非接觸式e5551讀寫(xiě)器的開(kāi)發(fā)

摘要：介紹了非接觸式ｅ５５５１卡工作原理和與單片機的接口，給出了非接觸式ｅ５５５１卡讀寫(xiě)器的硬件電路和讀卡、寫(xiě)卡程序流程圖。關(guān)鍵詞：非接觸式卡 射頻識別 讀寫(xiě)器 RF 射頻識別ＲＦＩＤＲａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ技術(shù)是二十世紀九十年代興起的一項自動(dòng)識別技術(shù)，它利用無(wú)線(xiàn)射頻方式進(jìn)行非接觸式雙向通信。ＲＦＩＤ系統中卡片與讀寫(xiě)器之間無(wú)須物理接觸即可完成識別，可實(shí)現多目標識別和運動(dòng)目標識別，應用范圍更加廣泛。 根據工作頻率不同，ＲＦＩＤ系統可分為低頻、中頻、高頻系統。低頻系統一般工作在１００ｋＨｚ～５００ｋＨｚ，中頻系統工作在１０ＭＨｚ～１５ＭＨｚ，它們主要適用于短距離、低成本識別高頻系統工作在８５０ＭＨｚ～９５０ＭＨｚ以及２．４ＧＨｚ～５ＧＨｚ的微波段，適用于距離長(cháng)、讀寫(xiě)數據率高的場(chǎng)合。本文介紹的ｅ５５５１ ＲＦＩＤ系統屬于低頻系統，工作頻率范圍為１００ｋＨｚ～１５０ｋＨｚ，最大識別距離約為２０ｃｍ。１ 非接觸式ｅ５５５１卡工作原理 ｅ５５５１ ＲＦＩＤ系統組成如圖１所示。其中ＰＣ通過(guò)ＲＳ４８５通信遠程操作ｅ５５５１讀寫(xiě)器。讀寫(xiě)器利用微控制器（ＭＣＵ）與ｅ５５５１卡進(jìn)行交互讀寫(xiě)。 通過(guò)ｅ５５５１卡內線(xiàn)圈在特定交變磁場(chǎng)１００ｋＨｚ～１５０ｋＨｚ中耦合，ｅ５５５１獲得感應電流，再通過(guò)整流得到直流加到卡內電路，ｅ５５５１得到工作電壓和電流。通過(guò)讀寫(xiě)器的線(xiàn)圈感應ｅ５５５１卡產(chǎn)生的磁場(chǎng)來(lái)讀?。澹担担担卑l(fā)送的數據。 １．１ ｅ５５５１卡的存儲結構 ｅ５５５１卡內置２６４位ＥＥＰＲＯＭ。這些ＥＥＰＲＯＭ共分為８塊，每塊３３位，其分布如圖２所示。其中ＢＬＯＣＫ０存儲ｅ５５５１卡的參數設置信息；ＢＬＯＣＫ７在口令加密功能啟動(dòng)時(shí)存放ｅ５５５１卡的讀寫(xiě)控制密碼，當加密功能沒(méi)有使用時(shí)存放用戶(hù)數據；其它六個(gè)存儲塊存放各種數據。１．２ ｅ５５５１卡工作參數的設定 ＢＬＯＣＫ０用于設置ｅ５５５１卡的各種操作特性，如同步信號、數據流格式、數據流長(cháng)度、加密、口令喚醒和停止發(fā)射的啟用／關(guān)閉等。 （１）位率（Ｂｉｔｒａｔｅ）設定：位率可設置為ＲＦ／８、ＲＦ／１６、ＲＦ／３２、ＲＦ／４０、ＲＦ／５０、ＲＦ／６４、ＲＦ／１００、ＲＦ／１２８，由第１２、１３、１４位確定。其中ＲＦ指載波頻率Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ。 （２）調制方式設定：調制方式由兩部分組成。第一部分為二進(jìn)制編碼方式，有直接編碼、曼切斯特編碼和雙相位編碼三種方式，由第１６、１７位確定；第二部分為頻率調制方式，有相位鍵控、頻率鍵控和直接編碼三種方式，由第１８、１９、２０位確定。 （３）口令加密設定：由第２８位決定。