CN104036211B - 一种基于rfid移动身份认证范围监测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种基于RFID的移动身份认证范围监测系统及方法，移动终端通过相机模块获取身份认证器上两个定位点的光学镜像，然后测量出两个定位点在光学镜像中的镜像间距值，进而根据空间比例关系测算出移动终端与身份认证器之间的间距，解决了身份认证过程中的安全范围问题，同时，通过对智能卡芯片的改造，改善了屏蔽或干扰对辐射信号的衰减影响。
Description
技术领域
本发明涉及一种非接触式身份认证系统，尤其涉及一种基于RFID移动身份认证范围监测系统及方法。
背景技术
RFID(射频识别：radiofrequencyidentification)是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，作为条形码的无线版本，RFID技术具有条形码所不具备的防水、防磁、耐高温、使用寿命长、读取距离大、标签上数据可以加密、存储数据容量更大、存储信息更改自如等优点，其应用将给零售、物流等产业带来革命性变化。
最基本的RFID系统由三部分组成:标签(Tag)，由耦合元件及芯片组成,每个标签具有唯一的电子编码,附着在物体上标识目标对象；身份认证器(Reader)，读取(有时还可以写入)标签信息的设备,可设计为手持式或固定式；天线(Antenna)，在标签和读取器间传递射频信号。
电子标签中一般保存有约定格式的电子数据,在实际应用中,电子标签附着在待识别物体的表面。身份认证器可无接触地读取并识别电子标签中所保存的电子数据,从而达到自动识别体的目的。通常身份认证器与电脑相连,所读取的标签信息被传送到电脑上进行下一步处理。
RFID的工作原理为：身份认证器通过天线发送出一定频率的射频信号,当标签进入磁场时产生感应电流从而获得能量,发送出自身编码等信息被读取器读取并解码后送至电脑主机进行有关处理。
通常身份认证器发送时所使用的频率被称为RFID系统的工作频率,基本上划分为3个范围:低频(30kHz-300kHz),高频(3MHz-30MHz)和超高频(300MHz-3GHz)。常见的工作频率有低频125kHz,134.2kHz及高频13.56MHz等等。
通过计算机及计算机网络，可实现对物体识别信息的采集、处理及远程传送等管理功能。对大多数RFID系统而言，将采用一个固定的频率，并有一套标准协议与它相配套。
随着RFID技术的发展，非接触式身份认证系统被提出，其是基于射频卡技术的双因素身份认证系统，能够解决由密码泄露导致的系统安全问题，实现了管理人员和操作员登录业务系统时的安全认证控制。
但是现有的基于RFID的身份认证解决方案需要解决的核心问题之一即RFID的认证范围的管理和监控，所述认证范围需要根据实际情况进行扩展，但又必须在合理范围实现身份的安全认证，而影响RFID辐射范围的因素包括身份认证器产生的磁场，感应的灵敏度,尤其在复杂环境下，以及标签本身获得能量并发送信息的能力。对于移动终端执行的非接触式认证方案，其存在问题是由于移动终端电池、壳体或线路板引起的屏蔽或干扰，从而导致携带移动终端与身份认证器之间的通信效果很差，通信范围难以控制，从而身份验证的实时进程，因此，需要针对上述问题提出一种新的基于RFID移动身份认证范围监测系统及方法。
发明内容
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
