CN203299826U - 访问距离数字可调的非接触式读卡器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电子器件，公开了一种访问距离数字可调的非接触式读卡器。本实用新型中，访问距离数字可调的非接触式读卡器，包含：微处理器、数模转换器、读卡集成电路、乘法器、放大电路、谐振电路、天线和衰减电路。微处理器与所述数模转换器和所述读卡集成电路相连接；数模转换器和所述读卡集成电路均与所述乘法器相连；所述乘法器与所述放大电路相连；所述放大电路与所述谐振电路相连；所述谐振电路与所述天线相连；天线与所述衰减电路相连；所述衰减电路与所述读卡集成电路相连。使得非接触式读卡器的访问距离可以根据实际需要进行调节，而且访问距离的调节是数字式的。

Description

访问距离数字可调的非接触式读卡器

技术领域

本实用新型涉及电子器件，特别涉及非接触式读卡器。

背景技术

由于非接触IC卡具备无须与读卡器物理连接的优点，因此非接触IC卡被广泛的应用于现代社会的许多领域，如：城市公共交通卡、二代身份证、电子标签、电子钱包等。作为配套设备，非接触读卡器成为必不可少的读取IC卡信息的装置。

非接触IC卡为近距离卡，一般采用ISO/IEC14443标准，频率13.56MHz。一般的读卡器与卡之间的有效读取距离只有3到5厘米。具体的工作原理为，卡借助自身的天线从读卡器生成射频能量场获取时钟和数据信号。读卡器工作时，不断地向外发送固定频率的电磁波，频率为13.56MHz，当有卡靠近时，卡片内有一个LC串联谐振电路，其频率与读写器的发射频率相同，在电磁波的激励下，LC串联谐振电路产生共振，从而使电容C充电，当电容充电达到2伏时，此电容就作为电源为卡片上的其他电路供电，将卡片内的数据作为电磁波的调制信号发射给读卡器，或通过解调电磁波上的调制信号，接收读卡器发送的数据。

现有的读卡集成电路的参数受到ISO/IEC14443标准的限制，导致非接触读卡器的作用范围有限。但实际应用中，如公交卡等经常在公众场合使用，由于非接触式IC卡和读卡器间的作用距离过远或过近，导致效率降低。再如在实验室要对非接触IC卡进行测试时，如果读卡器的作用范围是恒定不变的或者无法调节作用范围，就不能全面的测试非接触式卡在不同环境下的性能。另外，虽然有些读卡器的作用范围可以调节，但调节方式非数字式的，必然在使用时会带来许多不便。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种访问距离数字可调的非接触式读卡器，使得非接触式读卡器的访问距离可以根据实际需要进行调节，而且访问距离的调节是数字式的。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种访问距离数字可调的非接触式读卡器，包含：微处理器、数模转换器、读卡集成电路、乘法器、放大电路、谐振电路、天线和衰减电路；

所述微处理器与所述数模转换器和所述读卡集成电路相连接；

所述数模转换器和所述读卡集成电路均与所述乘法器相连；所述乘法器与所述放大电路相连；所述放大电路与所述谐振电路相连；所述谐振电路与所述天线相连；

所述天线与所述衰减电路相连；所述衰减电路与所述读卡集成电路相连。

本实用新型实施方式相对于现有技术而言，在读卡集成电路与谐振电路之间增加了放大电路部分，即数模转换器、乘法器和放大电路，且此放大电路部分的放大倍数可以调节，从而调节天线的输出能量，即调节非接触式IC卡与读卡器之间的访问距离。

优选地，该访问距离数字可调的非接触式读卡器还包含：接口电路；所述接口电路与所述微处理器相连；所述微处理器通过所述接口电路与上位机进行通信。使得放大电路部分的放大倍数可以通过接口电路由上位机进行调节，上位机显示调节结果。

优选地，该访问距离数字可调的非接触式读卡器还包含：键盘和液晶屏；所述键盘和液晶屏均与所述微处理器相连。使得放大电路部分的放大倍数可以通过键盘输入进行调节，液晶屏显示调节结果。

