經(jīng)營(yíng)：
門禁考勤產(chǎn)品 電子巡更 停車場(chǎng)產(chǎn)品
隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，智能卡（IC卡）已經(jīng)在我們的生活中隨處可見。射頻識(shí)別卡（簡(jiǎn)稱射頻卡、RFID卡）誕生于20世紀(jì)90年代初，正逐漸取代傳統(tǒng)的接觸式IC卡，成為智能卡領(lǐng)域的新潮流。RFID卡由于成功地結(jié)合射頻識(shí)別技術(shù)和IC卡技術(shù)，解決了無(wú)源（卡內(nèi)無(wú)電池）和免接觸的難題，因此，具有磁卡和接觸式IC卡不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。RFID卡由IC芯片、感應(yīng)天線組成，*密封在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)PVC卡片中，無(wú)外露部分。在學(xué)生考勤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，利用無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)（RFID），可實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生進(jìn)行考勤、記錄等功能。
1、學(xué)生考勤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理
通過(guò)點(diǎn)名、磁卡和接觸式IC卡等方式對(duì)學(xué)生的到課情況進(jìn)行考勤、記錄管理，既耗時(shí)又相互干擾；而非接觸式RFID學(xué)生考勤系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了利用無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)對(duì)學(xué)生考勤管理，既方便、快捷，又省時(shí)。學(xué)生考勤系統(tǒng)由應(yīng)答器和閱讀器組成，其中應(yīng)答器由標(biāo)簽（即卡片）構(gòu)成，閱讀器（讀卡器）由射頻卡基站芯片U2270B及其支撐電路、主控芯片MCU及其支撐電路和外圍接口電路（鍵盤、液晶、時(shí)鐘和串口模塊）構(gòu)成。
學(xué)生考勤系統(tǒng)的工作原理為：平時(shí)，MCU工作于低功耗狀態(tài)，標(biāo)簽因?yàn)闆](méi)有能量而處于休眠狀態(tài)。當(dāng)按下鍵盤上的IRQ按鈕時(shí)，MCU被換醒，同時(shí)激活U2270B開始工作，U2270B的兩個(gè)天線端子通過(guò)線圈將能量傳輸給外界。當(dāng)有標(biāo)簽靠近線圈時(shí)，標(biāo)簽獲得能量開始工作，并將其內(nèi)部 存儲(chǔ)的信息發(fā)送到U2270B的輸入端，U2270B經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換后再將信息送至輸出端口發(fā)送給MCU，MCU接收到信息后將其轉(zhuǎn)換成可識(shí)別的數(shù)據(jù)，再將其送至液晶顯示。本文著重介紹考勤系統(tǒng)中的射頻卡基站芯片U2270B及其支撐電路的設(shè)計(jì)。
2、射頻卡基站芯片U2270B及支撐電路的設(shè)計(jì)
U2270B芯片是ATMEL公司生產(chǎn)的基站芯片，是一個(gè)對(duì)IC卡進(jìn)行讀寫操作的非接觸式工作基站，內(nèi)部由振蕩器、天線驅(qū)動(dòng)器、電源供給電路、頻率調(diào)節(jié)電路、低通濾波電路、高通濾波電路、輸出控制電路等部分組成。
2．1 射頻卡基站芯片U2270B的射頻頻率