根据本发明的一个实施方式，提出了一种所述基于RFID的移动身份认证范围监测系统1，包括身份认证器2和内置智能卡芯片的移动终端3，所述身份认证器2上设置用于定位的第一定位点和第二定位点，所述第一定位点和第二定位点之间的间距为固定值；所述移动终端包括智能卡芯片、相机模块、第一近距离定位单元、第二近距离定位单元、光学测量单元、以及范围计算单元，所述智能卡芯片至少包括射频收发单元、中央微处理器，其特征在于，第一近距离定位单元使智能卡芯片卡通过射频通讯获取第一定位点和第二定位点之间的固定间距值，第二近距离定位单元控制相机模块获取包括第一定位点和第二定位点的光学镜像，光学测量单元测量第一定位点和第二定位点在光学镜像中的镜像间距值，范围计算单元根据镜像间距值、固定间距值以及相机模块的入射窗与成像面之间的物距值，利用比例计算得到移动终端与身份认证器之间的间距值。
根据本发明的一个实施方式，所述身份认证器2包括主控制器模块，射频收发模块、用于时间控制的时钟模块、用于系统电源供应的电源管理模块、用于工作模式识别的LED显示模块，以及系统和PC通信的串行通信接口模块、用于身份信息验证的认证模块。
根据本发明的一个实施方式，相机模块的入射窗与成像面之间的物距值是相机模块的已知设备参数，移动终端与身份认证器之间的间距值等于相机模块的入射窗与身份认证器之间的间距值，相机模块的入射窗与身份认证器之间的间距值d2等于第一定位点和第二定位点之间的固定间距值L2除以第一定位点和第二定位点在光学镜像中的镜像间距值L1的商再乘以相机模块的入射窗与成像面之间的物距值d1，计算公式为：d2＝d1×(L2/L1)。
根据本发明的一个实施方式，所述主控制器模块采用ZTEIC公司的Z32H256UF安全芯片。
根据本发明的一个实施方式，所述射频收发模块采用Nordic公司的Nrf24L01芯片。
根据本发明的一个实施方式，所述串行通信接口模块为UART通信接口模块。
根据本发明的一个实施方式，所述智能卡芯片还包括，中断处理器、随机数发生器、ROM、EEPROM、外部RAM、循环冗余校验模块、时钟模块、ISO/IEC7816模块及电源引脚、复位引脚、时钟引脚、第一天线引脚、第二天线引脚、IO引脚、备用引脚、接地引脚。
根据本发明的一个实施方式，所述智能卡芯片中的射频收发单元至少包括一功率放大电路，用于将经调制电路调制的通信信号放大。
根据本发明的一个实施方式，所述功率放大电路为高效率谐振功率放大器电路，包括：第一至第四反相器，第一PNP管Q3、第二PNP管Q5，第一NPN管Q4、第二NPN管Q6，第一至第三电容C3～C5，第一电阻R11、第二电阻R12，第一天线负载端ANT1、第二天线负载端ANT2。
根据本发明的另外一个实施方式，还提出一种基于RFID的移动身份认证范围监测系统进行认证范围监控的方法，其步骤如下：
预先在身份认证器上设置用于定位的第一定位点和第二定位点，所述第一定位点和第二定位点之间的间距为固定值，并存储所述固定间距值；
在移动终端通过智能卡芯片卡与身份认证器进行射频通讯时，第一近距离定位单元使智能卡芯片卡通过射频通讯获取第一定位点和第二定位点之间的固定间距值；
第二近距离定位单元控制相机模块获取包括第一定位点和第二定位点的光学镜像；
光学测量单元测量第一定位点和第二定位点在光学镜像中的镜像间距值；
范围计算单元根据镜像间距值、固定间距值以及相机模块的入射窗与成像面之间的物距值，利用比例计算得到移动终端与身份认证器之间的间距值。
在本发明的一种基于RFID的移动身份认证范围监测系统中，移动终端通过相机模块获取身份认证器上两个定位点的光学镜像，然后测量出两个定位点的在光学镜像中的镜像间距值，进而根据空间比例关系测算出移动终端与身份认证器之间的间距，实现了身份认证过程中的安全范围问题，同时，通过对智能卡芯片的改造，改善了屏蔽或干扰对辐射信号的衰减影响。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
附图1示出了根据本发明的一个实施方式的基于RFID的移动身份认证范围监测系统结构框图；
附图2示出了根据本发明的一个实施方式的基于RFID的移动身份认证范围监测系统进行认证范围监控的步骤流程图；
附图3示出了根据本发明的一个实施方式的智能卡芯片中的射频收发单元结构示意图；
