CN204856513U - 射频识别系统、读卡器及射频芯片 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种射频识别系统、读卡器及射频芯片。其中，该射频识别系统包括：微控制单元，射频芯片以及天线；射频芯片包括：感应卡侦测器件，与天线相连接，用于确定在天线发射的电磁波辐射范围内侦测到感应卡；第一控制器件，与感应卡侦测器件相连接，用于在感应卡侦测器件的触发下向微控制单元发出用于控制微控制单元进入读卡状态的中断信号。本实用新型解决了相关技术中所提供的射频识别系统功耗过高，易造成资源的浪费的技术问题。

Description

射频识别系统、读卡器及射频芯片

技术领域

本实用新型涉及无线通讯安全防卫领域，具体而言，涉及一种射频识别系统、读卡器及射频芯片。

背景技术

射频识别(RadioFrequencyIdentification，简称为RFID)，又称为无线射频识别，为一种通信技术，其可以通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。在日常使用过程中，现有RFID的频段比较多，而高频13.56M属于RFID中应用最为广泛的频段，对非接触卡的识别距离在10cm以内，其可以广泛应用于门禁系统，销售点(point-of-sale，简称为POS)机，公交系统等多个技术领域。

RFID系统中的最小系统通常是由中央处理器(CPU)，射频芯片以及天线组成，而常见的13.56M频段是由微控制单元(MCU)，射频芯片和板载印制电路板(PCB)走线形成的天线组成，MCU与射频芯片可以通过I2C，SPI或UART等总线进行通信。

目前13.56M的RFID系统工作方式主要在于：MCU通过总线配置射频芯片的读卡寄存器，从而使得射频芯片通过天线对外辐射电磁场去侦测是否有卡片靠近。由于刷卡操作是未知的，MCU就必须循环往复的配置射频芯片产生读卡操作，侦测天线区域内是否有卡片出现，再通过轮询(其为一种CPU决策如何提供周边设备服务的方式，又称“程控输出入”(ProgrammedI/O)；轮询法的技术思想在于：由CPU定时发出询问，依序询问每一个周边设备是否需要其服务，有即给予服务，服务结束后再询问下一个周边设备，然后再不断地周而复始地询问)或中断(当出现需要时，CPU暂时停止当前程序的执行转而执行处理新情况的程序和执行过程。即在程序运行过程中，系统出现了一个必须由CPU立即处理的情况，此时，CPU暂时中止程序的执行转而处理这个新情况的过程即为中断)方式去读取射频芯片获取的卡号信息。然而，上述系统工作方式的缺点在于：MCU需要不断去配置射频芯片的读卡寄存器，同时，射频芯片为响应MCU发出的请求，需要通过天线不断地对外辐射电磁场进行读卡操作，即在没有刷卡操作出现的情况下，MCU和射频芯片也必须处于全负荷工作模式，整机功耗一直处于寻卡与读卡的往复操作，由此对于手持设备，电池供电设备以及长距离传输均带来不利影响。

图1是根据相关技术提供的RFID系统工作原理的示意图。如图1所示，MCU需要通过总线不断地访问射频芯片的相应寄存器，循环执行卡片侦测命令下发操作与卡号信息读取操作。其次，射频芯片根据寄存器指令，其内部发射模块发出载波驱动天线对外辐射电磁场，而接收模块反复检测接收端所发出的信号。当有卡片进入有效磁场区域内时，将扰动该磁场区域内的电磁场，天线在接收到反馈的电磁场变化后，将其转化成相应幅度的电压信号。然后，再由射频芯片接收端对接收到的电压信号进行采样检波译码等操作，从而得出卡号信息存储于相应寄存器中，MCU再通过总线读取卡号信息。需要说明的是，普通的13.56M频段RFID系统一旦启动，期间的功耗基本都处于或接近系统设计的最大值。由此可见，相关技术中所提供的射频识别系统功耗过高，易造成资源的浪费。

针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种射频识别系统、读卡器及射频芯片，以至少解决相关技术中所提供的射频识别系统功耗过高，易造成资源的浪费的技术问题。

