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基于 FM1702SL 的 MIFARE 非接触式 IC 卡读卡器设计
徐凌峰
摘要 : 此设计主要是用在智能门禁系统的产品中 。 上位机通过读卡器读取的 IC 卡号
来控制门的开关 , 以及对进出人员的管理 。 本文主要内容是智能门禁系统前端读卡器的
设计 , 包括读卡器的硬件设计和软件设计 。 硬件设计主要包括天线的设计 、 读卡器芯片
与控制器的连接 ; 软件设计主要用于读卡器的调试 , 功能包含读卡 、 写卡 、 加值和减值
等。
关键词: FM1702SL , ISO14443 A ,读卡器 ,射频识别
1. 系统介绍
本文所设计的读卡器可用在门禁系统、安防锁和考勤等系统中,这里主要是用于智
能安防锁项目。通常设计的 RFID 系统中读卡器的上位机为 PC 机,便于将卡序列号 与
PC 机数据库中存储的卡号进行对比来确定卡的合法性,以此来进行后续操作。由于安
防锁应用的特殊性,在此系统中没有将读卡器模块直接通过 RS485 或 RS232 等接口 与
PC 机相连,而是通过 SPI 或韦根接口与安防锁中的主控制器相连,所有数据均存放在
锁体内部主控制部分的 FLASH 中,在需要时可由安防锁中的主控制器通过 RS485 、串
口以及 RJ45 接口三种方式向更上一级的 PC 机传输。
在读卡 器模块中使用 STC12C5410 单片机来控制 FM1702SL 的工作 。 为了便于后期
的升级和维护 , 将 STC12C5410 的串口留出 , 用来接 PC 机进行模块调试及程序的下载 。
系统所使用的 FM1702SL 是一种基于 ISO14443
Type
A 协议的读卡芯片,工作频率
为 13.56
MHz
,属于高频 RFID ,识别距离最大 可达 10
cm
。系统可以识别满足 ISO14443
Type
A 协议的所有卡,如: Mifare one S50 、 Mifare one S70 和 Mifare pro 等型号, 这里
所 使用的是 Mifare one S50 卡。
ISO14443
Type
A 协议规定 PCD
(
Proximity Coupling Device, 接近式耦合设备即读
卡器
)
向 PICC
(
Proximity C ard, 接近式卡即射频卡
)
传输数据时速率为 106
kbps
,使用
的是改进型 Miller 编码方式,调制为 100% 的 ASK 信号。当 PICC 向 PCD 返回数据时
,
通信速率为 106
kbps
,采用 Manchester 编码,调制为 847
kHz
负载波调制的 OOK 信号 。
2. 系统设计及工作原理
系统框图如图 1 所示,主要包含两个部分: MCU 和 FM1702SL 。 MCU 选择的 是
STC12C5410 , 用来控 制 FM1702S
L
对 Mifar e 卡进行读写操作及完成数据的上传和接收 。
MCU 通过 RS232 接口与 PC 机相连 , 用于调试 。 在系统调试阶段 , 由 PC 机发送命
令到 MCU , MCU 根据接收到的指令来对 FM1702SL 进行操作来完成对 Mifare 卡的读
2
写。操作完成后, MCU 会将 PICC 的返回值上传至 PC 机,并在 PC 机的调试界面上显
示。
图 1 系统框图
MCU 以 SPI 或韦根方式与上位机进行通信 。 在这此系统中 , 上位机指的是锁体中用
于控制锁开关的控制部分。
韦根是国际标准的射频卡数据传输协议。韦根协议有很多格式,在射频卡中,韦根
-26 是被广泛采用的一个工业标准 , 门禁控制系统中基本上都采用这种格式 。 韦根 -26 数
据格式如表 1 所示。
[1]
表 1 韦根 -26 数据格式
Bit1 Bit2~Bit9 Bit10~Bit25 Bit26
第 2~13 位的偶校验位 HID 码低 8 位 PID 码 第 14~2 5 位的奇校验位
HID( Hidden
ID
code, 隐含码
)
和 PID( Public
ID
code, 公开码
)
是射频卡中存储的
两种类型码 , PID 很容易在读卡器的输出结果中找到 , 但 HID 在输出结果中部分或全部
隐掉。在读卡过程中,卡片将上传自己的 HID 和 PID 并与读卡器中存储的 HID 进行比
较,如果不同则卡无法在读卡器上正常工作。
根据韦根协议制造的接口称作韦根接口 , 韦根接口 由 3 根线构成 , 两根数据 线
DATA
0
和 DAT A1 以及一根信号地 。在没有数据输出时 DAT A0 和 DAT A1 都保持高电平,若输
出为 0 ,则 DAT A0 输出一段低电平;若输出为 1 ,则 DAT A1 输出一段低电平。
系统所使用的 Mifare one S50 卡属于电感耦合卡,卡片由一个卷绕天线和特定用途
的集成电路模块组成 , 模块内包含一个高速 RF 接口 , 一个控制单元和一个容量为 1K
B
的 EEPROM 组成 。
卡片内的 EEPROM 被分为 16 个扇区 , 每个扇区又分为 4 块 。 第 1 扇区的第 1 块 为
制造商块, 用来存储卡片的序列号等卡片信息,此部分内容不可更改 ; 每个扇区 的第 4
块为控制块,存放扇区的密码 及访问控制位 ; 其它 块为数据块,用于 存放用户数据。
STC12C5410
FM1702SL
天线
上位机
PC 机
SPI/ 韦根
RS232
SPI
3
系统所使用的 Mifare 卡属于一种无源卡 , 所需能量来自于对读卡器发送电磁波的耦
合 , 原理类似于变压器 。 工作时读卡器不断向周围发送固定频率的电磁波 , 通过电磁感
应在卡片内部的线圈上产生感应电压 , 经过整流和稳压处理之后提供给内部控制模块工
作电压 ,将 卡 内数据发射出去或接收读写器的数据 。读卡器再将数据上传至上位机 , 上
位机根据接收到的数据来指引后续操作。
3.
3.
3.
3. 系统硬件设计
硬件部分主要包括天线的设计和 MCU 及 FM1702SL 的接口设计。
3.1
3.1
3.1
3.1 MCU
MCU
MCU
MCU 接口设计
MCU 接口设计如图 2 所示。
图 2 MCU 接口设计
MCU 使用的是 STC12C5410 单片机 。 STC12C5410 采用的是高速的 RISC 型 CPU 内
核,速度比普通 8051 快 12 倍;宽电压,低功耗设计;片内具有 EEPROM 功能;高 速
SPI 通信端口;指令上采用先进的 RISC 精简指令集结构,可与普通 8051 指令兼容。
单片机的 P3.2~P3.5 口与 FM1702 SL 的 SPI 接口相连,用于单片机与读卡器芯片间
的数据通信 。 P3.0 和 P3.1 口引出 , 通过 RS232 电平转换模块与 PC 机相接 , 通过 PC 机
可实现程序下载和数据的收发。 P1.4~P1.7 为单片机的高速 SPI 接口,引出后与锁体部
分的主控制器相连,用于向主控制器上传卡信息。 P1.0 与 FM1702 SL 的复位端口相连
。
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资源评论
- zenghong22013-08-06设计时参考一下还是不错的
- www198706132013-08-24还可以用,不过没有那么详细
- huyangfeihua2012-10-21还可以用,不过没有那么详细
- hs14izt2015-11-25比较专业,但不够详细。对PCB板设计没详细说明
xulf466721896
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