摘 要：以射頻識(shí)別技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用為背景，采用低功耗RF射頻感應(yīng)式收發(fā)模塊MTP-K4，結(jié)合低功耗FLASH型16位RISC指令集MSP430單片機(jī)，設(shè)計(jì)一個(gè)射頻卡讀卡電路。給出各部分的硬件電路設(shè)計(jì)原理圖，描述各個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)方法，同時(shí)給出部分程序代碼。采用本電路設(shè)計(jì)的門禁系統(tǒng)保密性強(qiáng)，并具有遠(yuǎn)程監(jiān)控的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：射頻卡；MSP430；MTP-K4；門禁系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP368.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1004-373X(2008)10-171-03

Design of RFID Card Reader Circuit Based onMSP430

LIU Jiping，TAN Yaohui

(Hunan Industry Polytechnic，College Changsha，410208，China)

Abstract： With the practical application of RFID technology as background，uses the low cost proximity reader MTP-K4，combines with 16-bit low cost microcontroller MSP430 which has RISC instruction set and Flash EEPROM to design RFID card reader circuit.The designing principle schematics of each hardware part are given，the implementing methods of each function are described，and part source code is given.The access control system based on this circuit have feature of stronger confidential and remote supervision.

Keywords：RF card;MSP430;MTP-K4;access control system

非接觸式IC卡又稱射頻卡，封裝在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的PVC卡片內(nèi)，芯片及天線無任何外露部分。是世界上最近幾年發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù)，結(jié)束無源(卡中無電源)和免接觸這一難題，是電子器件領(lǐng)域的一大突破?？ㄆ谝欢ň嚯x范圍（通常為5~10 mm）靠近讀寫器表面，通過無線電波的傳遞來完成數(shù)據(jù)的讀寫操作。非接觸式IC卡具有可靠性高、操作方便、安全防沖突的特點(diǎn)，越來越多地被應(yīng)用于各種場(chǎng)合。目前，射頻卡按工作頻率分為2種：13．6 MHz與125 kHz。本文中介紹的電路適用于工作頻率為125 kHz射頻卡的信息讀取。

目前，隨著技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用的需求，IC卡（又稱智能卡）在人們的日常生活中已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。通常，IC卡可以分為接觸式IC卡和非接觸式IC卡2類。接觸式IC卡是卡與讀卡器直接物理接觸進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，部分金屬電路是裸露在外面的，如手機(jī)卡、公共IC電話號(hào)等。非接觸式IC卡又叫射頻卡，由IC芯片、感應(yīng)天線組成，他成功的將射頻識(shí)別技術(shù)和IC卡技術(shù)結(jié)合起來，射頻與讀卡器之間通過射頻信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，不需物理接觸，電路是封裝在內(nèi)部的，如公交車的收費(fèi)卡等。非接觸式IC卡與接觸式IC卡相比，具有可靠性高，使用方便，不怕雨水、靜電以及沒有接觸劃傷等優(yōu)點(diǎn)，因此，得到了更廣泛的應(yīng)用。

射頻卡與讀卡器之間的射頻信號(hào)調(diào)制方式常見的有FSK（調(diào)頻）、PSK（調(diào)相）、BIPH（雙相）、Manchester（曼徹斯特）。

1 讀寫器設(shè)計(jì)

1.1 MTP-K4讀卡器電路

在實(shí)際應(yīng)用硬件電路中，讀寫器一般由天線、基站芯片、MCU組成。其中，基站芯片主要實(shí)現(xiàn)高頻接口模塊的功能，用于完成數(shù)據(jù)的調(diào)制、發(fā)射和射頻的接收以及數(shù)據(jù)的解調(diào)任務(wù)。

射頻卡的讀寫以無線電波的方式進(jìn)行，當(dāng)卡片移到電磁場(chǎng)的有效作用范圍時(shí)，卡片里的線圈將感應(yīng)到讀寫器模塊天線發(fā)送的電磁波，從而獲得電源并在電磁感應(yīng)的作用下得到觸發(fā)，進(jìn)行調(diào)制數(shù)據(jù)傳送。本文采用MTP-4K射頻收發(fā)模塊，他采用5 V電源供電，125 kHz的工作頻率，能識(shí)別EM4001/4102 或兼容卡，通過韋根26位/RS 232 TTL （ASCII）輸出數(shù)據(jù)。MTP-K4總共有9個(gè)引腳，引腳3接高為RS 232 TTL（ASCII）輸出格式，接低為韋根26位輸出格式。讀卡器電路圖如圖１所示。

本系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)韋根26位輸出格式：

Wiegand輸出[WB]Pin3接Low 

Pin1 Antenna 0To External Antenna 

Pin2 Antenna 1To External Antenna（L：680uH）

Pin3 Strap to +0V

Pin4 BEEP/LED2.7 kHz Logic 

Pin5 One Output

Pin6 Zero Output

Pin7 /ResetLow Active

Pin8 Ground0V

Pin9 VCC+4.6 through +5.5V

圖1 MTP-K4讀卡器電路圖[FL)]

12345678910111213[]14151617181920212223242526

[BHDG5mm]P(1)EEEEEEEEEEEE[]OOOOOOOOOOOOP(2)

[BHDG5mm，K84.5mm。2]EVEN Parity(E)[]EVEN Parity(E)ODD Parity(O)

