IC 卡技术

第 5章 技术 前言 射频 识别 技术（ 第 5章 技术 ( 这一章介绍目前物联网技术所需要的关键技术：（ 1） 2） 是近几年发展起来的技术。 第 5章 技术 虽然比磁卡的成本高 ,但由于其本身具有较大的存储容量，很强的保密性和防伪能力 ,灵活的信息管理功能 ,使用寿命较长 ,而且运行稳定，维护费用低。 作为信息媒介 ,在金融、交通、通信、医疗、身份证及餐饮等行业得到广泛的应用。 第 5章 技术 通过射频自动识别 （ 红外感应器、全球定位系统 （ 激光扫描器、环境传感器、图像感知器等信息设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。 第 5章 技术 物联网关键技术 C 卡 将一个集成电路芯片嵌于塑料卡片中 ,即构成 (。它标志着又一种新的信息处理手段的问世。 卡片作为交易的凭证最早始于英国 , 1970年代 ,法国 司研制出第一个使用，在美国得到发展。 在金融、交通、通信、医疗、身份证及餐饮等行业得到广泛的应用。 C 卡 理 特性 触式 写器之间的信息和能量传递通过机械式触点进行 , 立在现代微电子技术及 借助电磁波 ,以无线方式传输信息。 常见非 接触 I/作为数据的载体的 ，根据内部设置的结构 ,可分为多种类型。 内部加设微处理器 （ 2）密码卡 （ 3）增强型智能卡 非接触式 触式 图 接触式智能卡结构图 触式 1. 的触点 : 源 ,输入 , +5V 位 (总清 )信号 ,输入端 。 允许两种复位方式 : 在加电时由 的内部复位控制电路。 由外接设备通过 点进行复位。 钟信号 ,输入端 。 号地 。 程电压 , 输入端 。 ( 对于 因其内部设有电压泵电路 ,此引脚无用 )。 I/O 数据输入 /输出 , 双向端 。 址、数据都经此传输。 际标准 816 2 中对 的触点没有作出具体定义 ,可由各厂家根据 使用情况赋予相应的定义。 触式 2. 使用 （ 1）平时只用 只在存储数据的过程中才用到 （ 2）信号线 : 使用 线 。现在，有一些单片机本身带有 8854、 852、 8 “ 读卡器 卡片 ( 下行通信 )” “卡片 读卡器 ( 上行通信 )” 通用型 入和擦除等操作 ,并具有与外部设备 ,如 :计算机、 端等 ,进行通信。 图 写装置硬件框图 通过上述过程，可以总结出正常用卡步骤 : 把 接通各触点。 (插入前 ,加电； 后 ,才接通电源。 使 同时在 确认、传送信息 )。 释放触点 ( 关掉 I/)。 取出 C 卡的供电电路 正常用卡时 ,把 接通各触点。之后 ,才接通电源。 图 采用换器为 (1)操作系统软件 :负责操作命令的解释 (2)应用软件 :负责应用的逻辑关系与命令结果的处理。 操作系统需要具备如下几种功能 : 文件管理 : 即通过对存储器中的管理完成对用户专用文件的管理。 传输管理 : 实现 816证数据可靠传输，且不被窃取 /篡改。 安全管理 : 是操作系统的核心。对卡实现密码的输入、存储、修改、核实等的安全管理， 确保对卡的鉴别与核实 ,以及对文件访问权限的控制。 命令解释 : 对接收的各项参数进行检查 ,进而执行操作 ,或作出相应的回答。 C 卡的应用软件 主要是读写存储器，也就是通信软件，根据读写存储器的方法决定。如： 下面 图 字节时序图 C 卡的应用软件 （ 1）开始位 等待时钟高有效 置位数据线 产生数据由高到低的跳变 (2)写 1位 时钟低电平时 ；送数据 等待 C 卡的应用软件 (3)写 1字节 3,#08H ；写 8位数据 ； _调用写 1位子程序 3, 判断是否写完 (4)写卡应答 在第 8位稳定写入后 在 I/到应答返回 的应用软件 (5) 写 1字节停止状态 ；读应答后的稳定 _等待 _在 高的变化，结束 ；一个写字节周期 频识别技术 ( 射频识别技术 (。 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，可工作于各种恶劣环境。 作快捷方便。射频识别技术是一项利用射频信号通过空间耦合 (交变磁场或电磁场 )实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。 频识别技术 (频识别技术 ( 非接触式 可靠性高 操作方便 ,快捷 安全防冲突 频识别技术 (非接触式 术标准 125 接触式 I/读写器 读写器将要发送的信息，经编码后加载在某一频率的载波信号上经天线向外发送，进入读写器工作区域的电子标签接收此脉冲信号，卡内芯片中的有关电路对此信号进行调制、解码、解密，然后对命令请求、密码、权限等进行判断。