TWI596546B - 感應卡學習裝置、穿戴式產品及其操作方法 - Google Patents

感應卡學習裝置、穿戴式產品及其操作方法 Download PDF

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Description

感應卡學習裝置、穿戴式產品及其操作方法
本發明是有關於一種電子裝置,且特別是有關於一種感應卡學習裝置及其操作方法。
在現代社會,射頻辨識(radio frequency identification;RFID)技術,因具有非接觸辨識與資料安全性高等優點,而廣泛地應用在各種領域,例如電梯卡、門禁卡、識別證、小額付款…等。而射頻辨識系統主要是由讀取器(reader)以及射頻辨識標籤(RFID tag)所構成。其中讀取器與射頻辨識標籤均配置有線圈,以利於無線射頻傳輸的進行。射頻辨識標籤(例如:射頻辨識卡)包括線圈與射頻辨識晶片,射頻辨識晶片電性耦接於線圈。當射頻辨識標籤靠近讀取器時,射頻辨識標籤的線圈與讀取器的線圈會互相感應以及通訊。
然而,因射頻辨識卡已廣泛的應用在日常生活,故使用者常需攜帶射頻辨識卡出門,雖然市面上已有與可攜式裝置(例如:吊飾、手機背蓋)或穿戴式裝置(例如:手鍊)結合的射頻辨識 卡,但如果需要更換射頻辨識卡,則連可攜式裝置或穿戴式裝置都得一併更換,而不能繼續沿用原有的裝置。以上所述皆為既有技術未臻理想之處,實有待進一步檢討,並謀求可行的解決方案。
本發明提供一種感應卡學習裝置及其操作方法,其可讀取至少一個感應卡的卡號與資料,並將讀取的卡號與資料儲存進感應卡學習裝置內,用以代替所述讀取過的感應卡。
本發明的感應卡學習裝置適用於讀取一低頻感應卡之卡號及資料。所述感應卡學習裝置包括微控制器與線圈。線圈耦接微控制器,用以感應一電磁信號及形成一電磁負載,其中所述感應卡學習裝置內不含感應卡讀取晶片。
本發明的感應卡學習裝置適用於模擬低頻感應卡,並傳送出卡號及資料。所述感應卡學習裝置包括微控制器與線圈。線圈耦接微控制器,用以感應一電磁信號及形成一電磁負載,其中所述感應卡學習裝置內不含感應卡感應晶片。
本發明的感應卡學習裝置適用於與高頻感應卡互相傳送或接收卡號及資料。所述感應卡學習裝置包括微控制器與線圈。線圈耦接微控制器,用以感應一電磁信號及形成一電磁負載,其中所述感應卡學習裝置內不含高頻感應卡讀寫晶片。
本發明的感應卡學習裝置適用於模擬高頻感應卡,並與一高頻感應讀寫設備互相傳送或接收卡號及資料。所述感應卡學 習裝置包括微控制器與線圈。線圈耦接微控制器,用以感應一電磁信號及形成一電磁負載,其中所述感應卡學習裝置內不含高頻感應卡晶片。
本發明的感應卡學習裝置適用於讀取低頻感應卡之卡號及資料,以及與一高頻感應卡互相傳送或接收卡號及資料,所述感應卡學習裝置包括微控制器與線圈。所述線圈耦接到微控制器,用以感應一電磁信號及形成一電磁負載。
在本發明一實施例中,感應卡學習裝置可以儲存多個不 同的卡號及資料。當接近一低頻讀取設備或一高頻讀寫設備時,自動依照接收到的載波頻率高低判斷,在接近低頻感應讀取設備時傳出低頻感應裝置之卡號及資料,在接近高頻感應讀寫設備時與高頻感應讀寫設備互相傳送或接收卡號及資料。
本發明的感應卡學習裝置,適用於模擬一低頻感應卡, 並傳送出卡號及資料,以及模擬一高頻感應卡,並與一高頻感應讀寫設備互相傳送或接收卡號及資料,所述感應卡學習裝置包括微控制器與線圈。所述線圈耦接至微控制器,用以感應一電磁信號及形成一電磁負載。
在本發明一實施例中,其中以所述感應卡學習裝置接近 一感應卡讀取設備時,自動依照接收到的載波頻率高低判斷,在低頻感應讀取設備時,每隔一段時間切換不同的卡號及資料傳給讀取設備,在高頻感應讀寫設備時,每隔一段時間以不同的卡號及資料與高頻感應讀寫設備互相傳送或接收卡號及資料。
本發明的感應卡學習裝置包括微控制器與線圈,所述線圈耦接至微控制器,用以感應一電磁信號及形成一電磁負載,其中以感應卡學習裝置接近外部裝置的一低頻讀取設備或一高頻讀寫設備時,因接收到低頻讀取設備或高頻讀寫設備的載波信號高低變化而將微控制器喚醒。本發明的感應卡學習裝置,具有可讀取低頻感應卡之卡號及資料以及可讀取高頻感應卡互相傳送或接收卡號及資料。所述感應卡學習裝置封裝在單一晶片內,其中此單一晶片包括微處理器及一感應元件,而此感應元件為線圈、天線或電路板電路走線形成其中之一。