附图4示出了根据本发明的一个实施方式的自动增益控制电路结构示意图；
附图5示出了根据本发明的一个实施方式的发送功率放大电路结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
根据本发明的一个实施方式，如附图1所示，所述基于RFID的移动身份认证范围监测系统1包括身份认证器2和内置智能卡芯片的移动终端3，所述身份认证器2包括主控制器模块，射频收发模块、用于时间控制的时钟模块、用于系统电源供应的电源管理模块、用于工作模式识别的LED显示模块，以及系统和PC通信的串行通信接口模块、用于身份信息验证的认证模块、以及用于定位的第一定位点和第二定位点，所述第一定位点和第二定位点之间的间距为固定值；
所述移动终端包括智能卡芯片、相机模块、第一近距离定位单元、第二近距离定位单元、光学测量单元、以及范围计算单元，所述智能卡芯片至少包括射频收发单元、中央微处理器。
根据本发明的一个实施方式，如附图2所示，所述基于RFID的移动身份认证范围监测系统进行认证范围监控的步骤如下：预先在身份认证器上设置用于定位的第一定位点和第二定位点，所述第一定位点和第二定位点之间的间距为固定值，并存储所述固定间距值；在移动终端通过智能卡芯片卡与身份认证器进行射频通讯时，第一近距离定位单元使智能卡芯片卡通过射频通讯获取第一定位点和第二定位点之间的固定间距值。第二近距离定位单元控制相机模块获取包括第一定位点和第二定位点的光学镜像。光学测量单元测量第一定位点和第二定位点在光学镜像中的镜像间距值。范围计算单元根据镜像间距值、固定间距值以及相机模块的入射窗与成像面之间的物距值，利用比例计算得到移动终端与身份认证器之间的间距值。
其中，相机模块的入射窗与成像面之间的物距值是相机模块的已知设备参数。移动终端与身份认证器之间的间距值等于相机模块的入射窗与身份认证器之间的间距值，相机模块的入射窗与身份认证器之间的间距值d2等于第一定位点和第二定位点之间的固定间距值L2除以第一定位点和第二定位点在光学镜像中的镜像间距值L1的商再乘以相机模块的入射窗与成像面之间的物距值d1，计算公式为：d2＝d1×(L2/L1)。
根据本发明的一个实施方式，所述主控制器模块采用ZTEIC公司的Z32H256UF安全芯片。
根据本发明的一个实施方式，所述射频收发模块采用Nordic公司的Nrf24L01芯片。
根据本发明的一个实施方式，所述串行通信接口模块为UART通信接口模块。
根据本发明的一个实施方式，所述智能卡芯片还可以包括，但不限于，中断处理器、随机数发生器、ROM、EEPROM、外部RAM、循环冗余校验模块、时钟模块、ISO/IEC7816模块及电源引脚、复位引脚、时钟引脚、第一天线引脚、第二天线引脚、IO引脚、备用引脚、接地引脚。
参照图3所示，根据本发明的实施方式的智能卡芯片中的射频收发单元包括：
接收放大电路，用于将移动终端获得的通信信号放大并传输至解调电路；
解调电路，用于将经接收放大电路放大后的通信信号进行解调；
A/D转换电路，用于将解调电路解调后的通信信号转换为数字信号；
接收数字电路接口，用于将A/D转换电路输出的数字信号根据所采用协议进行解码，并发送至智能卡芯片中的中央微处理器；
发送数字电路接口，用于接收智能卡芯片中中央微处理器发出的数字信号，并根据所采用协议对该数字信号进行数字编码，并将编码后信号送到调制电路；
调制电路，用于将发送数字电路接口传输的经编码后的移动终端待发送通信信号进行调制；
发送功率放大电路，用于将经调制电路调制的通信信号放大。
其中，所述接收放大电路经由非接触式天线获得信号，而发送功率放大电路在将调制信号放大后，经由非接触式天线发送。
