隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，智能卡(IC卡)在生活中隨處可見。而射頻識(shí)別卡(簡(jiǎn)稱射頻卡、RFID卡)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卡由于成功結(jié)合了射頻識(shí)別技術(shù)和IC卡技術(shù)，解決了無源(卡內(nèi)無電池)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，完全密封在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)PVC卡片中，無外露部分。學(xué)生考勤系統(tǒng)設(shè)計(jì)利用無線射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生進(jìn)行考勤、記錄等功能。
通過點(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)又容易相互干擾;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)由射頻卡基站器件 U2270B及其支撐電路、主控器件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，如圖1所示。
圖1 學(xué)生考勤系統(tǒng)框圖
學(xué)生考勤系統(tǒng)的工作原理為：MCU工作于低功耗狀態(tài)，標(biāo)簽因?yàn)闆]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)中的射頻卡基站器件U2270B及其支撐電路設(shè)計(jì)。
1 射頻卡基站器件U2270B及其電路設(shè)計(jì)
U2270B是ATMEL公司生產(chǎn)的基站器件，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。
1.1 頻卡基站器件U2270B的射頻頻率
U2270B基站的射頻頻率要求在100～150 kHz范圍內(nèi)，在頻率為125 kHz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5 V標(biāo)準(zhǔn)電源。U2270B具有可微調(diào)功能，與其他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器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。
圖2 U2270B內(nèi)部結(jié)構(gòu)
U2270B的射頻頻率是通過調(diào)整U2270B內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的RF引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(典型為125 kHz)，然后通過天線驅(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“l”控制振蕩器的肩振和停振，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“l”，這樣完成將基站發(fā)射的數(shù)據(jù)寫入標(biāo)簽的過程。