刷卡模块

一 、射频识别卡

射频识别卡(简称射频卡、RFID 卡),也被称作非接触式 IC 卡(Contactless SmartCard,CSS)或非接触 IC 卡、非接触卡、感应卡,诞生于 20 世纪 90 年代初。由于成功地结合射频识别技术和 IC 卡技术,解决了无源(卡内无电池)和免接触的难题,RFID 卡拥有磁卡和接触式 IC 卡不可比拟的优点。其一问世便立即引起广泛关注,并以惊人的速度得到推广应用。RFID 卡由 IC 芯片、感应天线组成,完全密封在一个标准 PVC 卡片中,无外露部分 。
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二、优点

与接触式 IC 卡相比,RFID 卡具有以下优点:
(1) 高可靠性:由于无触点,避免了由接触读写而产生的各种故障。提高了抗静
电和环境污染(如油烟、灰尘、水汽等)的能力,因此提高了使用的可靠性、读写设备和卡片的使用寿命。
(2) 易用性:操作方便、快捷,无需插拔卡,完成—次操作只需 0.1~0.3 秒。
使用时,卡片可以任意方向掠过读写设备表面。
(3) 高安全性:序列号是全球唯一的.出厂后不可更改。卡与读写设备之间采用
双向互认验证机制:即读写器验证卡的合法性,同时卡验证读写器的合法性。通讯过 程中所有的数据都加密。卡片上不同分区的数据可用不同的密码和访问条件进行保护。
(4) 高抗干扰性:对有防冲突电路的 RFID 卡,在多卡同时进入读写范围内时,
读写设备可一一对卡进行处理,抗干扰性高。
(5) 一卡多用:卡片上的数据分区管理,可以很方便的实现一卡多用、一卡通。
(6) 多种工作距离:作用距离从几厘米到几米,适应不同的应用场合。

三、应用场合

RFID 卡以其方便交易、速度快、应用领域广而增长迅速,从长远角度看,RFID卡将会替换目前广泛使用的接触式 IC 卡。在国内,RFID 卡主要应用在公共交通、身份识别、门禁控制等领域。
(1) 公共交通 RFID 卡应用潜力最大的领域之一就是公共交通领域例如公交、
地铁,乘客将 RFID 卡做的电子车票放在钱包或者包里就可以检票,方便快捷。公交经营者也宜于管理、减少支出。
(2) 身份识别 使用 RFID 卡做为身份识别方式,比一般的证件卡片具有更高的防伪性,存储更多信息,便于管理。我国第二代公民身份证即采用 RFID 卡,卡中输入生物特征信息及身份信息,以进一步加强防伪,同时便于全国实时管理。
(3) 门禁控制 采用基于 RFID 卡的控制系统,可以自动检查每个人进入大楼、管理区的准入权限,并记录出入时间。
另外,还有高速公路收费,停车场收费,加油站收费,智能卡水表、电表、煤气表等应用,使用非接式 IC 卡都是首选。RFID 卡的应用前景日益广泛,其应用关键需要大量的读写设备。

四、工作原理

RFID 卡读写设备(或称阅读设备、读写器)是连接 RFID 卡与应用系统间的桥梁,是 RFID 卡应用中至关重要的一个环节。RFID 卡读写设备的基本任务就是启动 RFID卡,与 RFID 卡建立通信,在应用系统和卡片间传递数据。RFID 卡读写器将要发送的信息编码后加载到一固定频率的载波上,当 RFID 卡(卡片内有一个谐振电路,其频率与读写器发送的载波频率相同)进入读写器的工作区域后,谐振电路产生共振并产生电荷积累,当电荷积累到一定数值时,就能为 RFID 卡内的电路提供工作电压,使 IC 卡内的芯片开始正常工作,处理读写器发送的数据信息。
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五、完整的RFID卡读写设备组成部分

(1)MCU:MCU 是读写设备的数据处理控制核心。它不仅要控制射频处理模块完成对 RFID 卡的读写,还要负责通过通信接口与主机或应用系统进行通信以及对键盘、显示设备等其他外部设备的控制。
(2) 射频处理模块:射频处理模块负责射频信号的处理和数据的传输,完成对
RFID 卡的读写。射频处理模块可以采用厂商提供的专用模块或射频基站芯片。射频基站芯片即 RFID 卡读写芯片,也称射频读写芯片。
(3) 天线:天线的作用就是产生磁通量,为卡片提供电源,在读写设备和卡片之
间传送信息。天线的有效电磁场范围就是系统的工作区域。
(4) MCU 与主机的通信接口以及键盘、LED/LCD 显示等其它外部设备。
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六、RFID 卡的国际标准

