1、【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】 MF RC500的射頻識(shí)別讀寫器設(shè)計(jì) 與傳統(tǒng)的接觸式IC卡、磁卡相比較，利用射頻識(shí)別技術(shù)（radiofrequncyidentification）開發(fā)的非接觸式IC識(shí)別器，在系統(tǒng)壽命、防監(jiān)聽、防解密等性能上具有很大的優(yōu)勢(shì)。利用MCU89C52、MFRC500、Mifare卡等構(gòu)建非接觸式IC讀寫器，并在該讀寫器根底上能很容易地開發(fā)出適用于各方面的自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)。 1MFRC500介紹 MFRC500是應(yīng)用于13.56MHz非接觸式通信中高集成讀卡IC系列中的一員。該讀卡IC系列利用先進(jìn)的調(diào)制和解調(diào)概念，完全集成了在13.56MHz下所有類型的被動(dòng)非接觸式通信方式和

2、協(xié)議。MFRC500支持ISO14443A所有的層，內(nèi)部的發(fā)送器部分不需要增加有源電路就能夠直接驅(qū)動(dòng)近操作距離的天線（可達(dá)100mm）；接收器部分提供一個(gè)牢固而有效的解調(diào)和解碼電路，用于ISO14443兼容的應(yīng)答器信號(hào)；數(shù)字部分處理ISO14443A幀和錯(cuò)誤檢測(cè)（奇偶&CRC）。此外，它還支持快速CRYPTO1加密算法，用于驗(yàn)證Mifare系列產(chǎn)品。方便的并行接口可直接連接到任何8位微處理器，給讀卡器/終端的設(shè)計(jì)提供了極大的靈活性。 2系統(tǒng)組成 從圖1可以看出，系統(tǒng)主要由MCU、時(shí)鐘芯片、MFRC500、液晶屏、看門狗以及485通信模塊組成。系統(tǒng)的工作方式主要是，先由MCU控制MFRC500驅(qū)

3、動(dòng)天線對(duì)Mifare卡，也就是應(yīng)答器（PICC），開展讀寫操作。然后，根據(jù)所得的數(shù)據(jù)對(duì)其它接口器件，如液晶屏、EEPROM、時(shí)鐘芯片等，開展響應(yīng)操作。，與PC機(jī)之間開展通信，把數(shù)據(jù)傳給上位機(jī)。 MCU采用89C52，是因?yàn)?9C52開發(fā)簡(jiǎn)單，運(yùn)行穩(wěn)定。EEPROM采用24C256，用于存儲(chǔ)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。24C256是串口操作方式，是一種性價(jià)比較高的存儲(chǔ)芯片。液晶屏采用帶字庫(kù)的ST7920，是因?yàn)樗遣⒖诓僮鞣绞降模僮鞣奖恪r(shí)鐘芯片采用DS12C887。DS12C887是Dallas公司生產(chǎn)的新型產(chǎn)品，內(nèi)置電池，可連續(xù)使用10年，可以方便記錄事件的發(fā)生時(shí)間。為了防止系統(tǒng)“死機(jī)”，使用x5045作

4、為看門狗。X5045是串口工作方式，內(nèi)置EEPROM，可用來存儲(chǔ)一些系統(tǒng)參數(shù)。與上位機(jī)的通信采用RS-485通信模塊，通信距離可以到達(dá)1000m左右。 整個(gè)系統(tǒng)由24V電源供電，再由穩(wěn)壓模塊7805穩(wěn)壓成5V的電源。由于7805的工作熱量很高，故在7805上安置一個(gè)散熱片。 3系統(tǒng)工作原理 系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在無源Mifare卡，也就是PICC中。從圖2可以看出，PCD的主要任務(wù)是傳輸能量給PICC，并建立與之的通信。PICC是由一個(gè)電子數(shù)據(jù)作載體，通常由單個(gè)微型芯片以及用作天線的大面積線圈等組成；而PCD產(chǎn)生高頻的強(qiáng)電磁場(chǎng)，這種磁場(chǎng)穿過線圈橫截面和線圈周圍的空間。因?yàn)镸FRC500提供的頻率為13