由于智能卡在各种移动终端中的安装位置、安装方式以及周围机械金属环境等不同，身份认证器透过移动终端电池、电路板等传到双界面智能卡的信号有不同的衰减，所以信号经由智能卡非接触式天线送到接收放大电路的输入端有相当的不同。另一方面，接收放大电路的输出端，即解调电路的输入端，希望对不同移动终端环境都有一个稳定的待解调信号。因此，所述接收放大电路经由非接触式天线获得输入信号后，除了应能够实现输入信号的放大，也应能对所述输入信号进行处理，以使得即使输入信号变化幅度很大，所输出的经放大的信号的幅度也较小。从而，提供解调电路一个稳定的待解调信号。
根据本发明的一个实施方式，所述接收放大电路为自动增益控制电路。参照图4所示，所述自动增益控制电路包括：可控增益放大器、控制信号产生电路、比较器、电平检测电路。
其中，所述可控增益放大器，用于根据控制信号产生电路发送的增益控制信号确定相应的增益，并以该增益对所接收的交流输入信号进行放大后输出至解调电路；
所述电平检测电路，用于将所述可控增益放大器输出的交流输出信号转换为直流信号，并发送至比较器；
所述比较器，用于将电平检测电路发送的直流信号与基准信号进行比较，并将相应比较结果发送至控制信号产生电路；
所述控制信号产生电路，用于根据比较器发送的比较结果，产生并向所述可控增益放大器发送相应的增益控制信号。
其中，所述直流信号与基准信号为直流电压。所述增益控制信号可以为控制电压。
根据本发明的一个实施方式，附图5所示为发送功率放大电路的示意图。所示放大电路为高效率谐振功率放大器电路，包括：第一至第四反相器，第一PNP管Q3、第二PNP管Q5，第一NPN管Q4、第二NPN管Q6，第一至第三电容C3～C5，第一电阻R11、第二电阻R12，第一天线负载端ANT1、第二天线负载端ANT2。
其中，第一反相器的输入端接收第一已调制控制信号RFTXD1，输出端与第二NPN管Q6的基极相连。第二反相器的输入端接收第二已调制控制信号RFTXD2，输出端与第二PNP管Q5的基极相连。第三反相器的输入端接收第三已调制控制信号RFTXD3，输出端与第一PNP管Q3的基极相连。第四反相器的输入端接收第四已调制控制信号RFTXD4，输出端与第一NPN管Q4的基极相连。
第二PNP管Q5的集电极接地，射极与第二NPN管Q6的射极相连。第二NPN管Q6的集电极经由第一电阻R11与VCC相连。第一PNP管Q3的集电极接地，射极与第一NPN管Q4的射极相连。第一NPN管Q4的集电极经由第二电阻R12与VCC相连。
第一电容C3的第一端与第二PNP管Q5的射极以及第二NPN管Q6的射极相连。第二电容C4的第一端与第一PNP管Q3的射极以及第一NPN管Q4的射极相连。第三电容C5的两端分别与第一电容C3以及第二电容C4的第二端相连。第三电容C5的两端分别与第一天线负载端ANT1、第二天线负载端ANT2相连。
上述放大电路通过RFTXD1、RFTXD2、RFTXD3、RFTXD4这四个已调制控制信号的开关控制，使得NPN管Q5、Q6，以及PNP管Q3、Q4交替打开/关闭，从而在对于调制信号放大的同时，也使得天线负载端发出符合频率要求的射频信号。而RFTXD1、RFTXD2、RFTXD3、RFTXD4这四个已调制控制信号由调制电路25产生，RFTXD1/RFTXD2与RFTXD3/RFTXD4为相位正好相反的信号对，RFTXD1与RFTXD2之间相位基本一致，RFTXD3与RFTXD4之间相位基本一致。
在移动终端与身份认证器通信时，当身份认证器向移动终端发送命令信号时，所述智能卡芯片中的射频收发单元经由非接触式天线获得命令信号，经接收放大电路放大后，送至解调电路解调，并在解调获得解调信号后由A/D转换电路将模拟的解调信号转换为数字信号，并经由接收数字电路接口将所述数字信号发送至智能卡芯片内部。由于接收放大电路将接收的命令信号放大，补偿了移动终端电池和电路板的屏蔽对命令信号的衰减，使得移动终端能够正确获得身份认证器发出的命令信号。
