pos機讀卡器code6,RFID卡讀寫器的設計

 新聞資訊  |   2023-05-17 11:22  |  投稿人:pos機之家

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1、pos機讀卡器code6

pos機讀卡器code6

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據都加密,卡片上不同分區(qū)的數據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:卡片上的數據分區(qū)管理,可以很方便地實現一卡多用。

(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卡的結構如圖15.1所示。

圖15.1 RFID 卡的結構

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)和卡片間傳遞數據。

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)生諧振并產生電荷積累,當電荷積累到一定數值時,就能為RFID卡內的電路提供工作電壓,使卡內的芯片開始正常工作,處理讀寫器發(fā)送的數據信息。RFID卡系統(tǒng)的模型如圖15.2所示。

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。

圖15.2 RFID卡系統(tǒng)模型圖

圖15.3 系統(tǒng)設計框圖

單片機是讀寫設備的數據處理控制核心。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據的傳輸,完成對RFID卡的讀寫。

天線的作用有兩個:一是產生電磁能量,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與PC的通信,以及操作時的人機界面。

根據RFID卡與讀寫器之間能可靠交換數據的距離,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。

遠距離系統(tǒng)的典型作用距離是1~10m,個別系統(tǒng)也有更遠的作用距離。所有的遠距離系統(tǒng)的卡和閱讀器之間都是電磁反向散射耦合,在微波范圍內用電磁波工作,發(fā)送頻率通常為2.45GHz,也有系統(tǒng)使用5.8GHz和24.125GHz的頻率。

Philips公司的Mifare 卡

Philips公司是世界上最早研制RFID卡的公司之一,其Mifare技術已經被定為IS0/IEC14443 TYPE A國際標準。使用Mifare芯片的RFID卡占世界范圍內同類智能卡銷量的60%以上。這里簡單介紹一下Mifare standard卡:MF 1 IC S50(簡稱Mifare 1卡)。

Mifare 1卡除了微型IC芯片及一個高效率天線外,無任何其他元器件??ㄆ娐凡挥萌魏坞姵毓╇姡ぷ鲿r的能量由讀寫器天線發(fā)送頻率為13.56MHz無線電載波信號,以非接觸方式耦合到卡片天線上產生電能,電壓通??蛇_2V以上。標準操作距離可達10cm,卡與讀寫器之間的通信速率高達106kbit/s。芯片設計有增/減值的專項數學運算電路,適合公共交通、地鐵車站等行業(yè)的檢票/收費系統(tǒng),其典型交易時間最長不超過100ms。

Mifare 1卡芯片內含1KB的EEPROM存儲器,其空間被劃分為可由用戶單獨使用的16個扇區(qū)。數據的擦寫次數超過10萬次,數據保存期大于10年,抗靜電保護能力達2kV。

Mifare 1卡的芯片在制造時具有全球唯一的序列號,具有先進的數據通信加密和雙向密碼驗證功能,還具有防沖突功能,可以在同一時間處理重疊在讀寫器天線有效工作距離內的多張卡片。

Mifare 1芯片內部結構較為復雜,可劃分為射頻接口、數字處理單元、EEPROM這3大部分,其中數字處理單元又分為若干小部分,如圖15.4所示。

◆射頻接口:在RF射頻接口電路中,含有波形轉換模塊。它可接收讀寫器上的13.56MHz的無線電調制頻率,一方面送調制/解調模塊,另一方面進行波形轉換,然后對其整流、濾波,接著對電壓進行穩(wěn)壓等進一步處理,最終輸出供給卡上的電路工作。

圖15.4 Mifare 1 卡邏輯框圖

◆防沖突模塊:如有多張Mifare 1卡處在讀寫器的天線的工作范圍之內時,防沖突模塊的防沖突功能將被啟動,根據卡片的序列號來選定一張卡片。被選中的卡片將直接與讀寫器進行數據交換,未被選中的卡片處于等待狀態(tài)。

◆認證模塊:在選中一張卡片后,任何對卡片上存儲區(qū)的操作都必須經過認證,只有經過密碼校驗,才可對數據塊進行訪問。Mifare 1卡片上有16個扇區(qū),每個扇區(qū)都可分別設置各自的密碼,互不干涉。因此每個扇區(qū)可獨立地應用于一個應用場合,整個卡片可以設計成“一卡通”形式來應用。

◆控制和算術運算單元:這一單元是整個卡片的控制中心,它主要對整個卡片的各個單位進行微操作控制,協(xié)調卡片的各個步驟,同時還對各種收/發(fā)的數據進行算術運算處理、CRC運算處理等。