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七、Type-A与Type-B区别

阅读器(PCD)和近耦合 IC 卡(PICC)之间的数据传输有两种完全不同的方法,ISO/IEC 14443 分别将其定义为 A 型(TypeA)和 B 型(TypeB)。一张 PICC 只需两种通信方法之一来支持,PCD 可以在两种通信方法间周期的转换来支持所有的卡。但在PCD 和 PICC 间通信的过程中不允许在两种方法间转换。
Type A 和 Type B 的主要区别在于载波的调制深度及二进制数的编码方式。A 型卡在阅读器向卡传送信号时,是通过 13.56MHz 的射频载波传送信号,采用改进的Miller 编码方式,通过 100%ASK 传送;当卡向阅读器传送信号时,使用振幅键控(ASK)调制 847kHz 的副载波传送,编码采用曼彻斯特编码。而 B 型卡在从阅读器向卡传送信号时,也是通过 13.56MHz 的射频载波信号,但采用的是 NRZ 编码方式,通过 10%ASK 传送;在卡向阅读器传送信号时,是通过对 NRZ 编码的数据流的 847kHz 副载波采用相位键控调制(BPSK)。Type A技术的主要厂商代表是 Philips公司,Type B 技术的主要代表是 Freescale 公司(原 Motorola 半导体)。
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八、RFID卡―Mifare

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Philips 是世界上最早研制 RFID 卡的公司,其 Mifare 技术已经被制定为 IS0/IEC14443 TYPE A国际标准。使用 Mifare 芯片的 RFID 卡占世界范围同类智能卡销量的 60%以上,在我国市场也占据着绝对优势。
Mifare 1卡片除了微型芯片 IC 及一个高效率天线外,无任何其它元件。卡片电路不用任何电池供电,工作时的能量由读写器天线发送频率为 13.56MHz 无线电载波信号,以非接触方式耦合到卡片天线上而产生电能,通常可达 2V 以上。标准操作距离高达 10cm,卡与读写器之间的通信速率高达 106Kbit/s。芯片设计有增/减值的专项数学运算电路,非常适合公共交通、地铁车站等行业的检票/收费系统,或充值钱包等多项应用,其典型交易时间最长不超过 100ms。
芯片内建 8K Bits=1kByte的 E2PROM 存储器。其空间被划分为可由用户单独使用的 16 个扇区。数据的擦写能力超过 10 万次以上,数据保存期大于 10 年,抗静电保护能力达2KV。
Mifare 1 卡的芯片在制造时具有全球唯一的序列号。具有先进的数据通信加密和双向密码验证功能。具有防冲突功能,可以在同一时间处理重叠在读写器天线有效工作距离内的多张卡片。
MF1存储区的示意图如下:
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64个块按物理排序命名,序号从0块一直到63块。其中0块保存的是射频卡的序列号,出厂时由厂家直接写入,不能更改。另外,每个扇区的第4块是该扇区的密码存储块,其中包括两套密码以及密码读取控制字节。其余3块是数据块,可以存储数据并进行相应数据操作。

Mifare是NXP公司生产的一系列遵守ISO14443A标准的射频卡,包括Mifare S50、Mifare S70、Mifare UltraLight、Mifare Pro、Mifare Desfire等,由于Mifare的巨大影响力,业内有时把其它公司生产的遵守ISO14443A标准的射频卡也称为“Mifare”,尤其是Mifare S50卡片,几乎就是ISO14443A标准的代言人。Mifare系列卡片有时也根据卡内使用芯片的不同,Mifare UltraLight称为MF0,Mifare S50和S70称为MF1,Mifare Pro称为MF2,Mifare Desfire称为MF3。
Mifare S50的容量为1K字节,常被称为Mifare Standard,又被叫做Mifare 1,是遵守ISO14443A标准的卡片中应用最为广泛、影响力最大的的一员。S50的卡类型(ATQA)是0004H。Mifare S70的容量为4K字节。常被称为Mifare Classic,S70的卡类型(ATQA)是0002H。

九、MF1工作流程

	MF1的射频通信处理流程。首先,读写模块发Request询卡命令给天线工作范围内的所有卡片。卡片在上 电 复 位 ( Power OnReset,POR)后会响应这个询卡命令。在通过防冲突循环后,读写模块得到一张卡的序列号,于是根据该序列号选中一张卡。接下来,需要对准备访问的卡片的存储区 的密码进行鉴别。在通过了密码验证后,读写模块可以对该存储区的数据进行读、写、增值、减值以及挂起等操作。 

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