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基于IC智能卡中的非接触式读写模块设计

发布时间:2020-02-02 22:52:06 阅读: 来源:内燃机厂家

引言

本文引用地址:智能卡中的接触式卡以及非接触式IC智能射频卡的高度安全保密性。使之在IC卡领域异军突起。特别是在公共交通行业的电子车票、卫生医药中的医疗保险、停车场等封闭式场所管理、身份识别、智能大厦中的电子巡更保安系统等领域中应用前景尤为广阔[1]。

目前国际上非接触式IC智能射频卡中的主流技术是PHILIPS公司的MIFARE技术.已经被制定为国际标准一IS014443 TYPEA标准。本模块采用的国产非接触卡读卡机专用芯片FM1702,正是基于此国际标准。该模块具有体积小、易于嵌入到应用系统中使用的特点。

1 FM1702SL简介

FM1702SL是复旦微电子股份有限公司基于IS014443标准设计的非接触卡读卡机专用芯片,该芯片采用的是0.6微米CMOS EEPROM工艺制造.可支持ISOl4443 typeA协议和MIFARE标准的加密算法。芯片内部集成了模拟调制解调电路。因而只需搭接最少量的外围电路就可以工作。FM1702SL芯片支持SPI接口,其数字电路具有TTL、CMOS两种电压工作模式。特别适用于ISO14443标准下的水、电、煤气表等计费系统的读卡器的应用。该芯片的三路电源都适用于低电压。

2 非接触读写系统组成

该系统主要由MCU、FM1702SL、RS232/I2C通信模块、ISP在线调试接口和天线组成。系统组成框图如图1所示。用户只需简单地通过选定的UART或IIC接口发送命令就可以对卡片进行操作,MCU根据接收到的命令来控制FM1702SL,并由FM1702SL驱动天线对MiFare卡进行读写操作。

系统MCU采用PHILIPS增强型单片机LPC931,其可以通过ISP在线调试,且运行稳定。射频非接触式IC卡读写模块同时支持IIC和UART通讯接口。通过对模块的引脚设置电平可确定模块的通讯端口是IIC还是UART。

3 天线设计[2]

系统数据存储在无源Mifare卡中。读写模块的主要任务是将能量传输给Mifare卡。并与之建立通信。天线是非接触式IC卡读写模块的一个重要组成部分,在读写模块和非接触式IC卡通信过程中,天线用于产生能发射和接收射频信号的磁通量.而磁通量用于向卡提供电源并在读写模块和卡片之间传送信息。因此,在设计中要求天线线圈的电流最大,以用于产生最大的磁通量,并要确保有足够的带宽。读写模块的性能与天线的参数有着直接的关系。在对天线的性能进行优化之后。读写模块的读卡距离可以达到10 cm。

由于FM1702SL的频率是13.56 MHz.属于短波段,因此可以采用小环天线。小环天线有方型、圆形、椭圆型、三角型等,本系统采用的是矩型天线。天线的最大几何尺寸同工作波长之间没有一个严格的界限。一般定义为:

L/λ≤1/(2π) (1)

式中,L是天线的最大尺寸,λ是工作波长。对于13.6 MHz的系统来说,天线的最大尺寸在50cm左右。

在天线设计中,品质因数Q是一个非常重要的参数。对于电感耦合式射频识别系统的读写器天线来说。较高的品质因数值会使天线线圈中的电流强度也较大,由此可改善对卡的传送功率。品质因数的计算公式为:

式中,f0是工作频率,Lcoil是天线的尺寸,Rcoil是天线的半径。

冲田杏梨

系列番号

佐佐木绘奈

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