优选地，访问距离数字可调的非接触式读卡器还包含蜂鸣器；所述蜂鸣器与所述微处理器相连。使得该非接触式读卡器在读卡出错时，可以发出警报音。

优选地，放大电路为两级结构，前一级为一个放大器芯片，后一级由四个放大器芯片并联组成，以提高信号的驱动电流。

优选地，访问距离数字可调的非接触式读卡器还包含第一滤波电路，用于滤除所述读卡集成电路的输出信号中的直流分量和高频分量。读卡集成电路输出的信号经所述第一滤波电路输入所述乘法器；所述第一滤波电路集成在所述读卡集成电路或所述乘法器中。

优选地，访问距离数字可调的非接触式读卡器还包含第二滤波电路，用于滤除所述数模转换器的输出信号中的高频分量。数模转换器输出的信号经所述第二滤波电路输入所述乘法器；所述第二滤波电路集成在所述数模转换器或所述乘法器中。

附图说明

图1是根据本实用新型第一实施方式的访问距离数字可调的非接触式读卡器结构示意图；

图2是根据本实用新型第一实施方式中的非接触式读卡器与外部的接口示意图；

图3是根据本实用新型第一实施方式中的放大电路结构示意图；

图4是根据本实用新型第一实施方式的访问距离数字可调的非接触式读卡器的芯片实现示意图；

图5是根据本实用新型第一实施方式的访问距离数字可调的非接触式读卡器工作时的信号流示意图；

图6是根据本实用新型第二实施方式的访问距离数字可调的非接触式读卡器结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本实用新型各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

本实用新型的第一实施方式涉及一种访问距离数字可调的非接触式读卡器。具体结构如图1所示，该非接触式读卡器包含：接口电路、微处理器、数模转换器、读卡集成电路、乘法器、放大电路、谐振电路、天线和衰减电路。

具体地说，微处理器与数模转换器和读卡集成电路相连接，数模转换器和读卡集成电路均与乘法器相连，乘法器与放大电路相连；放大电路与谐振电路相连；谐振电路与天线相连。天线与衰减电路相连，衰减电路与读卡集成电路相连。接口电路与微处理器相连，微处理器通过接口电路与上位机进行通信。

该非接触式读卡器与外部的接口如图2所示，包括：外接的电源，用于为读卡器中的电路部分供电；非接触式卡，即被读取的对象。可以通过上位机控制读卡器的读写操作和访问距离调节。具体地，由上位机控制读卡器进行读卡的工作方式如下：

（1）上位机与微处理器通过接口电路连接；

（2）读卡操作：本读卡器在上位机的指令控制下通过天线读取非接触式卡的数据，并将读到的信息返回给上位机。

（3）场强调节：本读卡器在上位机的特定指令控制下改变或读取读卡器的场强大小。

（4）上位机与读卡器之间的接口为串口：波特率19200bit/s；位长8bit；1位停止位；Even校验。

其中，上位机与读卡器之间的通讯指令格式如下：

总体格式如表1所示：

表1

其中，信息头的第一个字节为固定字节，0x05或0x50；信息头的第二个字节LEN表示信息体的字节长度，0~256；Lrc为信息体中数据部分的异或校验和，占一个字节，信息体为控制读卡器的具体指令。

信息体的具体格式如表2所示：

表2

读卡操作中的0xF0为固定字节（16进制），随后的Tlen为发送给非接触式卡的数据长度，Rlen为接收非接触式卡数据的长度；Tdata为发送给非接触式卡的数据内容；Rdata为接收到得非接触式卡数据内容，stata为此次操作是否成功的标志字节，state为0x00表示成功，为0x01表示失败。

更改场强操作中的0xE0为固定字节（16进制），随后的Tdata为更改的大小，Tdata值越大则场强越大，反之则越小。State为此次操作是否成功的标志字节，state为0x00表示成功，为0x01表示失败。

读取场强值操作中的0xE1为固定字节（16进制），随后的Rdata为读到场强值，Rdata值越大则场强越大，反之则越小。State为此次操作是否成功的标志字节，state为0x00表示成功，为0x01表示失败。

值得一提的是，本实施方式的非接触式读卡器还包含：第一滤波电路（如图3中的0301）和第二滤波电路（如图3中的0302）。第一滤波电路用于滤除读卡集成电路的输出信号中的直流分量和高频分量。读卡集成电路输出的信号经第一滤波电路输入乘法器。在具体实现时，第一滤波电路可以集成在读卡集成电路中，也可以集成在乘法器中。第二滤波电路用于滤除数模转换器的输出信号中的高频分量，数模转换器输出的信号经第二滤波电路输入乘法器。在具体实现时，第二滤波电路可以集成在数模转换器，也可以集成在乘法器中。