◆EEPROM接口:連接到EEPROM。

◆加密單元:Mifare的CRYPTOL數據流加密算法將保證卡片與讀寫器通信時的數據安全。

表15.1 Mifare 1卡的存儲器組織結構

◆EEPROM:容量為1KB,分16個扇區(qū),每扇區(qū)有4個塊,每塊16字節(jié)。其組織結構如表15.1所示。每個扇區(qū)的塊3也稱作尾塊,是扇區(qū)的控制塊,其結構如表15.2所示。前6個字節(jié)為密碼A(KeyA),永遠不能被讀出,但在滿足一定條件下,可被改寫;后6個字節(jié)為密碼B(KeyB),當密鑰使用時是不可讀的,但用來存儲數據時則是可讀的;中間4個字節(jié)為權限位,存放本扇區(qū)的4個數據塊的訪問條件??刂茐K使用兩個密碼,是為了給用戶提供多重控制方式。例如,用戶可以用一個密碼控制對數據塊的讀操作,用另一個密碼控制對數據塊的寫操作。其余3個塊是一般的數據塊。扇區(qū)0中是特殊的塊,包含了廠商代碼信息,在生產卡片時寫入,不可改寫。其中第0~4字節(jié)為卡片的序列號,第5個字節(jié)為序列號的校驗碼,第6字節(jié)為卡片的容量“SIZE”字節(jié),第7~8字節(jié)為卡片的類型號(Tagtype)字節(jié),其他字節(jié)由廠商另加定義。

表15.2中,C1、C2、C3三個數據位表達各塊的具體訪問權限,下標0、1、2、3分別表示在扇區(qū)內的塊號。“C13、C23、C33”即為扇區(qū)第3塊(尾塊)的訪問權限。為了可靠,訪問條件的每一位都同時用原碼和反碼存儲,共存儲了兩遍。尾塊的讀寫權限的意義如表15.3所示。

表15.2 尾塊組成及訪問權限字節(jié)結構

表15.3 尾塊的權限代碼與訪問權限

(注:N表示不能,A表示KeyA,B表示KeyB,A/B表示KeyA或者KeyB)

在空卡狀態(tài)下,每個扇區(qū)的尾塊數據(16 進制)為:“0x 000000000000 FF078069 FFFFFFFFFFFF”??湛〞r的密碼A和密碼 B 均為“0x FFFFFF”,由于密碼A 不可讀,讀出的數據顯示為“0x 000000”。在空卡默認讀寫權限下可以利用密碼A對所有塊進行讀寫操作,以及更改各塊的讀寫權限,但不可以利用密碼B進行讀寫操作(此時密碼B可讀)。

權限位為:“0x FF078069”,由表15.2,得:

C13=0C12=0C11=0C10=0

C23=0C22=0C21=0C20=0

C33=1C32=0C31=0C30=0

C13C23C33=001,根據表15.3,密碼A不可讀,但通過密碼A校驗后,可改寫密碼A,權限字節(jié)及密碼B的讀寫權限均可用密碼A讀寫。

另外,由表15.3可知尾塊的下列屬性:密碼A永遠不可讀,因此一旦設定就必須記住,不過在000、100、001、011幾種情況下可以改寫;訪問權限字節(jié)僅在001、011、101三種狀態(tài)下可寫;密碼B在000、100、001、011四種狀態(tài)下可寫,在000、010、001三種狀態(tài)下可讀(此時密碼B的6個字節(jié)用于存儲數據,不再作為密鑰)。

數據塊的讀寫權限如表15.4所示。對數據塊的增值、減值操作,僅在狀態(tài)“110”和“001”下可進行。而第0塊(廠商數據塊)雖然也屬于數據塊,但是它不受權限字節(jié)影響,永遠只讀。在空卡情況下,數據塊的讀寫權限代碼C1iC2iC3i=000,密碼A和密碼B的讀寫訪問權均為“A/B”,表示可用密碼A或者是密碼B對各數據塊進行讀寫,但實際上由于在空卡默認狀態(tài)下密碼B是可讀的,所以不可用密碼B讀寫數據。

表15.4 數據塊(i=0、1、2)的權限代碼與訪問權限

電路設計

RFID卡讀寫器主板的電路原理圖如圖15.5所示,由單片機、與PC的通信接口、鍵盤、LCD顯示等部分組成。RFID卡讀寫器射頻處理模塊及天線等的電路圖如圖15.6所示。