本發明的感應卡學習裝置,具有可用以模擬一低頻感應卡,並傳送出卡號及資料,以及可模擬一高頻感應卡,並與一高頻感應讀寫設備互相傳送或接收卡號及資料。所述感應卡學習裝置封裝在單一晶片內,其中此單一晶片包括微處理器及一感應元件,而此感應元件為線圈、天線或電路板電路走線形成其中之一。
本發明的感應卡學習裝置,包括微控制器以及線圈。所述線圈耦接微控制器,接收一第一訊號,所述第一訊號包括一感應卡卡號。其中,微控制器透過線圈接收第一訊號,並儲存感應卡卡號。當微控制器接收一讀取請求,則微控制器透過線圈傳送感應卡卡號。
本發明的感應卡學習裝置的操作方法,包括以下步驟:配置一微控制器與一線圈,微控制器透過線圈接收第一訊號,第一訊號包括有一感應卡卡號,且微控制器儲存感應卡卡號;以及 當微控制器接收一讀取請求,則微控制器透過該圈傳送感應卡卡號。
基於上述,因為本發明的感應卡學習裝置及其操作方法可讀取並儲存至少一個感應卡的卡號與資料,故可將複數感應卡的卡號與資料統合在一裝置內。且因本發明的感應卡學習裝置使用微控制器來實現,所以可以達到輕便易攜帶的目的。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂,下文特舉實施例,並配合所附圖式作詳細說明如下。
10、70‧‧‧感應卡學習裝置
11‧‧‧微控制器
12、72‧‧‧線圈
13‧‧‧電源
14‧‧‧輸入級電路
75‧‧‧錶體
751‧‧‧時間顯示區
752‧‧‧指示燈
753、754‧‧‧按鍵
76‧‧‧錶帶
81‧‧‧識別證
82‧‧‧門禁卡
83‧‧‧電梯卡
91‧‧‧感應卡讀寫設備
a1‧‧‧時間
a2‧‧‧壓降
ADC Input、I/O Port 1、I/O Port 2、I/O Port 3、OP+ Input、OP- Input、OP Output、PWM Output Port‧‧‧腳位
b1101、b1401、b1402、b1501~b1507、b2701、b2702‧‧‧區塊
C1、C2、C3‧‧‧電容
D1‧‧‧二極體
GND‧‧‧接地腳位
R1、R2、R3‧‧‧電阻
OP1‧‧‧運算放大器
P1001、P1002、P1601、P1602、P1901、P1902、P1903、P1904、P2801、P2802、P2803、P2804‧‧‧波形
S401、S402‧‧‧步驟
VDD‧‧‧電源腳位
圖1為本發明一實施例之感應卡學習裝置的示意圖。
圖2為本發明一實施例之感應卡學習裝置的電路示意圖。
圖3為本發明另一實施例之感應卡學習裝置的電路示意圖。
圖4為本發明一實施例之感應卡學習裝置的操作方法。
圖5為本發明另一實施例之感應卡學習裝置的電路示意圖。
圖6為本發明另一實施例之感應卡學習裝置的電路示意圖。
圖7為本發明一實施例之感應卡學習裝置以手錶實現的示意圖。
圖8為本發明一實施例之感應卡學習裝置的使用示意圖。
圖9為本發明一實施例之感應卡學習裝置的另一使用示意圖。
圖10為圖2實施例之感應卡學習裝置10的腳位I/O Port 1與腳位I/O Port 2未接上線圈12的波形圖。
圖11為圖2實施例之感應卡學習裝置10腳位I/O Port 1與腳位I/O Port 2接上線圈12的波形圖。
圖12是圖11區塊b1101的放大圖。
圖13表示圖2實施例未讀取到感應卡時,腳位ADC Input將輸入的類比訊號轉換成數位訊號的數值的示意圖。
圖14表示圖2實施例讀取到感應卡時,腳位ADC Input將輸入的類比訊號轉換成數位訊號的數值的示意圖。
圖15為模擬低頻感應卡時訊號的波形圖。
圖16為未接線圈時的腳位I/O Port 2與腳位PWM Output Port的波形圖。
圖17為接上線圈時,腳位I/O Port 2與腳位PWM Output Port的波形圖。
圖18為微控制器依照傳輸格式,控制腳位PWM Output Port的輸出脈寬調變訊號開啟/關閉送出REQA指令時的的波形圖。
圖19為微控制器送出REQA指令的波形圖。
圖20為微控制器送出REQA指令的波形圖。