而当移动终端向身份认证器应答信号时，该应答信号经过智能卡芯片内的中央微处理器编码后，经所述的调制电路进行调制后送到所述的发送功率放大电路进行功率放大，再通过所述的非接触式天线发射。由于发送功率放大电路将应答信号进行功率放大，补偿了移动终端电池和电路板的屏蔽对应答信号的功率衰减，改善了所述屏蔽对应答信号的衰减影响。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种基于RFID的移动身份认证范围监测系统，包括身份认证器2和内置智能卡芯片的移动终端3，所述身份认证器2上设置用于定位的第一定位点和第二定位点，所述第一定位点和第二定位点之间的间距为固定值；所述移动终端包括智能卡芯片、相机模块、第一近距离定位单元、第二近距离定位单元、光学测量单元、以及范围计算单元；所述智能卡芯片至少包括射频收发单元、中央微处理器；其特征在于，
第一近距离定位单元使智能卡芯片卡通过射频通讯获取第一定位点和第二定位点之间的固定间距值，第二近距离定位单元控制相机模块获取包括第一定位点和第二定位点的光学镜像，光学测量单元测量第一定位点和第二定位点在光学镜像中的镜像间距值，范围计算单元根据镜像间距值、固定间距值以及相机模块的入射窗与成像面之间的物距值，利用比例计算得到移动终端与身份认证器之间的间距值；
其中，所述智能卡芯片还包括，中断处理器、随机数发生器、ROM、EEPROM、外部RAM、循环冗余校验模块、时钟模块、ISO/IEC7816模块及电源引脚、复位引脚、时钟引脚、第一天线引脚、第二天线引脚、IO引脚、备用引脚、接地引脚；
所述相机模块的入射窗与成像面之间的物距值是相机模块的已知设备参数，移动终端与身份认证器之间的间距值等于相机模块的入射窗与身份认证器之间的间距值，相机模块的入射窗与身份认证器之间的间距值d2等于第一定位点和第二定位点之间的固定间距值L2除以第一定位点和第二定位点在光学镜像中的镜像间距值L1的商再乘以相机模块的入射窗与成像面之间的物距值d1，计算公式为：d2＝d1×(L2/L1)。
2.根据权利要求1所述的系统，所述身份认证器2包括主控制器模块，射频收发模块、用于时间控制的时钟模块、用于系统电源供应的电源管理模块、用于工作模式识别的LED显示模块、所述系统和PC通信的串行通信接口模块、以及用于身份信息验证的认证模块。
3.根据权利要求1所述的系统，主控制器模块采用ZTEIC公司的Z32H256UF安全芯片。
4.根据权利要求1所述的系统，所述射频收发模块采用Nordic公司的Nrf24L01芯片。
5.根据权利要求1所述的系统，串行通信接口模块为UART通信接口模块。
6.根据权利要求1所述的系统，所述智能卡芯片中的射频收发单元至少包括一功率放大电路，用于将经调制电路调制的通信信号放大。
7.根据权利要求6所述的系统，所述功率放大电路为高效率谐振功率放大器电路，包括：第一至第四反相器，第一PNP管Q3、第二PNP管Q5，第一NPN管Q4、第二NPN管Q6，第一至第三电容C3～C5，第一电阻R11、第二电阻R12，第一天线负载端ANT1、第二天线负载端ANT2。
8.一种如权利要求1-7其中之一的基于RFID的移动身份认证范围监测系统进行认证范围监控的方法，其步骤如下：
预先在身份认证器上设置用于定位的第一定位点和第二定位点，所述第一定位点和第二定位点之间的间距为固定值，并存储所述固定间距值；
在移动终端通过智能卡芯片卡与身份认证器进行射频通讯时，第一近距离定位单元使智能卡芯片卡通过射频通讯获取第一定位点和第二定位点之间的固定间距值；
第二近距离定位单元控制相机模块获取包括第一定位点和第二定位点的光学镜像；
光学测量单元测量第一定位点和第二定位点在光学镜像中的镜像间距值；
范围计算单元根据镜像间距值、固定间距值以及相机模块的入射窗与成像面之间的物距值，利用比例计算得到移动终端与身份认证器之间的间距值。
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Also Published As
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