該位置１啟動(dòng)口令加密功能，在啟動(dòng)口令加密功能前應該事先在ＢＬＯＣＫ７寫(xiě)入密碼。啟動(dòng)口令加密功能后，用戶(hù)對ｅ５５５１卡中數據進(jìn)行修改均要求提供密碼驗證，密碼正確時(shí)修改有效，否則修改無(wú)效。圖3 e5551芯片上電后線(xiàn)圈兩端的電壓（４）請求應答（Ａｎｓｗｅｒ Ｏｎ Ｒｅｑｕｅｓｔ）設定：由第２３位決定。該位置１啟動(dòng)ＡＯＲ功能，這時(shí)ｅ５５５１卡進(jìn)入射頻區后不主動(dòng)發(fā)射數據，由基站給ｅ５５５１卡發(fā)射喚醒命令后再發(fā)射數據。該功能要求首先啟動(dòng)口令加密功能，即基站喚醒ｅ５５５１卡必須在喚醒命令序列中向ｅ５５５１卡發(fā)射口令密碼，ｅ５５５１卡檢測到合法喚醒命令時(shí)才恢復發(fā)射數據。 （５）同步信號設定：ｅ５５５１卡可以使用兩種不同的同步信號—Ｓｅｑｕｅｎｃｅ Ｔｅｒｍｉｎａｔｏｒ和Ｂｌｏｃｋ Ｔｅｒｍｉｎａｔｏｒ。Ｓｅｑｕｅｎｃｅ Ｔｅｒｍｉｎａｔｏｒ在每個(gè)數據循環(huán)開(kāi)始時(shí)出現；Ｂｌｏｃｋ Ｔｅｒｍｉｎａｔｏｒ在每個(gè)ＢＬＯＣＫ數據開(kāi)始時(shí)出現。兩種同步信號分別由第２９、３０位確定，它們既可以獨立使用也可以結合使用。 （６）發(fā)射最大數據塊數設定（ＭＡＸＢＬＫ）：由第２５、２６、２７位確定。當ＭＡＸＢＬＫ設置為０時(shí)，ｅ５５５１卡只發(fā)射ＢＬＯＣＫ０的數據給基站；當設置為１時(shí)ｅ５５５１卡只發(fā)射ＢＬＯＣＫ１的數據給基站；當設置為２時(shí)，ｅ５５５１卡發(fā)射ＢＬＯＣＫ１和ＢＬＯＣＫ ２的數據給基站，余者依次類(lèi)推。在啟動(dòng)口令加密功能后ＭＡＸＢＬＫ的值應小于７，這樣ｅ５５５１將不發(fā)射ＢＬＯＣＫ７的數據。 ２ ｅ５５５１卡的讀寫(xiě) ２．１ ｅ５５５１卡的讀 讀ｅ５５５１卡是指Ｕ２２７０Ｂ通過(guò)ＭＣＵ進(jìn)行讀卡。在ｅ５５５１卡內部，有個(gè)與ｅ５５５１芯片相連的線(xiàn)圈，該線(xiàn)圈是ｅ５５５１芯片供電與讀卡器的雙向通信接口。ｅ５５５１卡就是利用該線(xiàn)圈產(chǎn)生具有阻尼特性的載頻信號向讀卡器發(fā)送數據。具體工作原理如圖３所示。當ｅ５５５１卡接近讀卡器時(shí)，由讀卡器振蕩電路產(chǎn)生的磁場(chǎng)感應ｅ５５５１卡內的ＬＣ調諧電路產(chǎn)生感應電流，該電流經(jīng)過(guò)ｅ５５５１芯片內的整流器和過(guò)壓保護電路得到ｅ５５５１芯片的直流工作電壓，形成上電復位，對應圖３中的第一段；接著(zhù)讀?。澹担担担毙酒瑑龋拢蹋希茫耍暗臄祿?，即圖３中的第二段；約２ｍｓ后，ｅ５５５１卡按照設定的工作模式發(fā)送數據，首先從ＢＬＯＣＫ１的第一位開(kāi)始，直到ＭＡＸＢＬＫ所設定的最大塊的最后一位。 ２．２ ｅ５５５１卡的寫(xiě) 寫(xiě)ｅ５５５１卡指Ｕ２２７０Ｂ通過(guò)ＭＣＵ進(jìn)行寫(xiě)卡。讀卡器通過(guò)對ｅ５５５１卡內流過(guò)線(xiàn)圈的電流間隔性中斷實(shí)現寫(xiě)卡，用電流流過(guò)ｅ５５５１卡內線(xiàn)圈的持續時(shí)間實(shí)現對０和１的編碼。詳細過(guò)程如圖４所示。 ｅ５５５１卡讀完ＢＬＯＣＫ０數據后進(jìn)入默認的讀卡操作，如圖４左半部分。