根据本实用新型实施例的一个方面，提供了一种射频识别系统，包括：微控制单元，射频芯片以及天线；射频芯片包括：感应卡侦测器件，与天线相连接，用于确定在天线发射的电磁波辐射范围内侦测到感应卡；第一控制器件，与感应卡侦测器件相连接，用于在感应卡侦测器件的触发下向微控制单元发出用于控制微控制单元进入读卡状态的中断信号。

进一步地，感应卡侦测器件包括：脉冲检测元件，用于每隔预设时长向天线发送检测脉冲；幅度检测元件，用于接收来自于所述天线的电信号，并在所述电信号的变化幅度超过预设阈值的情况下，触发第一控制器件向微控制单元发送中断信号。

进一步地，微控制单元包括：中断处理器件，与第一控制器件相连接，用于根据接收到的中断信号唤醒第二控制器件获取感应卡的标识信息；第二控制器件，与中断处理器件相连接，用于经由总线向射频芯片发送用于控制射频芯片执行读卡操作读卡控制指令。

进一步地，第一控制器件，还用于根据读卡控制指令读取并存储标识信息。

进一步地，第二控制器件，还用于经由总线读取已经存储的标识信息。

进一步地，第二控制器件，还用于在读取标识信息后，对存储标识信息的区域执行清空操作。

进一步地，第二控制器件，还用于对感应卡执行鉴权操作。

根据本实用新型实施例的另一方面，还提供了一种读卡器，包括：上述射频识别系统。

根据本实用新型实施例的又一方面，还提供了一种射频芯片，包括：感应卡侦测器件，与天线相连接，用于确定在天线发射的电磁波辐射范围内侦测到感应卡；第一控制器件，与感应卡侦测器件相连接，用于在感应卡侦测器件的触发下向微控制单元发出用于控制微控制单元进入读卡状态的中断信号。

进一步地，感应卡侦测器件包括：脉冲检测元件，用于每隔预设时长向天线发送检测脉冲；幅度检测元件，用于触发第一控制器件向微控制单元发送中断信号。

在本实用新型实施例中，采用射频芯片中的感应卡侦测器件确定在天线发射的电磁波辐射范围内侦测到感应卡；以及射频芯片中的第一控制器件在感应卡侦测器件的触发下向微控制单元发出中断信号，触发微控制单元进入读卡状态的方式，通过只有在天线发射的电磁波辐射范围内侦测到感应卡的情况下才触发微控制单元进入读卡状态，以避免微控制单元总是通过总线不断地访问射频芯片的相应寄存器，循环执行读取卡片信息操作，达到了整个RFID系统在绝大部分时间内处于低功耗运行状态的目的，从而实现了降低RFID系统的功耗的技术效果，进而解决了相关技术中所提供的射频识别系统功耗过高，易造成资源的浪费的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是根据相关技术提供的RFID系统工作原理的示意图；

图2是根据本实用新型实施例的射频识别系统的结构示意图；

图3是根据本实用新型优选实施例的低功耗13.56M频段RFID系统工作原理的示意图。

以上附图中的标记如下所示：1、微控制单元；2、射频芯片；3、天线；10、中断处理器件；12、第二控制器件；20、感应卡侦测器件；22、第一控制器件；200、脉冲检测元件；202、幅度检测元件。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

图2是根据本实用新型实施例的射频识别系统的结构示意图，如图2所示，该射频识别系统可以包括：微控制单元1，射频芯片2以及天线3；射频芯片2可以包括：感应卡侦测器件20，与天线3相连接，用于确定在天线发射的电磁波辐射范围内侦测到感应卡；第一控制器件22，与感应卡侦测器件20相连接，用于在感应卡侦测器件的触发下向微控制单元发出中断信号，触发微控制单元进入读卡状态。

通过上述结构，可以实现只有在天线发射的电磁波辐射范围内侦测到感应卡的情况下才触发微控制单元进入读卡状态，以避免微控制单元总是通过总线不断地访问射频芯片的相应寄存器，循环执行读取卡片信息操作,而在未侦测到感应卡存在的情况下，MCU仅处于休眠模式或者通过配置能够进入低功耗模式，达到了整个RFID系统在绝大部分时间内处于低功耗运行状态的目的，从而实现了降低RFID系统的功耗的技术效果，进而解决了相关技术中所提供的射频识别系统功耗过高，易造成资源的浪费的技术问题。