圖21為微控制器送出SELECT指令的波形圖。
圖22為微控制器送出REQA指令,且接收到高頻感應卡的ATQA回應的波形圖。
圖23是感應卡回應ATQA回應時,放大時間軸的波形圖。
圖24為微控制器傳送SELECT指令與接收到感應卡回傳卡號(UID)的波形圖。
圖25是感應卡回傳ATQA回應的波形圖。
圖26是感應卡回傳卡號的波形圖。
圖27為分析UID波形數據以及轉換成卡號的示意圖。
圖28是微控制器11收到感應卡讀卡機傳出的REQA指令的波形圖。
圖29是微控制器11收到感應卡讀卡機的指令與傳出ATQA反應的波形圖。
圖30為圖29中ATQA反應的放大波形圖。
圖31為微控制器收到讀卡機的SELECT指令與傳出儲存在感應卡學習裝置內的UID卡號的波形圖。
圖32為圖31中微控制器傳出UID卡號的放大波形圖。
現將詳細參考本發明之示範性實施例,在附圖中說明所述示範性實施例之實例。另外,凡可能之處,在圖式及實施方式中使用相同標號的元件/構件代表相同或類似部分。
圖1為本發明一實施例之感應卡學習裝置的示意圖。請參閱圖1。本發明之感應卡學習裝置10包括微控制器(microcontroller)11與線圈12。微控制器11可為具備運算能力的硬體裝置。在此實施例中,微控制器11可以整合在一積體電路 (例如:晶片)內。微控制器11可以以規律的頻率對線圈12輸出電壓。此外,微控制器11可為八位元微控制器,也可為四位元微控制器,但並不限制於此。在此實施例中,線圈12主要的功能在做為感應卡學習裝置與標籤間傳送無線電波訊號的媒介。
在此實施例中,感應卡可為射頻辨識(RFID)標籤或近場通訊(NFC)標籤,但並不限制於此。感應卡可為門禁卡、電梯卡、識別證等等。在此實施例中,線圈12可為適用於射頻辨識技術或近場通訊技術之感應線圈。而在其他實施例中,線圈12可使用電感器實現,但並不限制於此。在一實施範例中,此感應卡學習裝置可封裝在單一晶片內,也就是單一晶片包括上述的微控制器及一感應元件(例如圖式中的微控制器11與線圈12為例),在另外一個實施範例中,此感應元件也可為針對特定感應卡的天線或是在內部電路板電路走線而此感應元件,而此感應元件可以是電感或是其他具有感應功能的主動或被動元件。
在本發明實施例中,感應卡學習裝置10可以儲存多個不同的卡號及資料。此感應卡學習裝置10具有可讀取低頻感應卡之卡號及資料以及可讀取高頻感應卡互相傳送或接收卡號及資料。此低頻感應卡例如是通訊載波頻率在150kHz以下之感應卡。而高頻感應卡是通訊載波頻率在150kHz以上、40MHz以下之感應卡。
本發明的感應卡學習裝置,具有可讀取低頻感應卡之卡號及資料以及可讀取高頻感應卡互相傳送或接收卡號及資料。本 發明的感應卡學習裝置在另一實施例中具有可用以模擬一低頻感應卡,並傳送出卡號及資料,以及可模擬一高頻感應卡,並與一高頻感應讀寫設備互相傳送或接收卡號及資料。
圖2為本發明一實施例之感應卡學習裝置的電路示意圖。請參閱圖2。圖2的感應卡學習裝置適用於讀取與模擬低頻感應卡。低頻感應卡是指通訊載波頻率在150kHz以下之感應卡,常見的應用有門禁卡、電梯卡等。圖2的感應卡學習裝置為主動式,其微控制器11的電源腳位VDD與接地腳位GND需外接電源13,例如電池或直流電源等。在圖2的實施例中,線圈12的一端耦接至腳位I/O Port 1,而腳位I/O Port 2與腳位ADC Input耦接。且線圈12的另一端與腳位I/O Port 2以及腳位ADC Input耦接。其中,腳位ADC Input用來接收天線11感應到的類比訊號,並經由微控制器11將感應到的類比訊號轉換為數位訊號以解讀出卡號等資訊。另外,如圖3所示,本發明的感應卡學習裝置也可為被動式,被動式不需外接電源。
圖4為本發明一實施例之感應卡學習裝置的操作方法。請參閱圖2與圖4。微控制器11透過線圈12接收第一訊號,所述第一訊號包括有一感應卡卡號,且微控制器11儲存感應卡卡號(步驟S410)。而當微控制器11接收一讀取請求,則微控制器11透過線圈12傳送感應卡卡號(步驟S420)。