若为读命令，控制逻辑电路则从存储器中读取有关信息，经加密、编码、调制后通过卡内天线再发送给读写器，读写器对接收到的信号进行解调、解码、解密后送至中央信息系统进行有关数据处理；若为修改信息的写命令，有关控制逻辑控制卡内部的电荷泵提升工作电压，提供给擦写 经过判断其对应的密码和权限不符，则返回出错信息。 （ 1） 低频（ 30 300,系统常用工作频率有125 （ 2） 高频（ 3 30 系统常用工作频率有 （ 3） 特高频系统（ 300 3 工作频率为 433 866960 （ 4） 超高频（ 3 30 工作频率为 （ 1）有源 ：有源电子标签使用卡内电流的能量、识别距离较长，可达十几米，甚至上百米。但是它的寿命有限（ 3 10年），且价格较高； （ 2）无源 ：无源电子标签不含电池，它接收到读写器（读出装置）发出的微波信号后，利用读写器发射的电磁波提供能量，一般可做到免维护、重量轻、体积小、寿命长、较便宜，但它的发射距离受限制，一般是几十厘米，且需要读写器的发射功率大。 1 1784和 1785技术标准 （ 1） 1784和 1785分别规定了动物识别的代码结构和技术准则，标准中没有对应答器 (电子标签 )样式尺寸加以规定，因此可以设计成适合于所涉及的动物的各种形式，如玻璃管状、卫标或项圈等。 （ 2）代码结构为 64位，其中的 27至 64位可由各个国家自行定义。技术准则规定了应答器的数据传输方法和读写器规范。 （ 3）工作频率为 据传输方式有全双工和半双工两种，读写器数据以差分双相代码表示，应答器件采用 于存在较长的应答器充电时间和工作频率的限制，通信速率较低。 2 4443、 5693技术标准 （ 1） 4443和 5693标准在 1995年开始操作，其完成则是在 2000年之后，二者皆以 （ 2） 5693读写距离较远，而 4443读写距离稍近，但应用较广泛。 （ 3） 4443和 的防冲撞机制。 3 8000技术标准： （ 1） 8000是一系列标准，此标准是目前较新的标准，原因是它可用于商品的供应链，其中的部分标准也正在形成之中。 （ 2）工作频率分别为 135433 60 930 （ 3）作用距离从数厘米到十多米不等。无源和被动方式多在 10越 10m 则需要采用带电池的主动方式。 （ 4）采用 25 功能特点及电路组成 采用低功耗、低电压结构； 采用非接触电感耦合方式来获取电源； 工作频率为； 内含位非易失性 中位可供用户自由使用； 具有存储区块保护和密码保护功能； 位传送速率可选。根据需要可以选择射频频率、分频速率进行数据传送； 能提供二进制码、幅移键控、频移键控、曼彻斯特编码和双相位码等多种调制方式； 具有多种工作方式可供选择。 功能特点及电路组成 （）引脚功能 ( )内部结构及工作模式设置 功能特点及电路组成 模拟前端 主要用来完成电源和信号的传送。 与电子标签天线直接连接，它通过电子标签天线与 时通过磁场进行双向数据传送。 功能特点及电路组成 主控制器 功能： 上电后从 2中 “ ” 数据块读取工作模式。 控制对寄存器读写访问。 在密码保护模式下进行密码验证。 功能特点及电路组成 比特率生成器 通过速率发生器可按照用户设定数据传送速率（ 8、 16、 32、 40、 50、 64、 100、 128分频）来产生相应时钟信号。 功能特点及电路组成 写解码器 对写操作是靠严格控制磁场间隙时间来完成，数据 “ ” 和 “ ” 对应着不同磁场宽度。该回路主要用于从带有间隙磁场中检出真实数据流。 功能特点及电路组成 模式寄存器 位，主要用于存储从 2“ ” 数据块读出用户模式设置数据，每次上电后或程序复位后将自动执行一次调用操作。 初始化时要设置 功能特点及电路组成 调制器 调制器由数据编码器和调制电路组成。用于对基站传送数据进行编码和调制。 功能特点及电路组成 （ 1）编码方式 曼彻斯特码 （ 每一位中点都发生变化 1比特中点位置上从负电平到正电平的跳变， 0 比特中点位置上从正电平到负电平的跳变。 二相位码 (每一位开始电平发生跳变，当数据位为 “ 1”时，其位中间增加一次跳变。 直接码 （二进制编码）：和通常二进制编码一样，“ 1”为高电平， “ 0”为低电平。 功能特点及电路组成 图 编码和调制时序图 功能特点及电路组成 （ 2）调制方式 相移键控法（ 频移键控法 ( 相移键控法（ 载波频率有三种 :,或 ,调制方法有三种： 一位开始都跳变 180，不管它是从 “ 1”编为“ 0”，还是相反。 一个数位 “ 1”结束时，相位跳变 180。 