CN104239833A - 一种低功耗读卡器及其使用方法 - Google Patents

Abstract

一种低功耗读卡器及其使用方法，属于智能卡应用技术领域。本发明读卡器包括依次相互连接的MCU电路、射频电路和天线。其结构特点是，它还包括反馈电路。所述天线依次经反馈电路连接到控制单元MCU电路。所述MCU电路通过控制射频电路及天线发射载波信号，同时又接收反馈电路的输出电压，判断卡片是否在场，控制读卡器处于工作状态或者低功耗状态。同现有技术相比，本发明通过分析卡片在场和不在场时天线载波信号的反馈信号到达的门限电压的时间差，判断卡片是否在场，从而控制读卡器进入工作状态或低功耗状态，具有功耗低、运行成本低和可靠性高的特点。

Description

一种低功耗读卡器及其使用方法

技术领域

 本发明属于智能卡应用技术领域，特别是能降低功耗的读卡器及其使用方法。

背景技术

目前，非接触读卡器一般由微控制单元MCU电路、射频电路和天线组成，并由外接电源供电。当对读卡器功耗要求不高时，天线发射载波可不关闭，不断向外发送寻卡指令，当卡片在场时，会向读卡器返回应答信号，读卡器接收到卡片应答信号，就会知道卡片在场，可对卡片继续进行其他操作。

在一些应用场合比如电子门锁，读卡器及其锁舌驱动由电池提供电源，如果读卡器天线载波一直打开，电池电量将很快耗尽。在这种场合需要读卡器消耗电流很小。读卡器大部分时间要处于低功耗状态，这个状态下读卡器消耗电流几乎为零，可忽略不计。但是读卡器还需要实时知道卡片是否已经接近读卡器，以便读卡器内部MCU电路控制读卡器进入工作状态，对卡片进行操作和进行其他操作，这就需要读卡器还具有检测卡片已经接近读卡器的功能。应用中，读卡器操作卡片的次数比较少，读卡器大部分时间处于低功耗状态和检测卡片是否已经接近读卡器，故读卡器检测卡片是否在场消耗的功耗变成为读卡器平均功耗的关键。

现有技术中，读卡器检测卡片是否入场通常采用如下两种方法：

1）指令寻卡：读卡器周期性从低功耗状态进入工作状态，打开射频场，发寻卡命令，未收到卡片应答，认为卡片不在场，收到卡片应答，则认为卡片在场。如果卡片在场对卡片继续操作，否则立即进入低功耗状态。缺点：检测时间比较长，平均功耗大，运行成本高。

2）红外检测：读卡器周期性向外发送红外信号，卡片接近读卡器时反射红外信号，读卡器接收的红外信号强度达到阈值后，认为卡片在场。缺点：红外线容易受到外界环境影响，可靠性差。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种低功耗读卡器及其使用方法。它通过分析卡片在场和不在场时天线载波信号的反馈信号到达的门限电压的时间差，判断卡片是否在场，从而控制读卡器进入工作状态或低功耗状态，具有功耗低、运行成本低和可靠性高的特点。

为了达到上述发明目的，本发明的技术方案以如下方式实现：

一种低功耗读卡器，它包括依次相互连接的MCU电路、射频电路和天线。其结构特点是，它还包括反馈电路。所述天线依次经反馈电路连接到控制单元MCU电路。所述MCU电路通过控制射频电路及天线发射载波信号，同时又接收反馈电路的输出电压，判断卡片是否在场，控制读卡器处于工作状态或者低功耗状态。

在上述读卡器中，所述MCU电路通过对比反馈电路输出电压信号到达门限电压Vth的时间来判断卡片是否在场。

在上述读卡器中，所述门限电压Vth及计时分别采用MCU电路的总线扩展器GPIO输入特性和计数器实现。

在上述读卡器中，所述反馈电路采用整流滤波分压电路实现。

如上所述的低功耗读卡器的使用方法，它的读卡器内包括MCU电路、射频电路、天线、反馈电路，其方法步骤为：

1）MCU电路控制射频电路通过天线发射载波；

2）反馈电路将天线上的载波信号转换为电压；

3）MCU电路记录反馈电路输出电压信号达到GPIO高电平达门限电压的时间T；

4）MCU电路分析时间T，判断出卡片在场或者不在场；

5）若卡片不在场，MCU电路控制读卡器进入低功耗状态；

6）若卡片在场，MCU电路控制射频电路通过天线向卡片发送操作卡指令，操作结束后，MCU电路控制读卡器进入低功耗状态。

本发明由于采用了上述结构和方法，同现有技术相比，具有如下优点：

1）读卡器供电后记录T0，消除环境对卡片在场的判断的影响；

2）判断一次卡片是否在场时间短，为10uS量级，平均功耗低，平均电流消耗可小于20uA；

3）电路简单，成本低廉。

下面通过附图和具体实施例对本发明做进一步说明。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2 为本发明读卡器的工作流程图；