圖5至圖6的感應卡學習裝置適用於讀取與模擬高頻感應卡與低頻感應卡。而高頻感應卡是指通訊載波頻率在150kHz以 上、40MHz以下之感應卡,包含符合ISO/IEC 14443A、ISO/IEC14443B、JIS X 6319-4、ISO/IEC15693、ISO/IEC18000-3等規範的感應卡。請參閱圖5與圖6。圖5與圖6的不同之處在於圖5的感應卡學習裝置為主動式,其微控制器11的電源腳位VDD與接地腳位GND需外接電源13,例如電池、直流電源等。而圖6的感應卡學習裝置為被動式,故不需外接電源。圖5相較於圖2更包括腳位PWM Output Port,用以輸出一輸出脈寬調變訊號(output pulse-width-modulation(PWM)signal)、腳位OP+ Input、腳位OP- Input、腳位OP Output以及腳位I/O Port 3。腳位PWM Output Port耦接至腳位I/O Port 1。天線12的一端耦接至腳位PWM Output Port及腳位I/O Port 1。天線12的另一端與腳位I/O Port 2以及腳位ADC Input耦接。
輸入級電路14的輸入端耦接至天線12的另一端,輸入級電路14的輸出端耦接至腳位OP+ Input與腳位OP- Input。二極體D1用來整流。輸入級電路14包括電容C1、C2、C3、電阻R1、R2、R3,以及二極體D1。二極體D1陽極端與電容C1的一端耦接至輸入級電路14的輸入端。電容C1的另一端接地,二極體D1陰極端與電阻R1、R2、R3的一端耦接。電阻R1的另一端接地,電阻R2的另一端分別與電容C2的一端以及腳位OP+ Input耦接。電阻R3的另一端分別與電容C3的一端以及腳位OP- Input耦接。電容C2、C3的另一端接地。電阻R2及R3用以低通濾波。電容C1為耦合電容,用來調整頻率。由天線12感應的電磁信號經由 輸入級電路14處理後,從腳位OP+ Input與腳位OP- Input進入位於微控制器11內的運算放大器OP1,電磁信號經放大後從腳位OP Output輸出。在此實施例中,圖5的主動式感應卡學習裝置的天線圈數可為8~9圈。圖6的被動式感應卡學習裝置的天線圈數需至少為60圈或以上,才能在感應卡接近天線12時產生足夠大的電流供微控制器11動作。另外,圖5與圖6實施例的感應卡學習裝置10可輪流發送低頻與高頻訊號來讀取低頻感應卡讀取器與高頻感應卡讀取器。
圖7為本發明一實施例之感應卡學習裝置以手錶實現的 示意圖。請參閱圖7。所述感應卡學習裝置70包括錶體75與錶帶76。在錶體75內設有微控制器,線圈72設置於錶體75上,錶體75上還可設有時間顯示區751與指示燈752。時間顯示區751可為液晶顯示器。指示燈752可為LED燈。錶體75側面設有按鍵753、754,用來切換感應卡學習裝置70的模式。
圖8為本發明一實施例之感應卡學習裝置的使用示意 圖。請參閱圖8,感應卡學習裝置70內可儲存多個感應卡的卡號,可先後將識別證81、門禁卡82或電梯卡83靠近感應卡學習裝置70,按下感應卡學習裝置70的按鍵來開始複製感應卡資訊模式(學習模式),等指示燈752亮起即表示複製完畢。複製的一組或多組的感應卡卡號及資料可存放在微控制器11內的FlashRom(可重覆讀寫快閃唯讀記憶體)、EEPRom(electrically erasable programmable read only memory,可擦除可程式化唯讀記憶體)或 SRAM(靜態隨機存取記憶體),也可存放在與微控制器電性耦接的外接裝置或記憶體。低頻感應卡的卡號容量大約使用5Bytes,而高頻感應卡除了會儲存卡號以外還可儲存資訊,高頻感應卡的卡號加儲存資訊的容量約為1k Bytes,可使用按鍵切換單獨儲存高頻感應卡的卡號或是儲存高頻感應卡的卡號加資訊。
圖9為本發明一實施例之感應卡學習裝置的另一使用示 意圖。請參閱圖9,儲存了門禁卡82卡號等資訊的感應卡學習裝置70可當作門禁卡82使用,當靠近感應卡讀寫設備91,感應卡學習裝置70便會模擬門禁卡82的訊號。其中,感應卡讀寫設備91指能與感應卡互傳資料的讀卡機(例:一般電梯或門禁管制用的讀卡機設備)、手機、平板電腦等設備。感應卡學習裝置70可以一段時間(例如50ms~200ms)依序切換不同的感應卡卡號。也可使用按鍵754來切換不同的感應卡卡號。
