采用读卡机芯片R8C/2C设计的RFID读卡机
在应用中,读卡机作为车载监控终端的一个传感器安装到车辆上,通过读取不同的RFID卡,包括二代身份证,来识别不同的车辆使用者,完成身份识别、时间统计、考勤打卡和报警提醒等功能。
为提高信息安全,在总体设计时采取以下设计思路:元器件选型仅限在中国大陆设计制造厂商内优选;通信协议采用更安全的ISO14443TypeB协议(协议同中国第二代身份证)。公交、食堂、商场、会所等多使用TypeA卡,但是相对TypeA卡来说,TypeB卡芯片具有更高的安全性,接收信号时,不会因能量损失而使芯片内部逻辑及软件工作停止,支持更高的通信速率,抗干扰能力也更强,更能保证数据安全。
读卡机以通用非接触读卡机芯片R5F212C8SNFP为核心,采用上海海尔集成电路有限公司的微控制器HR7P90H作为处理器,其他关键模块包含交互接口、电源管理和RFID射频等单元模块。
采用读卡机芯片R5F212C8SNFP设计的RFID读卡机
车载终端作为主设备,通过数据-电源复合接口,给读卡机供电,进行数据通信。电源管理模块输出读卡机需要的电压;RS-232驱动电路完成串口通信的电子转换;HRTP90H通过SPI口与FM1715SL进行双向数据通信,实现RFID卡的识别;R5F212C8SNFP的天线采用印制板天线,进一步降低成本,提高可生产性;HR7P90H根据车载终端、卡片状态等信息,通过蜂鸣器和LED实现声光提醒。
从开发难度、器件成熟度、生产供货等方面考虑,选择了上海复旦微电子股份有限公司设计的FM1715SL,这是基于ISO14443标准的非接触卡读卡机专用芯片,支持13.56MHz频率下的TypeA和TypeB两种非接触通信协议,以及多种加密算法。FM1715SL具备高集成度的模拟电路,只需少量的外围电路;操作距离达10cm;支持ISO14443TypeA及TypeB协议并内置加密单元。
采用读卡机芯片R5F212C8SNFP设计的RFID读卡机
接口电路:
R5F212C8SNFP的数据总线是标准的4线SPI接口,FM1715SL作为从设备,由微处理器通过SPI总线和FM1715SL输出中断完成通信控制。
发射电路:R5F212C8SNFP编解码的参考时钟是13.56MHz,由晶体振荡器及其驱动电路产生。从TX1和TX2引脚发射出去的是调制的13.56MHz载波信号,其频谱除了有13.56MHz外,还有高次谐波分量。L0和C0组成的滤波器用于过滤13.56MHz的谐波功率,以满足相关EMC规定的要求。
接收电路:R5F212C8SNFP的接收电路利用RFID卡的响应信号调制到副载波的双边带进行通信。FM1715SL输出VMD作为RX引脚偏置电压,并采用电容C4进行滤波稳压;电阻R1和R2组成RX和VMD之间的分压电路。
天线设计:天线是RFID读卡机的一个重要组成部分,读卡机的性能与天线的参数有着直接的关系。天线建模有直接连接模型和50Ω阻抗匹配模型等。由于卡片和天线直接距离设计小于5cm,可使用简单、低成本的直接连接模型,将天线设计到PCB板上。
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