非接觸IC卡 MFRC500原理

文章出處：http://bookmouse.cn 作者：語(yǔ)馨 收編   人氣： 發(fā)表時(shí)間：2011年09月23日

　　1 非接觸IC卡天線(xiàn)組成

　　非接觸IC卡天線(xiàn)是影響讀卡性能的一個(gè)決定性因素，天線(xiàn)設(shè)計(jì)的好壞直接影響到讀卡系統(tǒng)的穩(wěn)定性。如圖1所示，整個(gè)天線(xiàn)部分電路由EMC濾波電路、接收電路和天線(xiàn)線(xiàn)圈電路3部分組成。EMC濾波電路的作用是減弱由天線(xiàn)發(fā)射電路產(chǎn)生的高次諧波對(duì)外界的影響。接收電路由R1、R2、C3、C4組成。 R2、C4的作用是使接收腳RX上的直流電平與內(nèi)部參考電壓輸出VMID保持一致；R1則用于調(diào)整接收腳RX上交流信號(hào)的幅度。虛線(xiàn)右方所示的電路即為所要設(shè)計(jì)的天線(xiàn)，包擴(kuò)天線(xiàn)線(xiàn)圈和相關(guān)的諧振元器件。

　 其中，Rext用于調(diào)節(jié)天線(xiàn)的品質(zhì)因素，而天線(xiàn)的中心頻率f及對(duì)外輸出阻抗Za則主要通過(guò)改變諧振電容 C1a、C1b、C2a、C2b的值來(lái)調(diào)整。所以外接電阻Rext和諧振電容器件參數(shù)的確定為天線(xiàn)線(xiàn)圈電路設(shè)計(jì)中不可缺少的一環(huán)。根據(jù)Philips公司關(guān)于非接觸式IC卡天線(xiàn)設(shè)計(jì)資料，天線(xiàn)調(diào)諧分為2個(gè)步驟: ① 調(diào)整天線(xiàn)的諧振頻率f和輸出阻抗Za到期望的13.56 MHz和500 Ω;② 對(duì)天線(xiàn)進(jìn)行調(diào)節(jié)，找到最大的讀卡距離。具體方法為將天線(xiàn)接入電路中，然后在系統(tǒng)工作的情況下，不斷調(diào)整C2的值并測(cè)試卡的讀寫(xiě)距離，直至找到最大讀卡距離時(shí)C2的值。找出最大讀卡距離的目的是為了使卡進(jìn)入天線(xiàn)輻射范圍的時(shí)間足夠長(zhǎng)，以圓滿(mǎn)地完成對(duì)卡的操作。 

圖1 天線(xiàn)模塊電路

　　2 非接觸IC的電子錢(qián)包功能

　　有值卡一般用于小額消費(fèi)中，電子錢(qián)包就是典型的應(yīng)用。電子錢(qián)包的操作包括讀(READ)、加(INCREMENT)、減 (DECREMENT)、傳送(TRANSFER)和恢復(fù)(RESTORE)等。電子錢(qián)包一般采用值段方式進(jìn)行存儲(chǔ)，廠(chǎng)家也提供值段操作函數(shù)幫助用戶(hù)方便地進(jìn)行開(kāi)發(fā)。值段也稱(chēng)為“值塊（Value Block）”,Value的長(zhǎng)度為4字節(jié)（包括符號(hào)位）。為了提高錯(cuò)誤檢測(cè)和糾錯(cuò)能力，在一個(gè)Value Block中每一個(gè)Value存入3次，如下所示： 

    在進(jìn)行任意計(jì)算之前，在芯片內(nèi)部檢查3個(gè)Value的一致性。余下的4字節(jié)（A和）為8位任意地址(Address)字節(jié)，同一地址存入4次(A和)。

　　Value Block中的內(nèi)容第一次由WRITE命令寫(xiě)入到所要求的地址中，以后可以用DECREAMENT/INCREMENT/RESTORE命令修改內(nèi)容。數(shù)據(jù)的計(jì)算過(guò)程如圖2所示。計(jì)算結(jié)果暫存入DATA寄存器（即數(shù)據(jù)寄存器），然后用TRANSFER命令寫(xiě)入寄存器。 