本發明主要以微控制器再加線圈完成感應卡學習功能。 只要選擇適合的微控制器開發,即可做到只用一顆IC做成具有感應卡學習功能的產品。例如要做成如圖7所示具有感應卡學習功能的手錶,就選具有控制LCD顯示功能的微控制器開發產品;要做成鑰匙圈或指環,就可選擇體積相對較小的微控制器開發產品。
現有感應卡讀取器包括天線、振盪器、天線驅動器、解 調器、濾波器、放大器以及資料解碼器。天線驅動器接收到振盪器發出的信號後,把信號送到天線。當有感應卡靠近天線使天線上的電壓產生變化,便會依據傳輸到解調器作類比數位轉換、濾 波器與放大器作進一步的訊號處理,最後訊號經資料解碼器處理後便得到感應卡卡號及資料。而本發明的感應卡學習裝置的微控制器以規律的頻率對連接線圈的輸出埠輸出電壓,可使接近線圈的感應卡充電,做到現有感應卡讀取器的天線驅動器的功能。且微控制器的類比數位轉換器或計數器或運算放大器,偵測線圈的電流大小或電壓高低變化,可測出感應裝置的負載變化,做到現有感應卡讀取器的解調器及濾波器以及放大器的功能。以微控制器執行程式進行負載變化的分析,進行資料解碼器的工作,轉成感應卡卡號及資料。微控制器可控制輸入輸出埠當成變化的負載,以無線感應方式與感應卡讀寫設備互傳感應卡的卡號或要讀寫的資料,在讀取設備要求寫入資料時,寫入微控制器的FlashRom、EEPRom或SRAM。此外,本發明可預先選一個或數個已讀取的感應卡,當接近感應卡讀寫設備時,以各個感應卡的卡號及讀寫資料與感應卡讀寫設備互相傳輸。
基於上述,因為本發明的感應卡學習裝置及其操作方法 可讀取並儲存至少一個感應卡的卡號與資料,故可將複數感應卡的卡號與資料統合在一裝置內。且因本發明的感應卡學習裝置使用微控制器來實現,所以可以達到輕便易攜帶的目的。
以下依序對低頻感應卡讀取、低頻感應卡模擬、高頻感應卡卡號與資料讀取、高頻感應卡模擬作詳細的說明。
首先對感應卡學習裝置讀取低頻感應卡的方法(學習模式)進行說明。請參閱圖10。圖10為圖2實施例之感應卡學習裝 置10的腳位I/O Port 1與腳位I/O Port 2未接上線圈12的波形圖。波形P1001為腳位I/O Port 1的電壓。波型P1002為腳位I/O Port 2的電壓。微控制器11先以載波的頻率從腳位I/O Port 1與腳位I/O Port 2輸出方波,方波的頻率約為125kHz,週期約為8μs。
接下來請參閱圖11。圖11為圖2實施例之感應卡學習裝置10腳位I/O Port 1與腳位I/O Port 2接上線圈12的波形圖。在本實施例中,微控制器11將電壓下拉至低電位的能力大於電壓上拉至高電位的能力。故當腳位I/O Port 1與腳位I/O Port 2其中一腳位輸出低電位,而另一腳位輸出高電位時,在短暫時間後輸出高電位的腳位I/O Port 1或腳位I/O Port 2的電壓會被下拉到低電位。在圖11由虛線所圍起來的區塊b1101,即在說明當腳位I/O Port 1的電壓P1001下拉至低電位時,則腳位I/O Port 2的電壓P1002也會受腳位I/O Port 1的電壓P1001影響而從高電位被下拉至低電位。
圖12是圖11區塊b1101的放大圖。請參閱圖12,腳位I/O Port 2的電壓P1002下降的速度與負載阻抗的大小有關。負載阻抗由線圈12與被讀取的感應卡的內部電路相關。本發明在腳位I/O Port 1的電壓P1001下拉至低電位時,啟動類比數位轉換功能。另外由I/O Port 2的電壓P1002從高電位下降到低電位的斜率,也就是壓降a2除以時間a1的值可判斷負載阻抗大小,當壓降a2除以時間a1的值愈大,也就是斜率愈大,則代表負載阻抗愈大。圖13表示圖2實施例未讀取到感應卡時,腳位ADC Input 將輸入的類比訊號轉換成數位訊號的數值。當未讀取到感應卡時,得到的數位訊號數值為「52」或「51」,變化幅度很小。圖14表示圖2實施例讀取到感應卡時,腳位ADC Input將輸入的類比訊號轉換成數位訊號的數值。區塊b1401為標頭(header),其長度在此實施例中為9位元(Bit),顯示的數值為連續9個「1」,當得到標頭時,再依照低頻感應卡的傳輸格式進行資料解碼,轉換成如區塊b1402所示的卡號。
