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(jī)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(shí)別 讀寫(xiě)器 RF 射頻識(shí)別ＲＦＩＤＲａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ技術(shù)是二十世紀(jì)九十年代興起的一項(xiàng)自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它利用無(wú)線射頻方式進(jìn)行非接觸式雙向通信。ＲＦＩＤ系統(tǒng)中卡片與讀寫(xiě)器之間無(wú)須物理接觸即可完成識(shí)別，可實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)識(shí)別和運(yùn)動(dòng)目標(biāo)識(shí)別，應(yīng)用范圍更加廣泛。 根據(jù)工作頻率不同，ＲＦＩＤ系統(tǒng)可分為低頻、中頻、高頻系統(tǒng)。低頻系統(tǒng)一般工作在１００ｋＨｚ～５００ｋＨｚ，中頻系統(tǒng)工作在１０ＭＨｚ～１５ＭＨｚ，它們主要適用于短距離、低成本識(shí)別高頻系統(tǒng)工作在８５０ＭＨｚ～９５０ＭＨｚ以及２．４ＧＨｚ～５ＧＨｚ的微波段，適用于距離長(zhǎng)、讀寫(xiě)數(shù)據(jù)率高的場(chǎng)合。本文介紹的ｅ５５５１ ＲＦＩＤ系統(tǒng)屬于低頻系統(tǒng)，工作頻率范圍為１００ｋＨｚ～１５０ｋＨｚ，最大識(shí)別距離約為２０ｃｍ。１ 非接觸式ｅ５５５１卡工作原理 ｅ５５５１ ＲＦＩＤ系統(tǒng)組成如圖１所示。其中ＰＣ通過(guò)ＲＳ４８５通信遠(yuǎn)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(nèi)線圈在特定交變磁場(chǎng)１００ｋＨｚ～１５０ｋＨｚ中耦合，ｅ５５５１獲得感應(yīng)電流，再通過(guò)整流得到直流加到卡內(nèi)電路，ｅ５５５１得到工作電壓和電流。通過(guò)讀寫(xiě)器的線圈感應(yīng)ｅ５５５１卡產(chǎn)生的磁場(chǎng)來(lái)讀取ｅ５５５１發(fā)送的數(shù)據(jù)。 １．１ ｅ５５５１卡的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu) ｅ５５５１卡內(nèi)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(chǔ)ｅ５５５１卡的參數(shù)設(shè)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(dāng)加密功能沒(méi)有使用時(shí)存放用戶(hù)數(shù)據(jù)；其它六個(gè)存儲(chǔ)塊存放各種數(shù)據(jù)。１．２ ｅ５５５１卡工作參數(shù)的設(shè)定 ＢＬＯＣＫ０用于設(shè)置ｅ５５５１卡的各種操作特性，如同步信號(hào)、數(shù)據(jù)流格式、數(shù)據(jù)流長(zhǎng)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(shè)定：位率可設(shè)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(diào)制方式設(shè)定：調(diào)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(diào)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(shè)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(yīng)該事先在ＢＬＯＣＫ７寫(xiě)入密碼。啟動(dòng)口令加密功能后，用戶(hù)對(duì)ｅ５５５１卡中數(shù)據(jù)進(jìn)行修改均要求提供密碼驗(yàn)證，密碼正確時(shí)修改有效，否則修改無(wú)效。圖3 e5551芯片上電后線圈兩端的電壓（４）請(qǐng)求應(yīng)答（Ａｎｓｗｅｒ Ｏｎ Ｒｅｑｕｅｓｔ）設(shè)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(qū)后不主動(dòng)發(fā)射數(shù)據(jù)，由基站給ｅ５５５１卡發(fā)射喚醒命令后再發(fā)射數(shù)據(jù)。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(cè)到合法喚醒命令時(shí)才恢復(fù)發(fā)射數(shù)據(jù)。 （５）同步信號(hào)設(shè)定：ｅ５５５１卡可以使用兩種不同的同步信號(hào)—Ｓｅｑｕｅｎｃｅ Ｔｅｒｍｉｎａｔｏｒ和Ｂｌｏｃｋ Ｔｅｒｍｉｎａｔｏｒ。Ｓｅｑｕｅｎｃｅ Ｔｅｒｍｉｎａｔｏｒ在每個(gè)數(shù)據(jù)循環(huán)開(kāi)始時(shí)出現(xiàn)；Ｂｌｏｃｋ Ｔｅｒｍｉｎａｔｏｒ在每個(gè)ＢＬＯＣＫ數(shù)據(jù)開(kāi)始時(shí)出現(xiàn)。兩種同步信號(hào)分別由第２９、３０位確定，它們既可以獨(dú)立使用也可以結(jié)合使用。 （６）發(fā)射最大數(shù)據(jù)塊數(shù)設(shè)定（ＭＡＸＢＬＫ）：由第２５、２６、２７位確定。