图3 为本发明实施例中以天线输出载波时开始计时卡片在场与不在场状态下反馈电路输出的电压曲线图；

图4 为本发明实施例中门限电压和计时实现图。

具体实施方式

参看图1和图4，本发明包括依次相互连接的MCU电路1、射频电路2和天线3，天线3依次经反馈电路4连接到控制单元MCU电路1。门限电压Vth及计时采用MCU电路1的总线扩展器GPIO1.1输入特性和计数器1.2实现，反馈电路4采用整流滤波分压电路实现。MCU电路1通过控制射频电路2及天线3发射载波信号和与卡片5通讯，同时又由MCU电路1接收反馈电路4的输出电压，判断卡片5是否在场，控制读卡器装置处于工作状态或者低功耗状态。MCU电路1通过对比反馈电路4输出电压信号到达门限电压Vth的时间来判断卡片5是否在场。

参见图2，本发明检测卡片5是否在场并进一步控制读卡器功耗的流程为：

1）MCU电路1控制射频电路2通过天线3发射载波；

2）反馈电路4将天线3上的载波信号转换为电压；

3）MCU电路1记录反馈电路4输出电压信号达到GPIO高电平门限电压的时间T；

4）MCU电路1分析时间T，判断出卡片5在场或者不在场；

5）若卡片5不在场，MCU电路1控制读卡器进入低功耗状态；

6）若卡片5在场，MCU电路1控制射频电路2通过天线3向卡片5发送操作卡指令，操作结束后，MCU电路1控制读卡器进入低功耗状态。

上述方法步骤中，当读卡器进入工作状态，天线3发射载波信号后，反馈电路4输出电压信号幅值达到门限电压Vth时，若卡片5不在场，时间为T0，若卡片5在场，则时间为T1。当读卡器供电后，在无卡片5在场的情况下，读卡器进入工作状态，天线3发射载波信号后，反馈电路4输出电压信号幅值达到门限电压Vth时，获得并记录时间T0，然后读卡器进入低功耗状态。当读卡器周期性进入工作状态时，在反馈电路4输出电压信号幅值达到相同的门限电压Vth时，获取时间T，如果T≥T0+ΔT，其中ΔT为设定的时间余量，0<ΔT< T1- T0 ，认为卡片5在场，继续进行其他操作，操作完毕后，读卡器进入低功耗状态；否则，读卡器立即进入低功耗状态。

参看图3，卡片5不在场时，反馈电路4输出的电压信号到达GPIO高电平达门限电压Vth的时间为T0；卡片5在场时，反馈电路4输出的电压信号到GPIO高电平达门限电压Vth的时间为T1。

参看图4，本发明可以通过总线扩展器GPIO1.1和计数器1.2实现对电压信号达到阈值的时间记录。MCU电路1控制射频电路2发送载波的同时，开启GPIO1.1门限和计数器1.2计时。反馈电路4输出电压到达GPIO1.1高电平门限电压Vth时，触发总线扩展器GPIO1.1中断，记录计数器1.2定时时间为T。

上述示例，说明了本发明可以实现对卡片5在场检测的低功耗控制。本发明实施例提出的使用总线扩展器GPIO1.1和计数器1.2实现对反馈电路达到GPIO高电平门限电压的计时，仅为具体的实施方式，也可以由其他电路实现对反馈电路到达门限电压的计时。凡属于本发明技术思路相一致的技术方案，均属本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种低功耗读卡器，它包括依次相互连接的MCU电路（1）、射频电路（2）和天线（3），其特征在于，它还包括反馈电路（4），所述天线（3）依次经反馈电路（4）连接到控制单元MCU电路（1）；所述MCU电路（1）通过控制射频电路（2）及天线（3）发射载波信号，同时又由MCU电路（1）接收反馈电路（4）的输出电压，判断卡片（6）是否在场并控制读卡器处于工作状态或者低功耗状态。

2.根据权利要求1所述的低功耗读卡器，其特征在于，所述MCU电路（1）通过对比反馈电路（4）输出电压信号到达门限电压Vth的时间来判断卡片（5）是否在场。

3.根据权利要求1或2所述的低功耗读卡器，其特征在于，所述门限电压Vth及计时分别采用MCU电路（1）的总线扩展器GPIO（1.1）输入特性和计数器（1.2）实现。

4.根据权利要求3所述的低功耗读卡器，其特征在于，所述反馈电路（4）采用整流滤波分压电路实现。

5.如权利要求1所述的低功耗读卡器的使用方法，它的读卡器内包括MCU电路（1）、射频电路（2）、天线（3）、反馈电路（4），其方法步骤为：

1）MCU电路（1）控制射频电路（2）通过天线（3）发射载波；

2）反馈电路（4）将天线（3）上的载波信号转换为电压；

3）MCU电路（1）记录反馈电路（4）输出电压信号达到GPIO高电平达门限电压的时间T；

4）MCU电路（1）分析时间T，判断出卡片（5）在场或者不在场；

5）若卡片（5）不在场，MCU电路（1）控制读卡器进入低功耗状态；

6）若卡片（5）在场，MCU电路（1）控制射频电路（2）通过天线（3）向卡片（5）发送操作卡指令，操作结束后，MCU电路（1）控制读卡器进入低功耗状态。