RFID原理以及常用芯片介绍

上海匹易电子科技有限公司通用型RFID读写器的总体设计方案第一章读写器的总体需求通用型非接触式IC卡要应用于各种场合，因此，必须具备各种功能。一套完整的系统可以应用于诸如电子交易、医疗保险凭证、驾车授权凭证、车辆加油管理系统、家居、公司办公通道、各种限权进入场所的门禁系统、各类电、水、热能和煤气计量表具的预付费系统等等。因而整套系统具有如下的特征。■具备电子现金的自动存储功能。■具备电子现金的自动折扣功能，包括固定的金额折扣和不同的金额折扣。■具备身份识别功能，支持高级的门禁系统。■具备随卡的密码授权功能。■具备数据上传功能，支持网络通信。■具备数据的三层保密功能。■支持网络数据库。基于以上的系统总体特征，那么，系统终端即读写器必须具备以下四大总功能：（1）读写器必须具备对射频卡的数据处理功能，包括读写器对卡的读数据和写数据两部分，这里提到的数据包括各种各样的数据，其中有电子货币的数据、身分代码的数据、密码授权的数据。（2）读写器必须具备数据记录功能，即对于需要记录的数据信息进行实时记录，以达到信息中心进行数据分析的需求。（3）读写器必须具备与PC机的通信功能，此功能可以用于发卡中心对卡的初始化，也可以用于对射频卡的数据直接进行记录。（4）读写器必须具备与Moden的通信功能（该功能的实现待定），此功能可以用于系统终端与信息管理中心进行数据交换，从而解决整个系统的信息分析需求。上海匹易电子科技有限公司整个读写器的结构图如下：PCR/WCardModenReader/WriterInformationManagercenterInforCardsManagercenter上海匹易电子科技有限公司第二章读写器的设计2.1读写器的硬件设计根据应用环境（供电条件、功耗要求）的不同需求来设计发射基站电路。绕制合适的天线线圈，要求达到需要的射频频率。设计微控制器的控制接口电路对基站电路进行控制，以达到预定的操作目的。根据应用环境（各个网点和售卡中心）的不同需求来设计微控制器的数据存储能力和数据通信方式。对于各个网点的读写器来说，除了需要对射频卡进行各种操作以外，还应该有专门的数据存储空间，用来存储当天的各种信息，进而能提供给信息管理中心，以供其信息分析之用，因而各个网点的读写器必须有数据存储功能，并且读写器与信息管理中心的数据交换还决定了各个网点的读写器必须有与Moden的接口电路。对于售卡中心的读写器来说，只需要实现对射频卡的各种操作，但是由于对射频卡的各种操作是通过PC机发指令给读写器而实现的，因而在设计售卡中心的读写器时，读写器必须有与PC机通信的接口电路。2.2读写器的软件设计根据设计好的硬件电路的约定来设计读写器的应用软件。设计的读写器的软件包括读写程序，读写程序要求能够对射频卡进行完备的操作，包括读数据，写数据，数据的加密控制等等。设计的读写器的软件还包括读写器与PC机的通信软件，通信软件具有自己设定的通信协议，并具有加密功能，能对相应的数据进行译码，以加强系统的安全性。设计的读写器的软件还包括读写器与Moden之间的数据通信软件，此软件用来终端（即读写器）与信息中心的网络数据库进行数据交换，以实现网络中心的信息统计（此模块待定）。设计的所有应用软件必须模块化，争取做到需要实现那个功能，只需把相应的模块结合在一起就可以实现的地步，这样做就有利于产品的二次开发，有利于产品的升级和更新换代。上海匹易电子科技有限公司第三章读写器的实现3.1读写器的硬件实现读写器大致分为两种类型，即信息管理中心的读写器和售卡中心的读写器。由于两种读写器所需实现的功能不一样，因而器硬件电路的实现也不一样。下面分别来说明。信息管理中心读写器的硬件配置如下：■发射卡采用TEMIC公司的射频卡，其发射芯片的型号包括e5530、e5550、e5560。■基站芯片采用TEMIC公司的U2270B基站接收芯片。■微控制器采用ATMEL公司的AT89CXX芯片。■读写器留有一个接口与Moden进行数据通信，支持读写器与信息管理中心之间的通信信息管理中心读写器的结构图：存储器控制器天线接口读数据通道OscMCU2射频125HZ载波使能数据输出ModenportInformationmanegercenterMCU1e5550系列射频卡基站芯片U2270B及外围电路微控制器1AT89C51微控制器2AT89C52Moden一些说明：读写器的射频卡采用TEMIC公司的射频卡e5550系列，基站芯片采用与e5550相配套的U2270B基站接收芯片，微控制器采用ATMEL公司的AT89CXX系列，微控制器1采用AT89C51，用来完成对基站芯片U2270B的控制，微控制器2采用AT89C52，用来完成数据的存储以及与Moden的通信。上海匹易电子科技有限公司售卡中心读写器的硬件配置如下：■发射卡采用TEMIC公司的射频卡，其发射芯片的型号包括e5530、e5550、e5560。■基站芯片采用TEMIC公司的U2270B基站接收芯片。■微控制器采用ATMEL公司的AT89CXX芯片。■读写器留有一个接口与PC机进行数据通信，支持读写器与售卡中心之间的通信售卡中心读写器的结构图：存储器控制器天线接口读数据通道Osc射频125HZ载波使能数据输出RS232portMCUe5550系列射频卡基站芯片U227B及外围电路微控制器AT89C52Cardsmanegercenter一些说明：读写器的射频卡采用TEMIC公司的射频卡e5550系列，基站芯片采用与e5550相配套的U2270B基站接收芯片，微控制器采用ATMEL公司的AT89CXX系列，微控制器采用AT89C51，用来完成对基站芯片U2270B的控制以及读写器与PC机之间的通信。