U2270B基站的射頻頻率要求在100kHz一150kHz范圍內(nèi)，在頻率為125kHz情況下標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)傳輸速率可以達(dá)到5000波特率，它可以采用曼徹斯特和雙相調(diào)制兩種方式。基站的工作電源可以是汽車電瓶或其他的5V 標(biāo)準(zhǔn)電源。U2270B具有可微調(diào)功能，與其它微控制器有很好的兼容接口，在低功耗模式下低能量消耗，并可以為IC卡提供電源輸出。
U2270B的射頻頻率是通過(guò)調(diào)整U2270B內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的RF引腳所接電阻的大小，可以將內(nèi)部振蕩頻率固定在特定的頻率上（典型125kHZ），然后通過(guò)天線驅(qū)動(dòng)器的放大作用，在天線附近形成特定頻率的射頻場(chǎng)，當(dāng)應(yīng)答器進(jìn)入該射頻場(chǎng)內(nèi)時(shí)，由于電磁感應(yīng)的作用，在標(biāo)簽內(nèi)的天線端會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，該感應(yīng)電勢(shì)也是標(biāo)簽的能量來(lái)源。將數(shù)據(jù)寫入應(yīng)答器是采用場(chǎng)間隙方式，即由數(shù)據(jù)的“0”和“1”控制振蕩器的啟振和停振，并由天線產(chǎn)生帶有窄間歇的射頻場(chǎng)，不同的場(chǎng)寬度分別代表數(shù)據(jù)“0”和“1”，這樣完成將基站發(fā)射的數(shù)據(jù)寫入標(biāo)簽的過(guò)程，對(duì)場(chǎng)的控制可通過(guò)控制芯片的第6腳（CFE端）來(lái)實(shí)現(xiàn)。l_5 J由應(yīng)答器返回的數(shù)據(jù)流可采用對(duì)應(yīng)答器天線的負(fù)載調(diào)制方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。應(yīng)答器的負(fù)載調(diào)制會(huì)在基站天線上產(chǎn)生微弱的調(diào)幅，這樣，通過(guò)二極管對(duì)基站天線電壓的解調(diào)即可回收標(biāo)簽調(diào)制的數(shù)據(jù)流。U2270B應(yīng)用參考電路見圖4。
2．2 射頻卡基站芯片U2270B的支撐電路
2．2．1 電源模塊
U2270B的Vs（電源）為內(nèi)部電路提供電源，VEXT為天線和外部電路提供電壓。對(duì)于U2270B基站電源有三種設(shè)計(jì)模式：*種是單電壓供電，即DVS、VEXT、VS、Ⅶ A1vr使用一個(gè)5V電源；第二種是雙電壓供電，即VS使用5V 電壓，DVS、VEXT、VBATT使用7V～8V 電壓；第三種是電池電壓供電，VEXT和VS由內(nèi)部電池供給，DVS和VBATT使用7V～16V外部電壓，對(duì)于這種供電方式，U2270B的低功耗模式是可供選擇的。在學(xué)生考勤系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用的是第二種電源供給方案。
2．2．2 頻率設(shè)置
頻率指的是U2270B輸出的天線驅(qū)動(dòng)頻率，而天線端子線圈的發(fā)射頻率zui終是由線圈回路的電阻、電容來(lái)決定的，這個(gè)頻率越接近發(fā)射頻率，，則發(fā)射功率越強(qiáng)。U2270B的天線驅(qū)動(dòng)頻率可自己設(shè)定，本設(shè)計(jì)設(shè)定的頻率是由流人RF端的電流值所決定的，而Vs是內(nèi)部電源供給，所以可以通過(guò)改變Vs端和RF端之間的電阻值來(lái)進(jìn)行設(shè)定。具體的計(jì)算公式如下：
經(jīng)過(guò)計(jì)算，設(shè)定的電阻值分別為Rs=68Ω，R9 =43Ω，實(shí)現(xiàn)了射頻頻率為125kHz的目的。
2．2．3 天線模塊
U2270B關(guān)于天線部分只涉及到一個(gè)電容，一個(gè)電阻和線圈，但是對(duì)于各個(gè)器件的選值是比較的。