圖15.5 RFID 卡讀寫器主板電路原理圖

圖15.6 RFID 卡讀寫器射頻處理模塊及天線電路圖

射頻處理模塊(也稱為射頻基站模塊)是射頻卡讀寫器的關鍵部件,RFID卡讀寫器通過該模塊與射頻卡進行數據通信。射頻處理模塊的主要部件就是射頻基站芯片,這里我們選用Philip公司的MFRC522。它是13.56MHz非接觸式通信中高集成讀卡IC系列中的一員,利用先進的調制和解調概念,完全整合了在13.56MHz下任何類型的被動非接觸式通信方式和協(xié)議。它內部包括微控制器接口單元、模擬信號處理單元、IS014443A規(guī)定的協(xié)議處理單元,以及Mifare卡特殊的Cryptol安全密鑰存儲單元,可以與所有兼容Intel或Motorola總線的微控制器直接連接,其內部還具有64個字節(jié)的先入先出(FIFO)隊列,可以和微控制器實現高速傳輸數據。

MFRC522內部的發(fā)送器部分無需增加有源電路就能夠直接驅動近操作距離的天線(可達10cm),接收器部分提供一個高效的解調和解碼電路,數字部分處理ISO14443A幀和錯誤檢測。

天線部分主要包括低通濾波器、接收電路、天線匹配電路和天線線圈,天線拾取的信號經過天線匹配電路送到RX腳,MFRC522的內部接收器對信號進行檢測和解調,并根據寄存器的設定進行處理。然后數據被發(fā)送到并行接口,由單片機進行讀取。制作完成的實驗樣機如圖15.7所示。

圖15.7 制作完成的實驗樣機

軟件設計及使用

程序采用結構化模塊方式設計,條理清晰、結構完善,便于整個程序的裝配。限于文章的篇幅,本文不對程序作詳細介紹,這里只對相關的讀寫過程作簡單介紹。

讀寫卡是一個非常復雜的程序執(zhí)行過程,要執(zhí)行一系列的操作指令,調用多個子函數,包括裝載密碼、詢卡、防沖突、選卡、驗證密碼、讀寫卡、??ǖ取_@一系列的操作必須按固定的順序進行。在沒有Mifare 1卡片進入射頻天線有效范圍時,LCD顯示“歡迎光臨”;當有Mifare 1卡片進入到射頻天線的有效范圍時,讀寫器驗證卡及密碼成功后,將卡號、消費金額、充值金額和余額等數據作為一條記錄存入EEPROM存儲器中,并同時在LCD上顯示出來。

1. 寫(設置)RFID 卡

讀卡器對卡進行數據的讀寫、密碼的管理和功能的測試,可以進行尋卡、防沖突、選擇和終止等功能??蓪FID卡的16個扇區(qū)進行密碼的下載及A、B組密碼的選擇??蓪γ總€扇區(qū)3個塊的數據進行讀寫。塊值操作包括初始化、讀值、加值、減值、密碼的修改等。

2. 讀 RFID 卡

首先尋卡,進入卡處理程序,緊接著防沖突,成功之后,加載密碼,之后便可對卡進行數據的讀取和操作。完成之后等待卡的拿開,確保每次只讀一次數據。

3. 讀寫器與射頻通信程序

RFID卡與讀寫器間的通信流程如圖15.8所示,各功能定義如下。

圖15.8 RFID 卡與讀寫器間的通信流程

(1)復位應答:射頻卡的通信協(xié)議和通信波特率是定義好的,當有射頻卡進入讀寫器的操作范圍時,讀寫器以特定的協(xié)議與它通信,驗證卡片的卡型。

(2)防沖突機制:當有多張卡進入讀寫器操作范圍時,防沖突機制會從其中選擇一張進行操作,未選中的則處于空閑模式,等待下一次選卡,該過程會返回被選卡的序列號。

(3)選擇卡片:選擇被選中的卡的序列號,同時返回卡的容量代碼。

(4)3次互相確認:選定要處理的卡片之后,讀寫器就確定要訪問的扇區(qū)號,并對該扇區(qū)密碼進行密碼校驗。在3次相互認證之后,就可以通過加密流進行通信。當選擇另一扇區(qū)時,則必須進行另一次密碼校驗。

(5)對數據塊的操作:讀一個塊、寫一個塊、對數值塊進行加值、對數值塊進行減值、將卡置于暫停工作狀態(tài)。

進入等待狀態(tài)時,RFID卡讀寫器的屏幕上顯示“歡迎光臨”(見圖15.9)。圖15.5中按鍵S1~S4的作用如下:按動S1后,讀寫器進入消費工作模式(見圖15.10);按動S2后,讀寫器進入充值模式(見圖15.11);按動S3后,讀寫器進入注冊模式(見圖15.12);按動S4后,讀寫器進入讀卡工作模式(見圖15.13)。

圖15.9 進入等待狀態(tài)

圖15.10 消費工作模式

圖15.11 充值模式

圖15.12 注冊模式照片

圖15.13 讀卡工作模式

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