5、.56MHz，所以其波長(zhǎng)比PCD的天線和PICC之間的距離大好多倍，可以把PICC到天線之間的電磁場(chǎng)當(dāng)作簡(jiǎn)單的交變磁場(chǎng)來對(duì)待。PCD天線線圈發(fā)射磁場(chǎng)的一小部分磁力線穿過PICC的天線線圈，接著PICC的天線線圈和電容器C構(gòu)成振蕩回路，調(diào)頻到PCD的發(fā)射頻率。回路的諧振使PICC線圈的電壓到達(dá)值，將其整流后作為數(shù)據(jù)載體（微型芯片）的電源。PICC啟動(dòng)之后，可與PCD之間開展數(shù)據(jù)通信。 如上所述可以看出，PCD的性能與天線的參數(shù)有著直接的關(guān)系。在對(duì)天線的性能開展優(yōu)化之后，PCD的讀卡距離可以到達(dá)10cm。 4PCD的天線設(shè)計(jì) 由于MFRC500的頻率是13.56MHz，屬于短波段，因此可以采用小環(huán)

6、天線。小環(huán)天線有方型、圓形、橢圓型、三角型等，本系統(tǒng)采用方型天線。天線的幾何尺寸同工作波長(zhǎng)之間沒有一個(gè)嚴(yán)格的界限，一般定義為： L/1/（2）（1） 式（1）中，L是天線的尺寸，是工作波長(zhǎng)。對(duì)于13.6MHz的系統(tǒng)來說，天線的尺寸在50cm左右。 在天線設(shè)計(jì)中，品質(zhì)因數(shù)Q是一個(gè)非常重要的參數(shù)。對(duì)于電感耦合式射頻識(shí)別系統(tǒng)的PCD天線來說，較高品質(zhì)因數(shù)的值會(huì)使天線線圈中的電流強(qiáng)度大些，由此改善對(duì)PICC的功率傳送。品質(zhì)因數(shù)的計(jì)算公式為： Q=(2f0Lcoil)/Rcoil(2) 式（2）中的f0是工作頻率，Lcoil是天線的尺寸，Rcoil是天線的半徑。通過品質(zhì)因數(shù)可以很容易計(jì)算出天線的帶寬：

7、B=f0/Q(3) 從式（3）中可以看出，天線的傳輸帶寬與品質(zhì)因數(shù)成反比關(guān)系。因此，過高的品質(zhì)因數(shù)會(huì)導(dǎo)致帶寬縮小。從而減弱PCD的調(diào)制邊帶，會(huì)導(dǎo)致PCD無法與卡通信。一般系統(tǒng)的品質(zhì)因數(shù)為1030，值不能超過60。 5MFRC500與MCU89C52的部分接口電路 圖3為MFRC500與MCU的接口原理。由圖3可以看出，本系統(tǒng)采用中斷（INT1）工作模式，即MCU利用MFRC500提供中斷信息對(duì)其開展控制。另外，根據(jù)系統(tǒng)的需要，可以采用查詢方式對(duì)MFRC500開展操作。 6對(duì)Mifarel卡操作流程 整個(gè)系統(tǒng)的工作由對(duì)Mifare卡操作和系統(tǒng)后臺(tái)處理兩大部分組成。由于篇幅有限，本文只介紹對(duì)Mif

8、are卡操作流程。Mifare卡的操作可以分為以下幾項(xiàng)。 （1）復(fù)位請(qǐng)求 當(dāng)一張Mifare卡片處在卡處讀寫器的天線的工作范圍之內(nèi)時(shí)，程序員控制讀寫器向卡片發(fā)出REQUESTall(或REQUESTstd)命令。卡片的ATR將啟動(dòng)，將卡片Block0中的卡片類型（TagType）號(hào)共2個(gè)字節(jié)傳送給讀寫器，建立卡片與讀寫器的步通信聯(lián)絡(luò)。 如果不開展得位請(qǐng)求操作，讀寫器對(duì)卡片的其它操作將不會(huì)開展。 （2）反碰撞操作 如果有多張Mifare卡片處在卡片讀寫器的天線的工作范圍之內(nèi)時(shí)，PCD將首先與每一張卡片開展通信，取得每一張卡片的系列號(hào)。由于每一張Mifare卡片都具有其的序列號(hào)，決不會(huì)相同，因此P