接下來對感應卡學習裝置模擬低頻感應卡的方法(一般 模式)進行說明。以圖2實施例的感應卡學習裝置作說明。將腳位I/O Port 1與腳位I/O Port 2設成輸入埠,並啟用I/O Port喚醒微控制器11功能。在接近感應卡讀卡機時,I/O Port接收到感應卡讀卡機的載波信號高低變化,而將微控制器11喚醒。微控制器11再依照載波頻率判斷。若為低頻時,依照傳輸格式及時序,設定腳位I/O Port 1與腳位I/O Port 2為輸入埠或輸出埠,再與連結的線圈12形成變化的負載,將卡號資料傳送給感應卡讀卡機。
請參閱圖15。圖15可從腳位I/O Port 1的電壓波形P1001 與腳位I/O Port 2的電壓波形P1002看出模擬低頻感應卡的數位訊號值。區塊b1501為標頭。當腳位I/O Port 1的電壓P1001從高振幅拉往低振幅時,代表二進位位元為「1」,從低振幅拉往高振幅時,代表二進位位元為「0」。區塊b1502至b1505分別代表傳送的感應卡卡號,十六進位的「0」、「1」、「0」、「6」。讀卡機即可將感應到的負載變化解讀成卡號及資料。當卡號及資料被連續傳送 數次(約3~5次),感應卡讀卡機即認可微控制器11傳出的卡號資料,完成低頻感應卡的模擬。
接下來對感應卡學習裝置讀取高頻感應卡卡號資料的方法(學習模式)進行說明。以圖5的電路讀取NFC Type-A感應卡為例,微控制器11先以高頻載波的頻率輸出脈寬調變訊號(13.56MHz,週期約為73.7ns),腳位I/O Port1設為浮動(floating),腳位I/O Port2設為高電位。圖16為未接線圈12時的腳位I/O Port 2與腳位PWM Output Port波形。接上線圈12時,腳位I/O Port 2與腳位PWM Output Port的波形如圖17所示,波形P1601為腳位I/O Port 2的電壓。波型P1602為腳位PWM Output Port的電壓。在圖17的時間點t1時,當腳位PWM Output Port的電壓P1602開始變化時,腳位I/O Port 2的電壓P1601也會跟著變化。圖18表示微控制器11依照傳輸格式,控制腳位PWM Output Port的輸出脈寬調變訊號開啟/關閉送出REQA(請求)指令時的腳位I/O Port 2的電壓波形P1601與腳位PWM Output Port的電壓波型P1602。其中REQA指令是符合ISO 14443A規範的指令。REQA指令的功能是要求感應卡送訊號。
請參閱圖19至圖26所示。其中波形P1901是圖5腳位I/O Port 1的電壓,波形P1902是圖5腳位OP+ Input(運算放大器OP1正端)的電壓,波形P1903是圖5腳位OP- Input(運算放大器OP1負端)的電壓,波形P1904是圖5腳位OP Output(運算放大器OP1/輸出端)的電壓。圖19與圖20是微控制器11送出 REQA指令的波形。圖21是微控制器11送出SELECT指令的波形。SELECT指令的功能為要求感應卡送卡號。如圖22所示,當微控制器11送出REQA指令(時間點t1至t2)時,若有NFC Type-A感應卡接近線圈12,感應卡會如時間點t3至t4所示,回應ATQA Response(ATQA回應),故可判別NFC Type-A高頻感應卡是否存在,順帶一提的是,ATQA回應符合ISO 14443規範。圖23是感應卡回應ATQA回應時,放大時間軸的波形圖。在圖24的時間點t1至t2,是表示微控制器11傳送SELECT指令,而在時間點t3到t4,則是接收到感應卡回傳卡號(UID)的波形,其中在圖24中,感應卡回傳卡號長度為4個位元組。圖25是感應卡回傳ATQA回應的波形圖。圖26是感應卡回傳UID卡號的波形圖。圖27是表示感應卡回傳UID卡號時,依據圖6電路與放大器輸出端腳位OP Output耦接的腳位I/O Port 3的輸出所做的記錄,區塊b2701內是腳位I/O Port3高電位與低電位變換的間隔長度所儲存的數據,由微控制器11解碼得到區塊b2702所示的卡號。接著再依照NFC Type-A的規格書內的命令,讀出感應卡的其他資料,存在微控制器11內用以模擬感應卡資料的儲存記憶體空間,即完成讀取動作。