　　圖2 Value計(jì)算示意圖

　　3 軟件的實(shí)現(xiàn)

　　MF1 IC S50有8 Kb EEPROM，分成16個(gè)區(qū)，每個(gè)區(qū)又分成4個(gè)塊(Block0~3),一個(gè)分組有16字節(jié)。為了方便用戶(hù)使用,Philips公司給出了值段操作函數(shù) M500PiccValue（），使用該函數(shù)可以方便地進(jìn)行加(INCREMENT)、減(DECREMENT)、傳送(TRANSFER)、恢復(fù) (RESTORE)等操作。但是該函數(shù)存在一定的缺陷，當(dāng)返回值為“非MI_OK”時(shí)，會(huì)有兩種情況出現(xiàn)：

    ① 值操作未完成，值為原值不變； 
    ② 值操作已完成，值為正確計(jì)算結(jié)果。這將導(dǎo)致無(wú)法根據(jù)函數(shù)返回值來(lái)判斷值操作成功與否（只有返回值是MI_OK才能確定是正確的）。換句話(huà)說(shuō)，雖然為 MI_OK時(shí)能確定操作正確，但是由于為“非MI_OK”時(shí)可能完成操作，也可能未完成操作，因此如果這是返回重新進(jìn)行值操作，那么一直等到MI_OK，就會(huì)出現(xiàn)多操作的現(xiàn)象。比如要求刷一次卡扣1元，那它可能扣掉2元、3元，甚至更多。這當(dāng)然不是所期望看到的。

    針對(duì)上述的情況，為了保證能正確地對(duì)卡進(jìn)行操作和保證數(shù)據(jù)不丟失，一般在一個(gè)區(qū)劃分2個(gè)數(shù)據(jù)塊作為電子錢(qián)包，采用值段格式進(jìn)行存儲(chǔ)，分別定義為主值塊（①塊)和備份值塊(②塊)，主值塊和備份塊相互備份。 

　圖3 軟件操作流程

　　先將主值塊的值減去消費(fèi)額得到的值存在備份值塊中(①塊→②塊，使用“減”和“傳送”操作），此時(shí)主值塊還沒(méi)改變；如果此操作為MI_OK,則繼續(xù)下面的操作將備份值塊的值送回主值塊(②塊→①塊)，使用恢復(fù)操作；如果操作為MI_OK,則此時(shí)①塊和②塊的值相等。每一步操作都判斷結(jié)果，失敗則重做。具體軟件操作流程如圖3所示。

　　4 結(jié)論

　　電子錢(qián)包作為有值卡的一種，對(duì)其操作的穩(wěn)定性是非常重要的。在硬件方面，盡量把讀卡器天線(xiàn)的讀卡范圍調(diào)到讀卡的最大距離，以保證卡和天線(xiàn)有充分的時(shí)間耦合，為卡創(chuàng)造一個(gè)良好的硬件條件。但是由于讀卡器的個(gè)體差異和個(gè)人刷卡習(xí)慣的不同，也會(huì)導(dǎo)致一些異?，F(xiàn)象。這時(shí)需要用軟件來(lái)彌補(bǔ)硬件上的不足。雙值塊操作雖然犧牲一些刷卡的時(shí)間，但是解決了單值塊操作出現(xiàn)的一些問(wèn)題，即使一個(gè)值塊出現(xiàn)了問(wèn)題，也能從另一個(gè)值塊把數(shù)據(jù)傳送過(guò)來(lái)，從而提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。另外，為了保證能夠在卡離開(kāi)天線(xiàn)之前完成對(duì)卡的操作，可以增加一些聲光提示作為輔助（比如操作順利完成后才進(jìn)行聲光提示）。這些細(xì)節(jié)也是必要的。該方法在室內(nèi)已經(jīng)經(jīng)過(guò)嚴(yán)格測(cè)試，并投入運(yùn)行階段，工作穩(wěn)定。

作者郵箱：e-mail:ne_iredell@163.com