需要说明的是，本实用新型实施例中的低功耗RFID系统需要满足的是：其所选用的MCU必须支持休眠模式或者通过具体设置能够进入低功耗模式，而且射频芯片需要具备低功耗外部卡片侦测功能。低功耗外部卡片侦测(LowPowerexternalCardDetect,简称为LPCD)，即RFID系统可以采用超低的待机功耗来完成对外部是否有非接触卡片靠近的侦测。

进一步地，图3是根据本实用新型优选实施例的低功耗13.56M频段RFID系统工作原理的示意图。如图3所示，感应卡侦测器件20可以包括：脉冲检测元件200，用于每隔预设时长向天线发送检测脉冲；幅度检测元件202，用于接收来自于天线的电信号，并在电信号的变化幅度超过预设阈值的情况下，触发第一控制器件向微控制单元发送中断信号。

在优选实施例中，本实用新型优选实施例所提供的低功耗13.56M频段RFID系统在包含普通13.56M频段RFID系统的现有操作流程的基础上，额外增加了实现低功耗部分的器件组合方式，其具体实施过程主要由射频芯片内部新增的低功耗的感应卡侦测器件来完成。

低功耗的感应卡侦测器件是实现低功耗13.56M频段RFID系统最重要的功能单元，其所执行的寻卡操作不同于传统的射频芯片所采用的必须不间断的发出载波给天线向外辐射电磁波进行寻卡，而仅需要通过检测脉冲元件在每间隔预设时长(鉴于普通用户执行一次刷卡操作通常需要几百毫秒时间，因此，预设时长通常可以设定为几十毫秒到几百毫秒，)向天线发出几百微秒的检测脉冲进行寻卡。

唤醒功能是具备休眠模式MCU和LPCD功能射频芯片所特有的。当由检测脉冲形成的电磁场在有效区域内检测到卡片，天线将磁场的变化转化成电信号的变化，低功耗卡片侦测器件通过幅度检测元件来检测电信号幅度发生变化判断刷卡区域存在卡片，进而唤醒射频芯片的第一控制器件，第一控制器件向MCU发出中断信号，通知MCU存在刷卡操作。中断信号唤醒处于休眠模式下或者处于低功耗模式下的MCU进入读卡状态。

进一步地，如图3所示，微控制单元1可以包括：中断处理器件10，与第一控制器件22相连接，用于在从第一控制器件接收到的中断信号的触发下，唤醒第二控制器件获取感应卡的标识信息；第二控制器件12，与中断处理器件10相连接，用于经由总线向射频芯片发送读卡控制指令，控制射频芯片执行读卡操作。

在优选实施例中，MCU可以通过总线先后向射频芯片发出读卡指令和读取感应卡标识信息操作，射频芯片根据读卡指令启动读卡流程，并在执行读卡流程的过程中进一步执行读取感应卡的标识信息(例如：卡号)操作。

进一步地，第一控制器件22，还用于根据读卡控制指令读取标识信息并存储在预设存储区域。即第一控制器件可以将刷卡区域内靠近RFID系统的非接触式感应卡的卡号信息存储于相应寄存器中，该寄存器通常设置于射频芯片内部。

进一步地，第二控制器件12，还用于经由总线读取存储在预设存储区域内的标识信息。即MCU中的第二控制器件可以通过总线读取寄存器中当前存储的卡号信息。

进一步地，第二控制器件12，还用于在读取标识信息后，对预设存储区域执行清空操作。即上述第二控制器件在通过总线读取寄存器中当前存储的卡号信息后，可以清空寄存器，以便于后续读取到的卡号信息的正常存入。当然，也可以不对寄存器进行清空操作而采用信息覆盖的方式对寄存器中存储的卡号信息进行实时更新。

