地鐵AFC系統中的射頻卡讀寫(xiě)器設計
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射頻讀卡芯片選用MF RC2531。MF RC531是Philips公司開(kāi)發(fā)的非接觸式讀卡器芯片系列的一種，可以讀寫(xiě)符合ISO／IEC 14443標準的TYPE A和TYPE B卡，具有很高的集成度、數據處理能力和很強的抗電磁干擾特性。內部自帶的發(fā)射部件能夠直接驅動(dòng)天線(xiàn)，操作距離達到10 cm，不需要增加額外的驅動(dòng)電路。MF RC531靈活的SPI總線(xiàn)接口可以方便地和微處理器相連，SPI接口不需要進(jìn)行尋址操作且為全雙工通信，使得通信簡(jiǎn)單高效。讀寫(xiě)芯片是整個(gè)讀寫(xiě)器的核心，它實(shí)現讀寫(xiě)射頻卡所有必需的功能，包括RF信號的產(chǎn)生、調制、解調、安全認證和防沖突等。作為微處理器與射頻卡通信的中介，MF RC531與射頻卡由射頻場(chǎng)來(lái)建立無(wú)線(xiàn)連接并完成數據交換。
讀寫(xiě)器天線(xiàn)通過(guò)自身線(xiàn)圈建立射頻場(chǎng)與射頻卡進(jìn)行通信，將產(chǎn)生很大的電磁輻射；同時(shí)GPRS模塊發(fā)射的無(wú)線(xiàn)電磁波也會(huì )影響讀寫(xiě)器的電磁兼容性(EMC)。為了保證EMC要求，采用讀寫(xiě)器射頻主板和天線(xiàn)、GPRS模塊分別制版，天線(xiàn)和GPRS模塊放置在讀寫(xiě)器底部，與讀寫(xiě)器主板之間通過(guò)隔離板屏蔽電磁干擾。同時(shí)讀寫(xiě)器主板PCB制版采用4層板，射頻部分屬于高頻電路，集中放置在電路板的一側邊緣處，可以減少電路板的電磁干擾。讀寫(xiě)器天線(xiàn)、GPRS模塊和讀寫(xiě)器射頻主板分離的設計方案，不僅有效地保證了電磁兼容性，而且形成了系統的模塊化結構，為系統的擴展升級提供了硬件設計和軟件開(kāi)發(fā)上的極大便利。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/157553.htm
3 軟件設計
3．1 軟件總體結構
該讀寫(xiě)器的軟件部分主要采用C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，啟動(dòng)過(guò)程中的低級初始化部分用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)。讀寫(xiě)器軟件設計采用模塊化的編程思想，系統軟件包括主程序、射頻卡識別及讀寫(xiě)子模塊、GPRS數據傳輸子模塊以及USB、RS232／RS422多接口的協(xié)同工作機制。軟件總體結構流程如圖4所示。
總體軟件主要負責各個(gè)模塊的控制，并協(xié)調各個(gè)模塊之間的工作。在系統上電后，首先負責對系統各個(gè)硬件接口進(jìn)行初始化，然后進(jìn)入正常工作循環(huán)。在正常工作循環(huán)中，可以實(shí)時(shí)感應射頻卡，對射頻卡進(jìn)行讀寫(xiě)相關(guān)操作；GPRS采用串口中斷方式響應遠程監控主機，向遠程監控主機發(fā)送設備信息；而與現場(chǎng)設備終端通信的方式可以有USB、RS232和RS422方式。這3種方式優(yōu)先采用USB方式，然后采用RS232或RS422方式，很好地處理了多接口之間的協(xié)同問(wèn)題。
為了實(shí)時(shí)地實(shí)現各項功能，把多個(gè)任務(wù)合理安排到前后臺工作是設計的重點(diǎn)。一方面采用模塊化和結構化的編程思想，使得讀寫(xiě)器能夠將各程序合理地組織起來(lái)，方便程序的調試、修改和維護；另一方面采用高效的中斷機制，串口中斷實(shí)時(shí)接收來(lái)自設備終端或監控主機的命令，定時(shí)器中斷實(shí)現讀寫(xiě)器工作模式的切換，當外界無(wú)卡時(shí)切換到空閑模式可以有效地降低讀寫(xiě)器的功耗。
3．2 射頻卡讀寫(xiě)程序
微處理器通過(guò)對MF RC531相關(guān)寄存器的控制實(shí)現對射頻卡的讀寫(xiě)等各種操作。對射頻卡的操作分為尋卡、防沖突、選卡、認證、讀塊、寫(xiě)塊、增值、減值、掛起等，其操作的流程如圖5所示。
當射頻卡進(jìn)入讀寫(xiě)器的天線(xiàn)感應范圍(10 cm內)并經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的延遲，射頻卡上電復位，接收MF RC531發(fā)送的請求應答指令，返回卡的類(lèi)型號。當有多張卡同時(shí)接近讀卡器時(shí)，MF RC531隨即發(fā)送防沖突指令，系統進(jìn)入防沖突循環(huán)中，選中一張卡，此時(shí)被選中的卡進(jìn)入激活狀態(tài)，隨后卡與MF RC531之間進(jìn)行3次相互認證，認證通過(guò)方可進(jìn)行讀、寫(xiě)、加、減等交易操作。操作完成后，MF RC531發(fā)出?？ㄖ噶?，射頻卡從激活狀態(tài)返回停止狀態(tài)，一次交易結束。在對卡內數據進(jìn)行讀寫(xiě)操作之前，需要進(jìn)行從請求應答到相互認證的過(guò)程，如果這個(gè)過(guò)程器件出現錯誤，將導致讀寫(xiě)操作無(wú)法進(jìn)行。
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