另外，本实施方式中的放大电路（如图3中的0304）为两级结构，前一级为一个放大器芯片，后一级由四个放大器芯片并联组成，以提高信号的驱动电流。在具体实现时，前一级的放大器芯片可以是型号为AD8055的低功耗电压反馈放大器；后一级的各放大器芯片可以是型号为THS3092的双路高电流反馈放大器。

下面对本实施方式中的各部件进行具体说明。

接口电路（如图4中的0401）：型号为MAX3232的收发器，采用专有的低压差发送器的输出级，利用双电荷泵在3伏至5.5伏电源供电时能够实现真正的RS-232性能；此次用于上位机和微处理器之间的电平转换，实现上位机和微处理器的通讯。

微处理器（如图4中的0402）：飞利浦公司生产的51系列单片机，型号为P89LV51RD2，LV表示低电压型，工作电压为3v。此次用于控制读卡集成电路和数模转换器，最终完成读取卡片内数据和访问距离的调节。与读卡集成电路的接口为并行接口，与数模转换器的接口为SPI接口。

读卡集成电路（如图4中的0403）：型号为MFRC531，是非接触式卡读卡芯片，满足ISO/IEC14443A和ISO/IEC14443B协议，载波频率为

13.56MHz；此次用于按照ISO/IEC14443标准对发送给卡的指令或数据进行编码和调制，或对卡片的返回信号进行解调和解码。

数模转换器（如图4中的0404）：型号为TLV5626，8位双路的数模转换器，最低工作电压2.7v，内置参考电压和省电功能。此次实现产生电压可调的直流信号，用于场强的调节。

第一滤波电路（如图3中的0301）：由CR（电容电阻）电路和RC（电阻电容）电路组成，用作低频滤波和高频滤波，滤除读卡集成电路TX1脚输出信号中的直流分量和高频分量。

第二滤波电路（如图3中的0302）：RC低通滤波电路，滤除数模转换器的输出信号中的高频分量。

乘法器（如图3中0303）：型号为AD835是ADI公司的4象乘法器，频率250MHz，电压输出型；此次主要实现读卡集成电路输出信号的幅度调节，即将读卡集成电路和数模转换器的输出信号相乘，所得的信号保留读卡集成电路的调制信号但信号幅度与数模转换器的输出的直流信号的电压值成正比，从而实现对调制信号的可控放大和缩小的目的。

放大电路（如图3中的0304）：型号分别为AD8055，低功耗电压反馈放大器，频率为300MHz，和THS3092双路高电流反馈放大器。此次实现对乘法器的输出信号的放大，提高信号的驱动能力。此放大电路有两级组成，后级由四个放大器芯片并联组成，以提高信号的驱动电流。

谐振电路与天线（如图3中的0305，0306）：用于过滤信号的高次谐波和信号放大，由两级LC（电感电容）谐振电路组成，其中第二级LC振荡电路中的电感为天线。

衰减电路（如图3中的0307）：由电容和电阻组成，电容用于滤除天线接收到的信号的直流分量，电阻通过分压的原理用于降低天线接收到的信号的强度，由RX脚输入读卡集成电路进行解调，集成电路的VMID脚提供直流偏置。

本实施方式的非接触式读卡器的工作原理如下：

微处理器控制读卡集成电路使其按照ISO14443协议发送读卡指令，同时控制数模转换器使其发送控制场强大小的直流信号，读卡集成电路发送的信号为单边信号（如图5中的0501），经第一滤波电路后变为双边信号（如图5中的0502），此双边信号与数模转换器输出的直流信号（如图5中的0503）经乘法器混合变为幅度可控的交流信号（如图5中的0504），再经过放大电路后波形如图5中0505所示，再经过二级谐振电路的放大和滤波后波形如图5中0506所示，最后通过天线发送给卡片。卡片的返回信号经衰减电路后回到读卡集成电路进行解调，解调后由微处理器读出，再有微处理器发送给上位机。