若檢測到起始電流中斷，則ｅ５５５１卡觸發(fā)寫(xiě)卡操作，即圖４的右半部分。電流中斷持續時(shí)間一般為５０μｓ～１５０μｓ，但為了便于可靠地檢測起始電流中斷，起始電流中斷一般大于１５０μｓ。一般地，電流持續２４個(gè)磁場(chǎng)脈沖周期編碼為０，電流持續５６個(gè)磁場(chǎng)脈沖周期編碼為１。當電流持續了６４個(gè)磁場(chǎng)脈沖周期后仍未檢測到電流中斷，ｅ５５５１卡自動(dòng)退出寫(xiě)卡模式。如果前面寫(xiě)卡數據正確就開(kāi)始將數據編程寫(xiě)入ｅ５５５１芯片的ＥＥＰＲＯＭ，否則進(jìn)行讀卡操作。圖5 讀寫(xiě)器硬件接口電路３ 讀寫(xiě)器 ３．１ 硬件接口 Ｕ２２７０Ｂ是與ｅ５５５１卡配套的一種近距離非接觸式讀寫(xiě)基站芯片，它所產(chǎn)生的載波頻率為１００ｋＨｚ～１５０ｋＨｚ，工作電壓為５Ｖ或１２Ｖ，適用于曼徹斯特編碼或雙相位編碼，與微控制器有兼容接口。配上小量外圍元件構成的讀卡器電路如圖５所示。 圖５中用電阻Ｒ５、電容Ｃ６組成選頻電路，去掉高頻及低頻，讓?zhuān)保埃埃耄龋保担埃耄龋l率通過(guò)，與Ｕ２２７０Ｂ內部電路共同構成解調電路；用天線(xiàn)與內部驅動(dòng)電路形成１２５ｋＨｚ電磁場(chǎng)發(fā)射電路，傳輸能量；用４個(gè)二極管形成反饋電路穩定頻率；用電阻Ｒ１及Ｒ７調節發(fā)射頻率；通過(guò)二極管Ｄ５進(jìn)行信號整形。 ３．２ 軟件編程 本文以曼徹斯特編碼、ＲＦ／３２為例介紹ｅ５５５１軟件編程。采用曼徹斯特編碼調制的數據，位數據１對應著(zhù)電平上跳，位數據０對應著(zhù)電平下跳。設ＲＦ＝１２５ｋＨｚ，位傳送速率Ｂｉｔｒａｔｅ＝ＲＦ／３２，則每傳送一位數據的時(shí)間（位傳送周期）為： １Ｐ＝32/125kHz＝２５６μｓ圖6 讀卡流程圖在一串數據序列中，兩個(gè)相鄰位數據傳送跳變時(shí)間間隔為１Ｐ。若相鄰位數據極性相同，則在該兩次數據傳送電平跳變之間，有一次非數據傳送的電平空跳。程序開(kāi)始時(shí)先等待一個(gè)ＴＳ＝２７０μｓ～３３０μｓ高電平同步信號，然后按上述編碼規則逐個(gè)檢測電平變化并記錄對應時(shí)間Ｔ１或Ｔ２，Ｔ１＝９０μｓ～１８０μｓ，Ｔ２＝２１０μｓ～３００μｓ。如前一數據為１的情況下，測得高電平時(shí)間為Ｔ１，對應下降沿無(wú)效，應接著(zhù)測下一上升沿并得１；若測得高電平時(shí)間為Ｔ２，對應下降沿有效并得０。如前一數據為０的情況下，測得低電平時(shí)間為Ｔ１，對應上升沿無(wú)效，應接著(zhù)測下一下降沿并得０；若測得低電平時(shí)間為Ｔ２，對應上升沿有效并得１。據此即可以串行方式讀出卡內的數據。讀卡程序流程圖如圖６所示。 寫(xiě)卡時(shí)，寫(xiě)０，ＣＦＥ＝１持續１９２μｓ，然后ＣＦＥ＝０持續２８０μｓ；寫(xiě)１，ＣＦＥ＝１持續４４８μｓ，然后ＣＦＥ＝０持續２８０μｓ。寫(xiě)卡程序流程圖如圖７所示。ｅ５５５１卡是一種低成本非接觸式卡，雖然容量較小，但也能用于許多場(chǎng)合，如門(mén)禁系統、考勤系統等。如果硬件和軟件設計合理，進(jìn)一步提高其可靠性和安全性，再加上成本低廉、讀寫(xiě)電路簡(jiǎn)單，應用必然更加廣泛。