非接觸IC卡 MFRC500原理

文章出處：http://m.overnightmodel.com 作者：語馨 收編   人氣： 發(fā)表時間：2011年09月23日

　　1 非接觸IC卡天線組成

　　非接觸IC卡天線是影響讀卡性能的一個決定性因素，天線設(shè)計的好壞直接影響到讀卡系統(tǒng)的穩(wěn)定性。如圖1所示，整個天線部分電路由EMC濾波電路、接收電路和天線線圈電路3部分組成。EMC濾波電路的作用是減弱由天線發(fā)射電路產(chǎn)生的高次諧波對外界的影響。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上交流信號的幅度。虛線右方所示的電路即為所要設(shè)計的天線，包擴(kuò)天線線圈和相關(guān)的諧振元器件。

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

圖1 天線模塊電路

　　2 非接觸IC的電子錢包功能

　　有值卡一般用于小額消費中，電子錢包就是典型的應(yīng)用。電子錢包的操作包括讀(READ)、加(INCREMENT)、減 (DECREMENT)、傳送(TRANSFER)和恢復(fù)(RESTORE)等。電子錢包一般采用值段方式進(jìn)行存儲，廠家也提供值段操作函數(shù)幫助用戶方便地進(jìn)行開發(fā)。值段也稱為“值塊（Value Block）”,Value的長度為4字節(jié)（包括符號位）。為了提高錯誤檢測和糾錯能力，在一個Value Block中每一個Value存入3次，如下所示： 

    在進(jìn)行任意計算之前，在芯片內(nèi)部檢查3個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)的計算過程如圖2所示。計算結(jié)果暫存入DATA寄存器（即數(shù)據(jù)寄存器），然后用TRANSFER命令寫入寄存器。 

　　圖2 Value計算示意圖

　　3 軟件的實現(xiàn)

　　MF1 IC S50有8 Kb EEPROM，分成16個區(qū)，每個區(qū)又分成4個塊(Block0~3),一個分組有16字節(jié)。為了方便用戶使用,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，會有兩種情況出現(xiàn)：

    ① 值操作未完成，值為原值不變； 
    ② 值操作已完成，值為正確計算結(jié)果。這將導(dǎo)致無法根據(jù)函數(shù)返回值來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）。換句話說，雖然為 MI_OK時能確定操作正確，但是由于為“非MI_OK”時可能完成操作，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。

    針對上述的情況，為了保證能正確地對卡進(jìn)行操作和保證數(shù)據(jù)不丟失，一般在一個區(qū)劃分2個數(shù)據(jù)塊作為電子錢包，采用值段格式進(jìn)行存儲，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），此時主值塊還沒改變；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

　　電子錢包作為有值卡的一種，對其操作的穩(wěn)定性是非常重要的。在硬件方面，盡量把讀卡器天線的讀卡范圍調(diào)到讀卡的最大距離，以保證卡和天線有充分的時間耦合，為卡創(chuàng)造一個良好的硬件條件。但是由于讀卡器的個體差異和個人刷卡習(xí)慣的不同，也會導(dǎo)致一些異?，F(xiàn)象。這時需要用軟件來彌補(bǔ)硬件上的不足。雙值塊操作雖然犧牲一些刷卡的時間，但是解決了單值塊操作出現(xiàn)的一些問題，即使一個值塊出現(xiàn)了問題，也能從另一個值塊把數(shù)據(jù)傳送過來，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天線之前完成對卡的操作，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)過嚴(yán)格測試，并投入運行階段，工作穩(wěn)定。

作者郵箱：e-mail:ne_iredell@163.com