RFID卡讀寫器的設計分析

發(fā)布日期：2021-04-20 10:30:26 作者：Ling 點擊：20594

RFID(Radio Frequency Identification，射頻識別)技術是一種非接觸自動識別技術，利用射頻信號通過空間耦合(電感或電磁耦合)實現(xiàn)無接觸信息傳遞，并通過所傳遞的信息達到識別目的。

RFID卡技術成功地融合RFID技術和IC卡技術，解決了無源(卡中無電源)和免接觸的難題，是電子信息技術領域的一大突破。由于RFID卡方便、耐用，且可高速通信、多卡操作，在門禁安防、身份識別、公共交通等眾多領域正逐漸取代傳統(tǒng)的接觸式IC卡，在市場上所占的份額越來越大，應用日益廣泛。高速公路、停車場、加油站收費，智能卡水表、電表、煤氣表等應用，也可使用RFID卡。從長遠角度看，RFID卡將會替換目前廣泛使用的接觸式IC卡。

RFID 卡的突出優(yōu)點

與接觸式IC卡相比，RFID卡具有以下優(yōu)點。

(1)高可靠性：由于無觸點，可最大限度地避免由接觸讀寫而產(chǎn)生的各種故障，提高了抗靜電和抗環(huán)境污染能力，因此提高了使用的可靠性，延長了讀寫設備和卡片的使用壽命。

(2)易用性：操作方便、快捷，無需插拔卡，完成一次操作只需0.1～0.3s。使用時，卡片可以任意方向掠過讀寫設備表面。

(3)高安全性：序列號是全球唯一的，出廠后不可更改。卡與讀寫設備之間采用雙向互認驗證機制，即讀寫器驗證卡的合法性，同時卡驗證讀寫器的合法性。通信過程中所有的數(shù)據(jù)都加密，卡片上不同分區(qū)的數(shù)據(jù)可用不同的密碼和訪問條件進行保護。

(4)高抗干擾性：對有防沖突電路的RFID卡，在多卡同時進入讀寫范圍內(nèi)時，讀寫設備可一一對卡進行處理，抗干擾性高。

(5)一卡多用：卡片上的數(shù)據(jù)分區(qū)管理，可以很方便地實現(xiàn)一卡多用。

(6)多種工作距離：作用距離從幾厘米到幾米，適應不同的應用場合。

RFID 卡讀寫器工作原理

RFID卡讀寫器是連接RFID卡與應用系統(tǒng)間的橋梁，RFID卡讀寫器的基本任務就是啟動RFID卡，與RFID卡建立通信，在應用系統(tǒng)和卡片間傳遞數(shù)據(jù)。

RFID卡讀寫器將要發(fā)送的信息編碼后加載到一固定頻率的載波上，當RFID卡(卡片內(nèi)有一個諧振電路，其頻率與讀寫器發(fā)送的載波頻率相同)進入讀寫器的工作區(qū)域后，諧振電路發(fā)生諧振并產(chǎn)生電荷積累，當電荷積累到一定數(shù)值時，就能為RFID卡內(nèi)的電路提供工作電壓，使卡內(nèi)的芯片開始正常工作，處理讀寫器發(fā)送的數(shù)據(jù)信息。

一個完整的RFID卡讀寫器應包括以下幾個部分(見圖15.3)：單片機、射頻處理模塊、天線、與PC的通信接口以及鍵盤、顯示等部件。

單片機是讀寫設備的數(shù)據(jù)處理控制核心。它不僅要控制射頻處理模塊完成對RFID卡的讀寫，還要負責通過通信接口與PC進行通信，并對鍵盤、顯示設備等其他外部設備進行控制。

射頻處理模塊負責射頻信號的處理和數(shù)據(jù)的傳輸，完成對RFID卡的讀寫。

天線的作用有兩個：一是產(chǎn)生電磁能量，為卡片提供電源;二是在讀寫設備和卡片之間傳送信息。天線的有效電磁場范圍就是系統(tǒng)的工作區(qū)域。

與PC的通信接口以及鍵盤、顯示等部件主要實現(xiàn)與PC的通信，以及操作時的人機界面。

根據(jù)RFID卡與讀寫器之間能可靠交換數(shù)據(jù)的距離，RFID卡天線和讀寫器之間的耦合可以分為3類：密耦合系統(tǒng)、遙耦合系統(tǒng)和遠距離系統(tǒng)。

密耦合系統(tǒng)的典型作用距離范圍是0～1cm。在實際應用中，必須把卡插入閱讀器中或者放置到閱讀器的天線表面。密耦合系統(tǒng)的卡與閱讀器之間是電感耦合，其工作頻率一般在30MHz以下。密耦合系統(tǒng)適合于安全要求較高，但不要求作用距離的應用系統(tǒng)，如電子門鎖等。

遙耦合系統(tǒng)的典型作用距離可以達到1m。遙耦合系統(tǒng)又可以細分為近耦合系統(tǒng)和疏耦合系統(tǒng)，前者的典型作用距離為15cm，后者為1m。所有遙耦合系統(tǒng)在卡和閱讀器之間都是電感耦合，典型工作頻率為13.56MHz，也有其他頻率，如6.75MHz、27.125MHz或者135kHz以下。