[FL（K2]

P(1)=Parity Start Bit，第1位為2~13位的偶校驗(yàn)位。

P(2)=Parity Stop Bit，第26位為14~25位的奇校驗(yàn)位。

（１） 輸出資料為卡片號(hào)碼（62E3086CED）的后3個(gè)Bytes：08H，6CH，EDH。

Wiegand26輸出時(shí)，將去除原卡片號(hào)碼的高16 b的數(shù)據(jù)，從剩余卡片號(hào)碼的最高位開始輸出。

（２） Bit0 =1：D0=1，D1=0

Bit23=0：D0=0，D1=1

（３） 輸出波形如圖2所示。

圖2 韋根26位輸出波形圖

1.2 射頻卡

射頻卡有很多種分類方法，其中按芯片可分為3類：只讀卡，讀寫卡和CPU卡。

本文采用的是只讀卡（又稱為ID卡）EM4100，他靠讀寫器感應(yīng)供電并讀出存儲(chǔ)在芯片E2PROM中的惟一卡號(hào)，卡號(hào)在封裝前一次寫入，封卡后不能更改。

EM4100ID卡的主要特點(diǎn)：載波頻率RF為125 kHz；感應(yīng)距離為2～15 cm；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量共64位，其中包括9個(gè)起始位，40個(gè)數(shù)據(jù)位（前8位為版本或制造商信息，后32位為用戶信息），10個(gè)行校驗(yàn)位，4個(gè)列校驗(yàn)位，1個(gè)結(jié)束停止位；數(shù)據(jù)的傳送速率有64 b/s，32 b/s和16 b/s三種。

在讀寫器工作狀態(tài)下，當(dāng)ID卡進(jìn)入讀寫器產(chǎn)生的射頻場(chǎng)內(nèi)時(shí)，依次將卡內(nèi)64位數(shù)據(jù)循環(huán)輸出，直到ID卡離開讀寫器失電為止。

2 射頻卡讀卡電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用低功耗的MSP430單片機(jī)作為主控制器，MSP430是TI（德州儀器）的一款超低功耗FLASH型16位RISC指令集單片機(jī)，他具有強(qiáng)大的處理能力、豐富的片上外圍模塊和方便高效的開發(fā)方式。射頻卡讀卡電路如圖3所示。

MTP-K4讀卡器的數(shù)據(jù)從第5，6腳輸出到MSP430，MSP430對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行卡片號(hào)碼獲得、數(shù)據(jù)加密等處理，同時(shí)對(duì)讀到的射頻卡卡號(hào)與預(yù)先存儲(chǔ)在MSP430存儲(chǔ)器中的卡號(hào)進(jìn)行比較，判斷射頻卡是否為合法卡并通過P3.6輸出提示信息。在沒有讀卡期間，MSP430定時(shí)從P3.7腳發(fā)出復(fù)位信號(hào)對(duì)MTP-K4進(jìn)行復(fù)位，保證電路沒有死機(jī)現(xiàn)象。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

簡(jiǎn)單地說微處理器對(duì)MTP-K4 的控制事實(shí)上就是對(duì)非接觸式智能射頻卡的控制。當(dāng)有卡刷入時(shí)，單片機(jī)從讀卡器芯片讀入卡號(hào)，判斷他是否為合法卡，然后根據(jù)結(jié)果發(fā)出控制信號(hào)。韋根通信方式讀卡程序如下：



圖3 射頻卡讀卡電路圖

4 結(jié) 語

本文采用低功耗MSP430單片機(jī)和EM4100只讀卡構(gòu)成的讀卡電路，簡(jiǎn)單、實(shí)用，成本低廉的特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)卡號(hào)永不重復(fù)、具有卡號(hào)復(fù)制困難、安全級(jí)別高，為信息查詢、參數(shù)設(shè)置的實(shí)現(xiàn)提供了電路支持。

參 考 文 獻(xiàn)

［1］顏重光.BL75R06近距離非接觸射頻識(shí)別IC卡芯片［J］.電子設(shè)計(jì)應(yīng)用，2007，60（4）：128-129.

［2］Klause Finke1er．射傾識(shí)別(RFID)技術(shù)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2001.



［3］北京遠(yuǎn)興時(shí)代科技有限公司.MTP-125K4 Series Low Cost Proximity Reader.



［4］秦龍.MSP430單片機(jī)常用模塊與綜合系統(tǒng)實(shí)例精華［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2007.

［5］余永權(quán).FLASH單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，1997.

［6］趙亮.單片機(jī)C語言編程與實(shí)例[M].北京：人民郵電出版社，2003.

［7］李朝青.單片機(jī)及DSP外圍數(shù)字IC技術(shù)手冊(cè)[Z].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2002.

［8］陳潤(rùn)泰，許琨.檢測(cè)技術(shù)與智能儀表[M]．長(zhǎng)沙：中南工業(yè)大學(xué)出版社，2001.

［9］沈德金.MCS-51系列單片機(jī)接口電路與應(yīng)用實(shí)例[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社，1990.

［10］胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù)[M]．北京：清華大學(xué)出版社，1996.

作者簡(jiǎn)介 劉繼平 男，1953年出生，河北大名人，湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院副院長(zhǎng)，副教授。研究方向?yàn)樽詣?dòng)控制技術(shù)。

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文。