再來對感應卡學習裝置模擬高頻感應卡的方法(一般模式)進行說明。以圖5實施例的感應卡學習裝置作說明。關閉腳位PWM Ouput Port,使其停止輸出輸出脈寬調變訊號。腳位I/O Port 1與腳位I/O Port 2設成輸入埠,並且啟用使用腳位I/O Port 1 或/與腳位I/O Port 2喚醒微控制器11的功能(感應卡學習裝置接近感應卡讀寫器時,線圈2因電磁感應而發出電壓變化將微控制器喚醒)。在接近感應卡讀卡機時,腳位I/O Port 1或/與腳位I/O Port 2接收到讀卡機的載波信號高低變化將微控制器11喚醒,微控制器11再依照載波頻率判斷感應卡讀卡機是高頻感應卡讀卡機還是低頻感應卡讀卡機,若為高頻感應卡讀卡機,便等待感應卡讀卡機發出指令後進行回應。請參閱圖28至圖32。圖28是微控制器收到感應卡讀卡機傳出的REQA指令的波形圖。波形P2801是圖5腳位I/O Port 2的電壓,波形P2802是圖5腳位OP+ Input(運算放大器OP1正端)的電壓,波形P2803是圖5腳位OP- Input(運算放大器OP1負端)的電壓,波形P2804是圖5腳位OP Output(運算放大器OP1/輸出端)的電壓。圖29的時間點t1到t2是微控制器11收到感應卡讀卡機的指令,經微控制器11解讀確認為REQA指令後,便依照傳輸格式及時序,切換腳位I/O Port 1與腳位I/O Port 12為輸入埠或輸出埠,再與連結的線圈12形成變化的負載,如圖29的時間點t3到t4所示,傳出ATQA反應的波形。圖30是圖29在時間點t3到t4中,ATQA反應的放大波形圖。圖31的時間點t1到t2是表示微控制器11收到讀卡機的SELECT指令,圖31的時間點t3到t4,是表示微控制器11傳出儲存在感應卡學習裝置內的UID卡號的波形圖。圖32是表示圖31在時間點t3到t4中,微控制器11傳出UID卡號的放大波形圖。接著再依照NFC Type-A的規格書,在收到讀卡機命令時傳輸及讀寫微控制 器內部用以模擬感應卡資料的儲存記憶體,完成高頻感應卡的模擬。
綜上所述,因為本發明的感應卡學習裝置及其操作方法可讀取並儲存至少一個感應卡的卡號與資料,故可將複數感應卡的卡號與資料統合在一裝置內。且因本發明的感應卡學習裝置使用微控制器來實現,所以可以達到輕便易攜帶的目的。且本發明具有根據腳位I/O Port 1或/與腳位I/O Port 2接收到讀卡機的載波信號高低變化將微控制器11喚醒的喚醒模式,故可達到節省電能的效果。
雖然本發明已以實施例揭露如上,然其並非用以限定本發明,任何所屬技術領域中具有通常知識者,在不脫離本發明的精神和範圍內,當可作些許的更動與潤飾,故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧感應卡學習裝置
11‧‧‧微控制器
12‧‧‧線圈

Claims (8)

  1. 一種感應卡學習裝置,適用於模擬一卡片讀取器,用以讀取多個感應卡的至少其中之一的卡號及資料,並模擬該些感應卡的至少其中之一,以傳送對應於該些模擬的感應卡的其中之一的卡號及資料,所述感應卡學習裝置包括:一微控制器,包括一輸入/輸出埠以及一類比數位轉換輸入埠;以及一線圈,具有一端耦接該微控制器的該輸入/輸出埠,以及另一端耦接該類比數位轉換輸入埠,該線圈感應一電磁信號以及形成一電磁負載或天線,當所述感應卡學習裝置操作在一學習模式時,所述感應卡學習裝置用以模擬該卡片讀取器,以讀取該些感應卡的其中之一,該微控制器透過該輸入/輸出埠輸出具有一頻率的一電壓信號,用以充電欲模擬的該些感應卡的其中之一,該微控制器透過該類比數位轉換輸入埠自該線圈接收回應該電壓信號的一感應的電磁信號,偵測該感應的電磁信號的一電流變化或一電壓變化以決定一負載變化,利用該負載變化以取得一數位信號作為對應該些感應卡的其中之一的該卡號及資料,並儲存對應該些感應卡的其中之一的該卡號及資料作為該些不同的卡號及資料的其中之一,當所述感應卡學習裝置操作在一一般模式時,所述感應卡學習裝置用以模擬該些感應卡的至少其中之一,該微控制器被一感應卡讀卡機的一載波信號的高低變 化所喚醒,並且該微控制器依據該載波信號的一載波頻率,來判斷該感應卡讀卡機為一高頻感應卡讀卡機或一低頻感應卡讀卡機,以使該微控制器依照對應的傳輸格式以及時序,藉由依序傳送對應該些感應卡的該些卡號及資料至該感應卡讀卡機,來模擬該些感應卡的其中之一。