從U2270B的Coill和Coil2端口出來(lái)經(jīng)過(guò)電容，電阻和線圈組成一個(gè)LC串聯(lián)諧振選頻回路，它的作用就是從眾多的頻率中選出有用信號(hào)，濾除或抑制無(wú)用信號(hào)。串聯(lián)諧振電路的諧振角頻率：
從而諧振頻率：
當(dāng)從Coill、Coil2出來(lái)的脈沖滿足這一頻率要求后，串聯(lián)諧振電路就會(huì)起振，在回路兩端產(chǎn)生一個(gè)較高的諧振電壓： VL=QVs
其中Vs為U2270B的Coill、Coil2端的輸出電壓， 為線圈兩端的諧振電壓，一般可能在200V一350V之間，所以線圈兩端的電容耐壓值要高，熱穩(wěn)定性要好，因此，對(duì)諧振回路的電容要求是比較高的，購(gòu)買選擇時(shí)需要注意。當(dāng)諧振電壓達(dá)到一定的值就會(huì)通過(guò)感應(yīng)電場(chǎng)給應(yīng)答器供電，當(dāng)應(yīng)答器進(jìn)入感應(yīng)電場(chǎng)范圍內(nèi)，應(yīng)答器內(nèi)部電路就會(huì)在諧振脈沖的基礎(chǔ)上進(jìn)行非常微弱的調(diào)幅調(diào)制，再由U2270B來(lái)讀取。其中Q為諧振回路的品質(zhì)因數(shù)，它描述了回路的儲(chǔ)能與它的耗能之比：
在本設(shè)計(jì)中，應(yīng)答器標(biāo)簽的頻率為125kHZ，線圈的電感L約為1．35mH，這樣電容C的容值就可由上面的公式算出固定的值。另外可以通過(guò)調(diào)節(jié)電阻R（注意線圈也含有一定的電阻）來(lái)調(diào)節(jié)品質(zhì)因數(shù)，從而改變諧振電壓來(lái)提高讀寫距離。
2．2．4 數(shù)據(jù)輸入
這里所講的數(shù)據(jù)輸入指的是U2270B從天線回路讀回的數(shù)據(jù)。
基站從應(yīng)答器讀人的是經(jīng)過(guò)載波調(diào)制后的信號(hào)，它通過(guò)C17電容耦合輸入到INPUT輸入端，經(jīng)過(guò)低通濾波器，放大器，施密特觸發(fā)器等幾個(gè)環(huán)節(jié)后，在ourPUT端輸出解調(diào)后的信號(hào)。低通濾波器的截止頻率由fosc決定。INPUT管腳的耦合電容C7 以及HIPASS管腳的去耦電容C6 的值決定了解調(diào)電路的高通特性，有利于更進(jìn)一步濾除無(wú)用及干擾信號(hào)。C6和C7 的值依射頻卡的數(shù)據(jù)傳輸波特率的不同而不同，本學(xué)生考勤系統(tǒng)采用的波特率為 focs／32，此時(shí)c6，C7 分別為100nF和680pF。
C6與下限截止頻率的關(guān)系如下：
式中：Ri=2．5Ω
需要注意的是OUTPUT端輸出的信號(hào)只是經(jīng)過(guò)了解調(diào)，并沒(méi)有解碼。解碼任務(wù)要通過(guò)單片機(jī)編程來(lái)完成。
3、U2270B模塊軟件設(shè)計(jì)
U2270B模塊提供給高層調(diào)用的主要有4個(gè)子函數(shù)。
3．1 U2270B初始化函數(shù)
在U2270B的初始化工作中主要就是將U2270B必要的控制口打上滿足條件的電平，因?yàn)椴皇邱R上就要開始解碼工作，所以同時(shí)也將U2270B停止工作。并且默認(rèn)是125kHz的解碼。
3．2 U2270B停止工作函數(shù)
為低功耗和具體功能的考慮，只有在光敏電阻中斷被允許或按下“IRQ”鍵時(shí)才調(diào)用一次解碼函數(shù)，在其他情況下一般讓U2270B處于不工作狀態(tài)。
3．3 開啟U2270B函數(shù)
當(dāng)開始上課按鈕有效時(shí)光敏電阻中斷被允許，或者利用“IRQ”按鈕使讀卡器從低功耗模式下被喚醒，U2270B處于工作狀態(tài)。
3．4 U2270B解碼函數(shù)
解碼部分*由軟件程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)輸入捕捉接受到的脈沖來(lái)進(jìn)行解碼，這也是U2270B的不足之處。
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