读写器的主要芯片的简介发射芯片和基站芯片概述e5550的全称是标准读写识别集成电路（StandardRead/WriteIdentificationIC），实际即是一种低频发射机应答器(Tronsponder)。它与基站读写集成电路（Read/WriteBaseStationIC）U2270B相匹配，构成非接触式IC卡系统的核心器件。这两种器件统称为非接触式读写识别集成电路，均由德国本茨集团麾下的Telefunken半导体公司开发，目前已转由Atmel公司上海匹易电子科技有限公司生产。因其工作可靠、价格低廉、兼容性强等特点，而被广泛应用于各个领域。e5550发射芯片的基本性能如下：（1）低电压、低功耗CMOS结构的IDIC。（2）射芯片的电源是通过非接触的线圈耦合获得。（3）额定的发射（RF）振荡频率范围为：100～150kHZ。（4）8个存储区的首地址分别为该区的写保护位“L”。当写“1”时，该区为只读区；当写“0”时，该区为既可读，又可写区。（5）8个存储区的第0区为工作方式设置区，通常是不发送的，而其他的7个区每个区中各有32位，即总共224个位供用户使用。（6）8个存储区的第8个区为密码设置区，可供用户选择，当用户选择密码设置方式时，第8个区就供密码存储用，如果成功破译密码的话至少要花上4年时间，足够起到保护作用；如果用户选择不设置密码的方式，那么第8区可供用户作为一般的数据存储区来使用。（7）具备正强防护功能，以免非接触式卡的EEPROM误编程。（8）每一存储区的写操作时间一般不超过50ms。（9）EEPROM操作的一些其他选项：●比特率的传送－RF/8,RF/16,RF/32,RF/40,RF/50,RF/64,RF/100,RF/128.●调制方式－BIN、FSK、PSK、Manchester、Biphase。●其他－请求应答（AOR）、终止方式、口令方式。（10）适用温度范围：－45℃～＋125℃。表1e5550发射芯片的存储区映射位序01EEPROM内分区第区234567L工作方式区用户数据或口令区0第区第区第区第区第区第区第区用户数据区用户数据区用户数据区用户数据区用户数据区用户数据区LLLLLLL1......32上海匹易电子科技有限公司U2270B基站芯片的基本性能如下：（1）载波频率FOSC的范围为100～150kHZ。（2）FOSC为125kHZ时，典型的数据传输速率为5kb/s。（3）适用的调制方式为Manchester、Biphase。（4）可由5V的稳压电源或汽车蓄电池供电。（5）调谐能力。（6）与微控制器又兼容接口。（7）处于备用工作方式时，其功耗甚低。（8）有一与微控制器供电的输出端。（9）适用温度范围：－40℃～＋125℃。微控制器概述ATMEL公司的AT89CXX系列单片机，以其功能强大、价格低廉、实用性强、使用寿命长、保密性好而闻名于工控界。AT89C52是一款低功耗、高性能的8位CMOS微控制器，它带有8K的可编程存储器，应用了ATMEL公司的高精密存储器技术研制而成。指令与MCS－51系列单片机相匹配。AT89C52的基本性能如下：（1）与MCS－51系列的产品相匹配。（2）8K容量的可编程闪存，擦写次数可达1'000余次。（3）完全静态运行模式：0～24MHZ。（4）三层程序存储器加密。（5）256X8Bit的内部RAM。（6）32个可编程I/O口。（7）3个16位的定时/计数器。（8）8个中断源。（9）串行可编程通道。（10）低功耗和掉电模式。（11）适宜的温度范围为：－55℃～＋125℃。上海匹易电子科技有限公司3.2读写器的软件实现一般来说，不同的读写器其相应的应用软件也不相同，但是由于本系统的开发是以软件的模块化为宗旨，所以，尽管要求实现的功能不同，但是构成不同功能的软件模块还是固定不变的，这也就是说，只要把相应的软件模块组合在一起，就可以实现所需的功能。因而，在设计读写器的应用软件时，就必须把软件模块化，从大的方面来看，软件的设计可以分为三大模块：(1）读写器对卡的读写操作。软件设计要求设计汇编程序完成对射频卡的完备操作（包括读操作、写操作以及命令发送等）。读卡程序要求用软件模拟信号时序，自动检测同步信号同步后要根据选择的编码方式进行软件解码，最后将解码得到的数据流按合理顺序存人指定存储区。写卡程序使用开关天线负载的方法对数据进行编码，要求能向IC卡发射各种组合的数据流，完成对IC卡的各种控制功能（注：写程序只完成向IC卡发送数据的功能，对命令或写操作的执行情况不做检测，而是由读卡程序获取IC卡的反馈信息后再进行比较判断）。（2）读写器与PC机的通信。软件设计要求设计用汇编语言完成读写器与PC机的通信。在与PC机的通信过程中，采用自己设定的通信协议，并具有字符转换的功能，进而起到数据的软件保护作用。通信协议的命令格式采用自己规定的命令控制字，按预先的设定值来实现相应的功能。（3）读写器与Moden的通信。软件设计要求设计用汇编语言完成读写器与Moden的通信。在于Moden的通信过程中，除了应用通用的拨号、应答、数据传输方式以外，设定自己的数据格式，并具有数据转换功能，进而起到数据的软件保护作用。根据上面的叙述，在设计读写器的软件时，我们把读写器的软件分成以下一些模块：●读写器的读卡程序模块。●读写器的写卡程序模块。●读写器的初始化模块，包括金额存储、身份登记等。●读写器的身份识别程序模块。●读写器的自动折扣程序模块。●读写器的授权程序模块。●读写器与PC机的通信程序模块。●读写器与Moden通信程序模块。（待定）