非接触式e5551读写器的开发[单片机]

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非接触式e5551读写器的开发

发布时间:2004年12月25日点击次数:800

来源:电子技术应用作者:阳春华阙秋根

摘要：介绍了非接触式ｅ５５５１卡工作原理和与单片机的接口,给出了非接触式ｅ５５５１卡读写器的硬件电路和读卡、写卡程序流程图。

关键词：非接触式卡射频识别读写器 RF

射频识别ＲＦＩＤＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙＩｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ　技术是二十世纪九十年代兴起的一项自动识别技术,它利用无线射频方式进行非接触式双向通信。ＲＦＩＤ系统中卡片与读写器之间无须物理接触即可完成识别,可实现多目标识别和运动目标识别,应用范围更加广泛。

根据工作频率不同,ＲＦＩＤ系统可分为低频、中频、高频系统。低频系统一般工作在１００ｋＨｚ～５００ｋＨｚ,中频系统工作在１０ＭＨｚ～１５ＭＨｚ,它们主要适用于短距离、低成本识别高频系统工作在８５０ＭＨｚ～９５０ＭＨｚ以及２．４ＧＨｚ～５ＧＨｚ的微波段,适用于距离长、读写数据率高的场合。本文介绍的ｅ５５５１ＲＦＩＤ系统属于低频系统,工作频率范围为１００ｋＨｚ～１５０ｋＨｚ,最大识别距离约为２０ｃｍ。

１非接触式ｅ５５５１卡工作原理

ｅ５５５１ＲＦＩＤ系统组成如图１所示。其中ＰＣ通过ＲＳ４８５通信远程操作ｅ５５５１读写器。读写器利用微控制器（ＭＣＵ）与ｅ５５５１卡进行交互读写。

通过ｅ５５５１卡内线圈在特定交变磁场１００ｋＨｚ～１５０ｋＨｚ　中耦合,ｅ５５５１获得感应电流,再通过整流得到直流加到卡内电路,ｅ５５５１得到工作电压和电流。通过读写器的线圈感应ｅ５５５１卡产生的磁场来读取ｅ５５５１发送的数据。

１．１ｅ５５５１卡的存储结构

ｅ５５５１卡内置２６４位ＥＥＰＲＯＭ。这些ＥＥＰＲＯＭ共分为８块,每块３３位,其分布如图２所示。其中ＢＬＯＣＫ０存储ｅ５５５１卡的参数设置信息;ＢＬＯＣＫ７在口令加密功能启动时存放ｅ５５５１卡的读写控制密码,当加密功能没有使用时存放用户数据;其它六个存储块存放各种数据。

１．２ｅ５５５１卡工作参数的设定

ＢＬＯＣＫ０用于设置ｅ５５５１卡的各种操作特性,如同步信号、数据流格式、数据流长度、加密、口令唤醒和停止发射的启用／关闭等。

（１）位率（Ｂｉｔｒａｔｅ）设定：位率可设置为ＲＦ／８、ＲＦ／１６、ＲＦ／３２、ＲＦ／４０、ＲＦ／５０、ＲＦ／６４、ＲＦ／１００、ＲＦ／１２８,由第１２、１３、１４位确定。其中ＲＦ指载波频率ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙ　。

（２）调制方式设定：调制方式由两部分组成。第一部分为二进制编码方式,有直接编码、曼切斯特编码和双相位编码三种方式,由第１６、１７位确定;第二部分为频率调制方式,有相位键控、频率键控和直接编码三种方式,由第１８、１９、２０位确定。

（３）口令加密设定：由第２８位决定。该位置１启动口令加密功能,在启动口令加密功能前应该事先在ＢＬＯＣＫ７写入密码。启动口令加密功能后,用户对ｅ５５５１卡中数据进行修改均要求提供密码验证,密码正确时修改有效,否则修改无效。

图3 e5551芯片上电后线圈两端的电压

（４）请求应答（ＡｎｓｗｅｒＯｎＲｅｑｕｅｓｔ）设定：由第２３位决定。该位置１启动ＡＯＲ功能,这时ｅ５５５１卡进入射频区后不主动发射数据,由基站给ｅ５５５１卡发射唤醒命令后再发射数据。该功能要求首先启动口令加密功能,即基站唤醒ｅ５５５１卡必须在唤醒命令序列中向ｅ５５５１卡发射口令密码,ｅ５５５１卡检测到合法唤醒命令时才恢复发射数据。

（５）同步信号设定：ｅ５５５１卡可以使用两种不同的同步信号—ＳｅｑｕｅｎｃｅＴｅｒｍｉｎａｔｏｒ和ＢｌｏｃｋＴｅｒｍｉｎａｔｏｒ。ＳｅｑｕｅｎｃｅＴｅｒｍｉｎａｔｏｒ在每个数据循环开始时出现;ＢｌｏｃｋＴｅｒｍｉｎａｔｏｒ在每个ＢＬＯＣＫ数据开始时出现。两种同步信号分别由第２９、３０位确定,它们既可以独立使用也可以结合使用。

（６）发射最大数据块数设定（ＭＡＸＢＬＫ）：由第２５、２６、２７位确定。当ＭＡＸＢＬＫ设置为０时,ｅ５５５１卡只发射ＢＬＯＣＫ０的数据给基站;当设置为１时ｅ５５５１卡只发射ＢＬＯＣＫ１的数据给基站;当设置为２时,ｅ５５５１卡发射ＢＬＯＣＫ１和ＢＬＯＣＫ２的数据给基站,余者依次类推。在启动口令加密功能后ＭＡＸＢＬＫ的值应小于７,这样ｅ５５５１将不发射ＢＬＯＣＫ７的数据。