不难发现，在本实施方式中，在读卡集成电路与谐振电路之间增加了放大电路部分，即数模转换器、乘法器和放大电路，且此放大电路部分的放大倍数可以调节，从而调节天线的输出能量，即调节非接触式IC卡与读卡器之间的访问距离。

本实用新型的第二实施方式涉及一种访问距离数字可调的非接触式读卡器。第二实施方式在第一实施方式的基础上做了进一步改进，主要改进之处在于：在本实用新型第二实施方式中，访问距离数字可调的非接触式读卡器还包含：键盘、液晶屏和蜂鸣器。如图6所示，键盘、液晶屏和蜂鸣器均与微处理器相连，该微处理器还用于接收键盘响应；驱动液晶屏和蜂鸣器。使得放大电路部分的放大倍数不但可以通过接口电路由上位机进行调节，上位机显示调节结果；也可以通过键盘输入进行调节，液晶屏显示调节结果。非接触式读卡器通过包含的蜂鸣器，可使得该非接触式读卡器在读卡出错时，可以发出警报音。

具体地说，本实施方式的非接触式读卡器在有上位机控制的情况下，读卡器的工作方式与第一实施方式相同，在此不再赘述，在无上位机控制的情况下读卡器的工作方式如下：

（1）读卡操作：本读卡器上电后自动查询所支持的非接触式卡，如果查询到了，将读取此非接触卡的ID，并将ID显示在液晶屏上。可以通过升级微处理器的软件完成较复杂的对非接触卡的操作。

（2）场强调节：通过键盘输入改变读卡器的场强大小，同时通过液晶屏实时显示空载场强大小值。

本实施方式的非接触式读卡器的工作原理仍与第一实施方式基本相同，只是处理器在读出解调后的卡片返回信号后，由微处理器发送给液晶屏显示或上位机。微处理器如果读取非接触式卡的数据失败会通过蜂鸣器告知使用者。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本实用新型的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本实用新型的精神和范围。

Claims (8)

1.一种访问距离数字可调的非接触式读卡器，其特征在于，包含：微处理器、数模转换器、读卡集成电路、乘法器、放大电路、谐振电路、天线和衰减电路； 

所述微处理器与所述数模转换器和所述读卡集成电路相连接； 

所述数模转换器和所述读卡集成电路均与所述乘法器相连；所述乘法器与所述放大电路相连；所述放大电路与所述谐振电路相连；所述谐振电路与所述天线相连； 

所述天线与所述衰减电路相连；所述衰减电路与所述读卡集成电路相连。 

2.根据权利要求1所述的访问距离数字可调的非接触式读卡器，其特征在于，还包含：接口电路； 

所述接口电路与所述微处理器相连； 

所述微处理器通过所述接口电路与上位机进行通信。 

3.根据权利要求1所述的访问距离数字可调的非接触式读卡器，其特征在于，还包含：键盘和液晶屏； 

所述键盘和液晶屏均与所述微处理器相连。 

4.根据权利要求1所述的访问距离数字可调的非接触式读卡器，其特征在于，还包含：蜂鸣器； 

所述蜂鸣器与所述微处理器相连。 

5.根据权利要求1至4中任一项所述的访问距离数字可调的非接触式读卡器，其特征在于， 

所述放大电路为两级结构，前一级为一个放大器芯片，后一级由四个放 大器芯片并联组成。 

6.根据权利要求5所述的访问距离数字可调的非接触式读卡器，其特征在于， 

所述前一级的放大器芯片为型号为AD8055的低功耗电压反馈放大器； 

所述后一级中的各放大器芯片均为型号为THS3092的双路高电流反馈放大器。 

7.根据权利要求1至4中任一项所述的访问距离数字可调的非接触式读卡器，其特征在于，还包含：第一滤波电路，用于滤除所述读卡集成电路的输出信号中的直流分量和高频分量； 

所述读卡集成电路输出的信号经所述第一滤波电路输入所述乘法器； 

所述第一滤波电路集成在所述读卡集成电路或所述乘法器中。 

8.根据权利要求1至4中任一项所述的访问距离数字可调的非接触式读卡器，其特征在于，还包含：第二滤波电路，用于滤除所述数模转换器的输出信号中的高频分量； 

所述数模转换器输出的信号经所述第二滤波电路输入所述乘法器； 

所述第二滤波电路集成在所述数模转换器或所述乘法器中。 

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