进一步地，第二控制器件12，还用于将读取到的标识信息与预先存储的标识信息进行比对，对感应卡执行鉴权操作。

在第二控制器件通过总线读取到寄存器中当前存储的卡号信息后，需要与MCU内置或者外部关联的数据库中预先存储的与侦测到的感应卡相关联的标识信息进行比对，来确定是否允许持有上述感应卡的人员通过。

另外，通过以上步骤完成一次读卡操作后，整个RFID系统重新自动进入低功耗模式，MCU进入休眠模式，射频芯片进入LPCD模式。

在本实用新型所提供的另一个实施例中，还提供了一种读卡器，包括：上述射频识别系统，由此极大地降低了13.56M频段RFID设备的功耗。由于设备功耗的降低，能够很好地解决手持设备，电池供电设备对低功耗的要求。而且，门禁读卡器特有的传输协议韦根协议，其传输距离受限于读卡器的功耗，通常RFID系统功耗占读卡器功耗的绝大部分，因而，降低RFID系统功耗即降低读卡器的整机功耗，有利于提升韦根传输距离。

在本实用新型所提供的又一个实施例中，还提供了一种射频芯片2，其可以包括：感应卡侦测器件20，与天线相连接，用于确定在天线发射的电磁波辐射范围内侦测到感应卡；第一控制器件22，与感应卡侦测器件相连接，用于在感应卡侦测器件的触发下向微控制单元发出中断信号，触发微控制单元进入读卡状态。

进一步地，感应卡侦测器件20可以包括：脉冲检测元件200，用于每隔预设时长向天线发送检测脉冲；幅度检测元件202，用于判断由天线转换后的电信号的变化幅度，触发第一控制器件向微控制单元发送中断信号。

上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本实用新型的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本实用新型各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种射频识别系统，其特征在于，包括：微控制单元，射频芯片以及天线；

所述射频芯片包括：

感应卡侦测器件，与所述天线相连接，用于确定在所述天线发射的电磁波辐射范围内侦测到感应卡；

第一控制器件，与所述感应卡侦测器件相连接，用于在所述感应卡侦测器件的触发下向所述微控制单元发出用于控制所述微控制单元进入读卡状态的中断信号。

2.根据权利要求1所述的射频识别系统，其特征在于，所述感应卡侦测器件包括：

脉冲检测元件，用于每隔预设时长向所述天线发送检测脉冲；

幅度检测元件，用于接收来自于所述天线的电信号，并在所述电信号的变化幅度超过预设阈值的情况下，触发所述第一控制器件向所述微控制单元发送所述中断信号。

3.根据权利要求1所述的射频识别系统，其特征在于，所述微控制单元包括：

中断处理器件，与所述第一控制器件相连接，用于根据接收到的所述中断信号唤醒第二控制器件获取所述感应卡的标识信息；

所述第二控制器件，与所述中断处理器件相连接，用于经由总线向所述射频芯片发送用于控制所述射频芯片执行读卡操作的读卡控制指令。

4.根据权利要求3所述的射频识别系统，其特征在于，所述第一控制器件，还用于根据所述读卡控制指令读取并存储所述标识信息。

5.根据权利要求4所述的射频识别系统，其特征在于，所述第二控制器件，还用于经由所述总线读取已经存储的所述标识信息。

6.根据权利要求5所述的射频识别系统，其特征在于，所述第二控制器件，还用于对存储所述标识信息的区域执行清空操作。

7.根据权利要求5所述的射频识别系统，其特征在于，所述第二控制器件，还用于对所述感应卡执行鉴权操作。

8.一种读卡器，其特征在于，包括：权利要求1至7中任一项所述的射频识别系统。

9.一种射频芯片，其特征在于，包括：

感应卡侦测器件，与天线相连接，用于确定在所述天线发射的电磁波辐射范围内侦测到感应卡；

第一控制器件，与所述感应卡侦测器件相连接，用于在所述感应卡侦测器件的触发下向微控制单元发出用于控制所述微控制单元进入读卡状态的中断信号。

10.根据权利要求9所述的射频芯片，其特征在于，所述感应卡侦测器件包括：

脉冲检测元件，用于每隔预设时长向所述天线发送检测脉冲；

幅度检测元件，用于触发所述第一控制器件向所述微控制单元发送所述中断信号。