當(dāng)ＭＡＸＢＬＫ設(shè)置為０時(shí)，ｅ５５５１卡只發(fā)射ＢＬＯＣＫ０的數(shù)據(jù)給基站；當(dāng)設(shè)置為１時(shí)ｅ５５５１卡只發(fā)射ＢＬＯＣＫ１的數(shù)據(jù)給基站；當(dāng)設(shè)置為２時(shí)，ｅ５５５１卡發(fā)射ＢＬＯＣＫ１和ＢＬＯＣＫ ２的數(shù)據(jù)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(yīng)小于７，這樣ｅ５５５１將不發(fā)射ＢＬＯＣＫ７的數(shù)據(jù)。 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(nèi)部，有個(gè)與ｅ５５５１芯片相連的線圈，該線圈是ｅ５５５１芯片供電與讀卡器的雙向通信接口。ｅ５５５１卡就是利用該線圈產(chǎn)生具有阻尼特性的載頻信號(hào)向讀卡器發(fā)送數(shù)據(jù)。具體工作原理如圖３所示。當(dāng)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(yīng)ｅ５５５１卡內(nèi)的ＬＣ調(diào)諧電路產(chǎn)生感應(yīng)電流，該電流經(jīng)過(guò)ｅ５５５１芯片內(nèi)的整流器和過(guò)壓保護(hù)電路得到ｅ５５５１芯片的直流工作電壓，形成上電復(fù)位，對(duì)應(yīng)圖３中的第一段；接著讀?。澹担担担毙酒瑑?nèi)ＢＬＯＣＫ０的數(shù)據(jù)，即圖３中的第二段；約２ｍｓ后，ｅ５５５１卡按照設(shè)定的工作模式發(fā)送數(shù)據(jù)，首先從ＢＬＯＣＫ１的第一位開(kāi)始，直到ＭＡＸＢＬＫ所設(shè)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(duì)ｅ５５５１卡內(nèi)流過(guò)線圈的電流間隔性中斷實(shí)現(xiàn)寫(xiě)卡，用電流流過(guò)ｅ５５５１卡內(nèi)線圈的持續(xù)時(shí)間實(shí)現(xiàn)對(duì)０和１的編碼。詳細(xì)過(guò)程如圖４所示。 ｅ５５５１卡讀完ＢＬＯＣＫ０數(shù)據(jù)后進(jìn)入默認(rèn)的讀卡操作，如圖４左半部分。若檢測(cè)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(xù)時(shí)間一般為５０μｓ～１５０μｓ，但為了便于可靠地檢測(cè)起始電流中斷，起始電流中斷一般大于１５０μｓ。一般地，電流持續(xù)２４個(gè)磁場(chǎng)脈沖周期編碼為０，電流持續(xù)５６個(gè)磁場(chǎng)脈沖周期編碼為１。當(dāng)電流持續(xù)了６４個(gè)磁場(chǎng)脈沖周期后仍未檢測(cè)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(shù)據(jù)正確就開(kāi)始將數(shù)據(jù)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(gòu)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(nèi)部電路共同構(gòu)成解調(diào)電路；用天線與內(nèi)部驅(qū)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(wěn)定頻率；用電阻Ｒ１及Ｒ７調(diào)節(jié)發(fā)射頻率；通過(guò)二極管Ｄ５進(jìn)行信號(hào)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(diào)制的數(shù)據(jù)，位數(shù)據(jù)１對(duì)應(yīng)著電平上跳，位數(shù)據(jù)０對(duì)應(yīng)著電平下跳。設(shè)ＲＦ＝１２５ｋＨｚ，位傳送速率Ｂｉｔｒａｔｅ＝ＲＦ／３２，則每傳送一位數(shù)據(jù)的時(shí)間（位傳送周期）為： １Ｐ＝32/125kHz＝２５６μｓ圖6 讀卡流程圖在一串?dāng)?shù)據(jù)序列中，兩個(gè)相鄰位數(shù)據(jù)傳送跳變時(shí)間間隔為１Ｐ。若相鄰位數(shù)據(jù)極性相同，則在該兩次數(shù)據(jù)傳送電平跳變之間，有一次非數(shù)據(jù)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(hào)，然后按上述編碼規(guī)則逐個(gè)檢測(cè)電平變化并記錄對(duì)應(yīng)時(shí)間Ｔ１或Ｔ２，Ｔ１＝９０μｓ～１８０μｓ，Ｔ２＝２１０μｓ～３００μｓ。如前一數(shù)據(jù)為１的情況下，測(cè)得高電平時(shí)間為Ｔ１，對(duì)應(yīng)下降沿?zé)o效，應(yīng)接著測(cè)下一上升沿并得１；若測(cè)得高電平時(shí)間為Ｔ２，對(duì)應(yīng)下降沿有效并得０。如前一數(shù)據(jù)為０的情況下，測(cè)得低電平時(shí)間為Ｔ１，對(duì)應(yīng)上升沿?zé)o效，應(yīng)接著測(cè)下一下降沿并得０；若測(cè)得低電平時(shí)間為Ｔ２，對(duì)應(yīng)上升沿有效并得１。據(jù)此即可以串行方式讀出卡內(nèi)的數(shù)據(jù)。讀卡程序流程圖如圖６所示。 寫(xiě)卡時(shí)，寫(xiě)０，ＣＦＥ＝１持續(xù)１９２μｓ，然后ＣＦＥ＝０持續(xù)２８０μｓ；寫(xiě)１，ＣＦＥ＝１持續(xù)４４８μｓ，然后ＣＦＥ＝０持續(xù)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(tǒng)、考勤系統(tǒng)等。如果硬件和軟件設(shè)計(jì)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(yīng)用必然更加廣泛。