能量被激活；射頻卡將自身編碼等信息通過卡內置發送天線發送出去；系統接收天線接收到從射頻卡發送來的載波信號，經天線調節器傳送到MFRC530，MFRC530對接收的信號進行解調和解碼然后送到微處理器進行相關處理；主系統根據邏輯運算判斷該卡的合法性，針對不同的設定做出相應的處理和控制，通過蜂鳴器發出不同提示音。其原理圖如圖1所示。 
圖1 系統原理框圖 3 系統硬件電路 3．1 MFRC530芯片介紹 MFRC530是應用于13.56 MHz非接觸式高集成度IC卡讀寫模塊的一員。該模塊利用了先進的調制和解調概念，完全集成了在13.56 MHz下所有類型的被動非接觸式通信方式和協議。MFRC530支持Isol4443A所有層的通信方式。 內部的發送器部分不需要增加有源電路就能夠直接驅動近距離操作的天線(可達10cm)。 接收器部分提供一個堅同而有效的解調和解碼電路用于ISO14443A兼容的應答器信號。 數字部分處理ISO14443A幀和錯誤檢測(奇偶校驗和CRC)。此外它還支持快速MIFARE典型安全算法，用于驗證MIFARE系列產品。 方便的并行接口可直接連接到任何8 bit微處理器，這樣給讀卡器終端的設計提供了極大的靈活性。此外，它還具有支持SPI接口等特點。 3．2 MFRC530電路接法 MFRC530是與射頻卡實現無線通信的核心模塊，也是讀卡器讀射頻卡的關鍵接口芯片。它根據寄存器的設定對發送緩沖區中的數據進行調制得到發送的信號，通過由TX1，TX2腳驅動的天線以電磁波的形式發出去．射頻卡采用電磁場的負載調制進行響應。天線拾取射頻卡的響應信號經過天線匹配電路送到RX腳，MFRC530內部接收緩沖器對信號進行檢測和解調并根據寄存器的設定進行處理。處理后的數據發送到并行接口由微處理器讀取。其電路接法如圖2所示。
圖2 MFRC530電路接法 3．3 信號接收及EMC濾波接口電路 信號接收及EMc濾波電路如圖3所示。芯片內部對卡片傳來的副載波進行解凋。不需要外部濾波電路。R4用來在RX的輸入端提供直流偏置電平。C22用來去耦。R5、C25和R1的分壓組成交流信號輸入，它們的值受天線的設計和阻抗匹配影響，因此建議采用廠家推薦的值。 L1、L2、C23、C24、C26、c27組成EMC低通濾波電路。由于射頻讀卡芯片工作在13.56Mhz，其由13.56Mhz的晶體起振產生時鐘信號，送到天線的信號也是13.56Mhz的能量載波信號。因此發射出來的信號除了13.56Mhz的信號外，還會發射一些高次諧波，為了符合國際EMC規定，其中的三次、五次和高次諧波都要被良好的抑制，因此有必要設計一個合適的低通濾波器使其達到EMC要求。另外推薦用多層板設計天線部分，這樣也會改善其EMC性能。
圖3 信號接收及EMC濾波電路 3．4 天線 天線實際上是一段導線做成的線圈，兩端分別接TX1和TX2中間點接TVSS。設計的天線形狀建議為圓形或矩形。天線原理如圖4所示，圖中Rest為外部電阻，用于調節天線的品質因子，R/2為半截線圈的電阻值。
圖4 天線原理圖 3．4．1 元件初值計算 線圈總電感：
I——線圈總長度 K——天線形狀因子(環形天線K=1.07；方形天線K=1.47) n——線圈匝數 ln——自然對數符號 外部電阻：
Q——天線品質因子，通常取值35 ω——ω=2πf；f=13.56 MHz R——線圈總電阻 阻抗匹配電容：
Z——天線等效阻抗，一般取Z為50Ω左右，天線容易達到最佳性能 諧振電容：
3．4．2 天線的諧調 因為理論上計算出的元件初值在實際應用中可能會有0～20％的誤差．因此可以使用阻抗分析儀或者示波器來調節Csaj、Cpw、Rext。讓天線性能達到最佳。 3．5 微處理器 通常采用MCS51系列8位單片機即可實現與讀卡芯片連接的功能，通過并口實現讀寫控制讀卡芯片，并控制蜂嗚器報警提示。而且可以擴展串口轉換電路以實現與PC機的通信，利用PC機上的應用軟件來控制單片機實現讀非接觸式IC卡的功能。由于該電路較簡單，就不在詳述了。 4 結論 本系統采用MFRC530作為射頻信號讀取的核心模塊。支持type A、type B兩種非接觸式卡的讀取。信號電路采用EMC低通濾波，保證了信號的準確性。天線設計上，在每個電容處并聯一個可調電容，用阻抗分析儀進行天線的諧調后，通過調節可變電容來消除匹配誤差．提高了信號接受的能力和信號接收的精確度．實現了10cm距離內非接觸式IC卡的準確讀取。 本文作者創新點：實現了type A、type B兩種卡的兼容讀取，并通過并聯可調電容消除了匹配誤差，提高了系統的性能。 本項目年經濟效益達300萬元以上。 作者：程偉，何俊華 來源：《微計算機信息》(嵌入式與SOC)2009年第5-2期 |