２ｅ５５５１卡的读写

２．１ｅ５５５１卡的读

读ｅ５５５１卡是指Ｕ２２７０Ｂ通过ＭＣＵ进行读卡。在ｅ５５５１卡内部,有个与ｅ５５５１芯片相连的线圈,该线圈是ｅ５５５１芯片供电与读卡器的双向通信接口。ｅ５５５１卡就是利用该线圈产生具有阻尼特性的载频信号向读卡器发送数据。具体工作原理如图３所示。

当ｅ５５５１卡接近读卡器时,由读卡器振荡电路产生的磁场感应ｅ５５５１卡内的ＬＣ调谐电路产生感应电流,该电流经过ｅ５５５１芯片内的整流器和过压保护电路得到ｅ５５５１芯片的直流工作电压,形成上电复位,对应图３中的第一段;接着读取ｅ５５５１芯片内ＢＬＯＣＫ０的数据,即图３中的第二段;约２ｍｓ后,ｅ５５５１卡按照设定的工作模式发送数据,首先从ＢＬＯＣＫ１的第一位开始,直到ＭＡＸＢＬＫ所设定的最大块的最后一位。

２．２ｅ５５５１卡的写

写ｅ５５５１卡指Ｕ２２７０Ｂ通过ＭＣＵ进行写卡。读卡器通过对ｅ５５５１卡内流过线圈的电流间隔性中断实现写卡,用电流流过ｅ５５５１卡内线圈的持续时间实现对０和１的编码。详细过程如图４所示。

ｅ５５５１卡读完ＢＬＯＣＫ０数据后进入默认的读卡操作,如图４左半部分。若检测到起始电流中断,则ｅ５５５１卡触发写卡操作,即图４的右半部分。电流中断持续时间一般为５０μｓ～１５０μｓ,但为了便于可靠地检测起始电流中断,起始电流中断一般大于１５０μｓ。一般地,电流持续２４个磁场脉冲周期编码为０,电流持续５６个磁场脉冲周期编码为１。当电流持续了６４个磁场脉冲周期后仍未检测到电流中断,ｅ５５５１卡自动退出写卡模式。如果前面写卡数据正确就开始将数据编程写入ｅ５５５１芯片的ＥＥＰＲＯＭ,否则进行读卡操作。

图5 读写器硬件接口电路

３读写器

３．１硬件接口

Ｕ２２７０Ｂ是与ｅ５５５１卡配套的一种近距离非接触式读写基站芯片,它所产生的载波频率为１００ｋＨｚ～１５０ｋＨｚ,工作电压为５Ｖ或１２Ｖ,适用于曼彻斯特编码或双相位编码,与微控制器有兼容接口。配上小量外围元件构成的读卡器电路如图５所示。

图５中用电阻Ｒ５、电容Ｃ６组成选频电路,去掉高频及低频,让１００ｋＨｚ～１５０ｋＨｚ频率通过,与Ｕ２２７０Ｂ内部电路共同构成解调电路;用天线与内部驱动电路形成１２５ｋＨｚ电磁场发射电路,传输能量;用４个二极管形成反馈电路稳定频率;用电阻Ｒ１及Ｒ７调节发射频率;通过二极管Ｄ５进行信号整形。

３．２软件编程

本文以曼彻斯特编码、ＲＦ／３２为例介绍ｅ５５５１软件编程。采用曼彻斯特编码调制的数据,位数据１对应着电平上跳,位数据０对应着电平下跳。设ＲＦ＝１２５ｋＨｚ,位传送速率Ｂｉｔｒａｔｅ＝ＲＦ／３２,则每传送一位数据的时间（位传送周期）为：

１Ｐ＝32/125kHz＝２５６μｓ

图6 读卡流程图

在一串数据序列中,两个相邻位数据传送跳变时间间隔为１Ｐ。若相邻位数据极性相同,则在该两次数据传送电平跳变之间,有一次非数据传送的电平空跳。程序开始时先等待一个ＴＳ＝２７０μｓ～３３０μｓ高电平同步信号,然后按上述编码规则逐个检测电平变化并记录对应时间Ｔ１或Ｔ２,Ｔ１＝９０μｓ～１８０μｓ,Ｔ２＝２１０μｓ～３００μｓ。如前一数据为１的情况下,测得高电平时间为Ｔ１,对应下降沿无效,应接着测下一上升沿并得１;若测得高电平时间为Ｔ２,对应下降沿有效并得０。如前一数据为０的情况下,测得低电平时间为Ｔ１,对应上升沿无效,应接着测下一下降沿并得０;若测得低电平时间为Ｔ２,对应上升沿有效并得１。据此即可以串行方式读出卡内的数据。读卡程序流程图如图６所示。

写卡时,写０,ＣＦＥ＝１持续１９２μｓ,然后ＣＦＥ＝０持续２８０μｓ;写１,ＣＦＥ＝１持续４４８μｓ,然后ＣＦＥ＝０持续２８０μｓ。写卡程序流程图如图７所示。

ｅ５５５１卡是一种低成本非接触式卡,虽然容量较小,但也能用于许多场合,如门禁系统、考勤系统等。如果硬件和软件设计合理,进一步提高其可靠性和安全性,再加上成本低廉、读写电路简单,应用必然更加广泛。

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