9、CD根據(jù)卡片的序列號(hào)來保證只對(duì)一張卡操作。該操作PCD得到PICC的返回值為卡的序列號(hào)。 （3）卡選擇操作 完成了上述二個(gè)步驟之后，PCD必須對(duì)卡片開展選擇操作。執(zhí)行操作后，返回卡上的SIZE字節(jié)。 （4）操作 經(jīng)過上述三個(gè)步驟，在確認(rèn)已經(jīng)選擇了一張卡片時(shí)，PCD在對(duì)卡開展讀寫操作之前，必須對(duì)卡片上已經(jīng)設(shè)置的密碼開展。如果匹配，才允許進(jìn)一步的讀寫操作。 （5）讀寫操作 對(duì)卡的操作是讀、寫、增值、減值、存儲(chǔ)和傳送等操作。 7讀卡程序 根據(jù)上面的流程，采用基于KeilC的C語言開展編程，程序如下： charM500Reset(void) charstatus; RC500RST=0;/RC500在

10、RSTPD腳由高變低的時(shí)候復(fù)位 delay_1ms(25);/注意延時(shí)的長(zhǎng)度，本系統(tǒng)的晶振頻率是11.0592MHz RC500RST=1； delay_50us(200); RC500RST=0; delay_50us(50); . . . returnstatus; charM500Config(void)/對(duì)RC500的存放器開展初始化 charM500PiccCommonRequest(unsignedcharreq_code,unsignedchar*atq) /RC500發(fā)送請(qǐng)求。req_code是請(qǐng)求模式，一共有requestall和Requeststd兩種模式。Requesta

11、ll指令是非連續(xù)性的讀卡指令，只讀。但有個(gè)例外，當(dāng)某Requestall指令讀卡片失敗時(shí)，例如，卡片沒能通過密碼或其它原因而出錯(cuò)時(shí)，Requestall指令將連續(xù)地讀卡，直到讀卡成功才進(jìn)入非連續(xù)性的讀卡模式。Requeststd指令的使用和Requestall指令剛巧相反。Requeststd指令是連續(xù)性的讀卡指令。當(dāng)某一張卡片在MCM之天線的有效的工作范圍（距離）內(nèi)，Requeststd指令在成功地讀取這一張卡片之后，進(jìn)入MCM對(duì)卡片的其它操作。如果其它操作完成之后，程序員又將MCM進(jìn)入Requeststd指令操作，則Requeststd指令將連續(xù)地再次開展讀卡操作，而不管這些片卡是否被拿卡

12、。只要有一張卡片進(jìn)入MCM之天線的有效的工作范圍（范圍）內(nèi)，Requeststd指令將始終連續(xù)地再次開展讀卡操作。對(duì)于Mifare1卡，該函數(shù)反回值為0004H。 charM500PiccCascAnticoll(unsignedcharbcnt,unsigned char*snr)/反碰撞函數(shù)，得到一張卡的序列號(hào) /存入snr中 charM500PiccCascSelect(unsignedchar*snr,unsignedchar*sak)/選中snr指定的卡，對(duì)于Mifarel卡返回值為0008H，值存入sak中 charM500PiccAuthKey(unsignedcharauth_mode,unsignedchar*snr,unsignedchar*keys,unsignedcharblock) /這是三輪函數(shù)，整個(gè)過程包括：先將所要訪問的區(qū)密碼加密（如區(qū)0的初始密碼為6個(gè)FFH），再將加密后的密碼通過Loa