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的感應卡學習裝置,其中該些感應卡為一射頻辨識標籤或一近場通訊標籤。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的感應卡學習裝置,其中該些感應卡為使用在通訊載波頻率150kHz以下的一低頻感應卡。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的感應卡學習裝置,其中該些感應卡為使用在通訊載波頻率在150kHz以上、40MHz以下的一高頻感應卡。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的感應卡學習裝置,其中該微控制器更包括另一輸入/輸出埠以及一脈寬調變輸出埠,該微控制器透過該脈寬調變輸出埠輸出一脈寬調變信號,耦接該線圈的一端的該脈寬調變輸出埠耦接該微控制器的該輸入/輸出埠,其中當該感應卡學習裝置操作在該學習模式時,該微控制器的該輸入/輸出埠設為浮動,該微控制器的該另一輸入/輸出埠設為高電位,並且該脈寬調變信號傳送至該線圈,用以讀取該些感應卡的其中之一。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的感應卡學習裝置,更包括一輸入級電路,其中該微控制器更包括一運算放大器的正端埠、一運算放大 器的負端埠、一運算放大器的輸出埠以及一運算放大器,該運算放大器的正端埠以及該運算放大器的負端埠作為該運算放大器的二輸入端,並且該運算放大器的輸出端耦接至該運算放大器的輸出埠,其中該輸入級電路的一第一輸入端耦接該線圈的另一端以及該類比數位轉換輸入埠,該輸入級電路的一第一輸出端耦接該微控制器的該運算放大器的正端輸入埠,以及該輸入級電路的一第二輸出端耦接該微控制器的該運算放大器的負端輸入埠,其中該輸入級電路藉由利用耦接該線圈的一電容來調整感測自該線圈的該電磁信號的一頻率,並且在該電磁信號傳送至該微控制器的該運算放大器的正端輸入埠或該微控制器的該運算放大器的負端輸入埠之前,該輸入級電路低通濾波感測自該線圈的該電磁信號。
  7. 一種穿戴式產品,包括:一微控制器,與所述穿戴式產品整合,其中該微控制器包括一第一輸入/輸出埠、一第二輸入/輸出埠以及一類比數位轉換輸入埠;以及一線圈,與所述穿戴式產品整合,其中該線圈具有一端耦接該微控制器的該第一輸入/輸出埠以及另一端耦接該第二輸入/輸出埠以及該類比數位轉換輸入埠,該線圈形成一電磁負載或天線,其中該微控制器透過該第一輸入/輸出埠以及該第二輸入/輸出埠輸出具有一頻率的一電壓信號至該線圈,以充電欲模擬的多個感應卡的其中之一, 該微控制器透過該線圈接收未經解調的一第一信號,其中該第一信號包括一感應卡的卡號及資料,該微控制器藉由感測未經解調的該第一信號的一電流變化或一電壓變化來儲存該感應卡的卡號及資料,以決定一負載變化,並使用該負載變化以取得該感應卡的卡號,當該微控制器被一感應卡讀卡機的一載波信號的高低變化所喚醒時,該微控制器依據該載波信號的一載波頻率,來判斷該感應卡讀卡機為一高頻感應卡讀卡機或一低頻感應卡讀卡機,以使該微控制器依照對應的傳輸格式以及時序,透過該線圈傳送該感應卡的卡號至該感應卡讀卡機。
  8. 一種穿戴式產品的操作方法,包括:配置一微控制器以及一線圈,其中該微控制器輸出具有一頻率的一電壓信號至該線圈,以充電欲模擬的多個感應卡的其中之一,並透過該線圈接收回應於該電壓信號的一第一信號,該第一信號包括一感應卡的卡號,偵測該第一信號的一電流變化或一電壓變化來決定一負載變化,利用該負載變化以取得該感應卡的卡號,並儲存該感應卡的卡號;以及當該微控制器被一感應卡讀卡機的一載波信號的高低變化所喚醒時,該微控制器依據該載波信號的一載波頻率,來判斷該感應卡讀卡機為一高頻感應卡讀卡機或一低頻感應卡讀卡機,以使該微控制器依照對應的傳輸格式以及時序,透過該線圈傳送該感應卡的卡號至該感應卡讀卡機。
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