位从 “ 0”变为 “ 1”（上升沿）时跳变，相位改变 180。 功能特点及电路组成 频移键控法常用的有两种情况： 据 “ 1”， f1=； 数据 “ 0”， f2=。 据 “ 1”， f1=； 数据 “ 0”， f2=0。 功能特点及电路组成 存储器 内部非易失性存储器共有位， 8 （ 1+32） =264 位数据位 位锁定位 个数据块 工作模式设置 （ 32位） 功能特点及电路组成 (3)读写模式 读写器从读出数据 卡是利用线圈中产生的阻尼特性的载波信号向读写器传送数据的。 功能特点及电路组成 图 写器从 读出数 据过程 功能特点及电路组成 读写器向写入数据 图 读写器向写入数据过程 功能特点及电路组成 （ 4）的编程 2. 25是电子标签和微控制器（ 间的桥梁。它可以实现向电子标签传送能量和读写操作，可与 2. 产生载波的频率范围为 100 150 在 125 型的数据传输速率为 5 适用于采用曼彻斯特编码及 电源可采用汽车蓄电池或 5 具有可调谐的能力； 便于和微控制器接口； 可工作于低功耗模式（ 2. （ 1） 数据输出、 锁存、允许 内部电源 电池电压 驱动器电源 外部电源 线圈驱动器 模式选择 2. （ 2） 频率调节 振荡器 & =1 低通滤波 放大器 & 电源 施密特 触发器 驱动器 16 1 3 2 15 6 5 13 12 14 10 11 9 8 7 4 a t tS t a n d b y C F E O u t p u t G N D G a i n I n p u t D G N D C o i l 2 C o i l 1 2. 能源输出部分 能源输出部分包括 电源、振荡器和驱动器 三部分： 电源 片有三种供电方式：单电源、双电源和电池供电， 2. 单电源供电 双电源供电 电池电压供电 2. 振荡器 （ 振荡器的频率范围为 100150外接于 125 10 在其他频率时， 14375 (105 驱动器 （ 用于向天线提供能量和信息，它有两个独立的输出 由 ,二者同相）或差分（ ,二者反同相）工作模式（为增大灵敏度，通常选择差分模式）。 现对电阻标签的写操作。 2. 数据接收部分 由读写器天线耦合来的电子标签上的微弱调制信号，将首先由外部整流二极管和 后经隔直电容 后再经滤波、放大和整形，使输出信号与 以集电极开路的形式输出。 ,允许输出； ,禁止输出。 接在 电子标签数据速率线性相关，表 2. (3) 片的应用 图 蓄电池供 电方式的 读写器电路 2. 图 制 以方便地进入 节省蓄电池的能耗。这种电路虽然其外接器件增多，但降低了天线设计调整难度，保证了读写距离。 由 片与 89成的 读写电路 , 输入端 , 控制端 , 天线线圈及 25 谐振电路。 成解调器对天线信号进行解调然后经 合输入芯片 ,在片内进行滤波 ,放大 ,整形等送入单片机。 电阻 于调节发射频率 ,成输入反馈电路以稳定频率 ,成芯片退耦电路。 2. 图 差分模式的电路 2. 图 避免 “ 零调制 ”问题，它除了采用图 通过 89图 来改变读写器的谐振频率，使两个频差范围扩大一倍，进一步改善通信距离 2. 图 用 2. 图中 89过 在读卡时，单片机通过 I/由 写卡也是利用 I/二进制数据调制成两间隙 (宽度不等的脉冲，经 单片机通过 硬件配合适当的软件可构成不同的应用系统。 2. （ 4）读写器程序设计 读电子标签数据程序 2. 写电子标签数据程序 4443标准定义了 、 两种类型协议，它们包括电子标签（ 读写器 (部分。随着非接触电子标签的开发和研究，已经生产出多种适合于该标准的 而使设计更加简便。 目前，比较常用的 4006和 60等。而常用的 F 节主要介绍 60和 60 60芯片是 主要性能有 ： 60 载波频率： 数据调制频率： 70 采用曼彻斯特编码协议； 用户存储器： 154位； 内含 100 休眠（ 间： 10040； 具有防碰撞能力； 采用接触式编程，编程后为只读器件； 采用低功耗 采用 其作用是芯片无需电池，接收读卡器发射的能量即能激活。 60 （ 1） 60的引脚 编程和测试 接震荡线圈 60 (2) 60的内部结构 60 射频前端 部分由天线耦合回路、整流、稳压、调制解调器、上电复位（ 部分组成，它是射频电子标签的核心部分。天线耦合回路由 的作用是：将从读写器的射频电磁场中获得的耦合能量转换成工作电源。 60 调制器 的作用是完成负载调制功能。 采用曼彻斯特编码。 调制方法采用 2进制幅移键控法 )。 “ 1” 导通，有信号 “ 0” 截止，无信号 60 数字逻辑控制 模块由解码电路、时钟产生电路、调制逻辑、休眠定时、读 /