安防智能讀卡器設計與研發(fā)

朱岱亮

（上海埃德電子股份有限公司,上海 200237）

1 概述

隨著安防網(wǎng)絡技術的發(fā)展，在一個大型的安防報警網(wǎng)絡中，智能安防讀卡器是直接與用戶接觸的報警產(chǎn)品，其功能的完備性，接觸界面的人性化等設計將直接影響到用戶的使用體驗。智能安防讀卡器可以使用不同的協(xié)議進行定義，比如Mifare協(xié)議，F(xiàn)eliCa協(xié)議等等，目前市面上以Mifare協(xié)議的讀卡器居多。

同時，在種類日益繁多的網(wǎng)絡安防設備中，不同廠家的設備配置錯綜復雜，亟需要有一個適用于多家設備供應商的安防讀卡器，以便使不同廠商的設備能夠在網(wǎng)絡中相互發(fā)現(xiàn)并交互各自的系統(tǒng)及配置信息，幫助安防網(wǎng)絡管理人員對整個網(wǎng)絡的拓撲結構有整體上的了解和認識。在這樣的背景下，Mifare協(xié)議應運而生。作為優(yōu)秀的智能安防讀卡器設備生產(chǎn)商，所生產(chǎn)的設備應該能夠適應復雜多變的安防網(wǎng)絡環(huán)境，簡化、智能化安防網(wǎng)絡管理的工作。本文所描述的項目，就是在這個背景下進行研發(fā)的。

2 安防智能讀卡器協(xié)議及軟件設計原理

2.1 Mifare協(xié)議

Mifare是Philips Electronics所擁有的13.56MHz非接觸性辨識技術。Mifare經(jīng)常被認為是一種智能卡的技術，這是因為它可以在卡片上兼具讀寫的功能。事實上，Mifare僅具備記憶功能，必須搭配處理器卡才能達到讀寫功能。

2.2 智能讀卡器中軟件設計

確定了安防讀卡器使用的協(xié)議與類型，接下來要做的工作便是在此協(xié)議框架下編寫相關的軟件。軟件編寫的依據(jù)是客戶提出的各種功能指標。在大多項目中，軟件的編寫都將貫穿于整個項目中，甚至在產(chǎn)品已經(jīng)量產(chǎn)階段，軟件工程師也會根據(jù)客戶的新要求進行相應的更新，或者是根據(jù)具體的市場需求進行相應的升級。對產(chǎn)品的軟件維護及版本更新的控制，將是考驗一個公司管理的重要指標。

主要編程環(huán)境為Microchip MPLAB X IDE軟件，編程語言為C語言。項目實現(xiàn)的主要功能如下：

2.2.1 Microchip PIC18F4520主芯片的初始化及相關操作功能；

2.2.2 MFRC500射頻芯片的相關操作功能；

2.2.3 與Mifare協(xié)議相關的操作功能；

2.2.4 Wiegand數(shù)據(jù)通訊的基本操作功能；

3 智能讀卡器硬件設計及研發(fā)

3.1 主板PCB設計及實現(xiàn)功能

在上述軟件進行編寫與調(diào)試的過程中，硬件工作也要同時開展。目前使用的PCB繪圖軟件為Altium Designer Winter 09，在此軟件中可以完成原理圖的繪制與PCB印制板的繪制。

原理圖設計是基于整個讀卡器的工作機制： 讀卡器通過線圈向非接觸式IC卡發(fā)送電磁波，IC卡內(nèi)線圈將此電磁波轉為電能，并從中分離出電源與讀取的指令信號，根據(jù)此指令將IC卡內(nèi)預先寫入的數(shù)據(jù)通過線圈向讀卡器發(fā)射，讀卡器線圈將此數(shù)據(jù)截獲并校驗即告讀卡成功。

根據(jù)此讀卡器的主要技術要求，需要實現(xiàn)安全防盜報警、數(shù)據(jù)通訊、時鐘控制、電源控制、指示燈控制等方面的功能。我們選取了微芯的一款PIC18F4520作為讀卡器的主控制芯片。在主板中，另一塊工作內(nèi)容較多的便是射頻芯片，在此項目中，我們選用市面上較為通用的NXP的MFRC500。通過上述的微芯主控制 芯片對其進行控制發(fā)送接收。在完成以上主要功能的布局后，其余的便是一些電源輸入濾波、數(shù)據(jù)通訊控制、指示燈控制、防拆報警等功能的布局。

3.2 天線板實現(xiàn)功能

在市面上其實也有很多已經(jīng)很成熟的天線板原理圖繪制，繪圖大同小異。天線板最主要的工作難點是阻容值等參數(shù)的調(diào)試。需要經(jīng)過較長時間的測試，找到最佳的阻容匹配值。在項目研發(fā)過程中，需要準備很多微小數(shù)值變化的電阻及電容，通過多次試驗滿足智能讀卡器的刷卡距離及功耗要求。

4 智能讀卡器各項主要功能及環(huán)境測試

4.1 功能測試

初始化讀卡器（配置卡）：

讀卡器斷電b) 把配置卡放在讀卡器上c) 接通電源d) 刷一張符合該配置的用戶卡e) 刷一張不符合該配置的用戶卡a)讀卡器斷電b) 把用戶卡放在讀卡器上c) 接通電源

4.2 環(huán)境及EMC測試

a) 高溫 b) 低溫 c) 濕度 d) 溫濕循環(huán)（工作） e) 溫濕循環(huán)（存貯） f) 跌落 g) 振動

4.3 EMC測試

a) RE測試 b) ESD測試 c) RS測試 d) CS測試 e) EFT測試 f)Surge測試

5 結論

本文主要結合自己項目的研發(fā)工作，論述了本公司生產(chǎn)的智能讀卡器所開發(fā)的流程，支持的Mifare協(xié)議和Type A協(xié)議的軟硬件研發(fā)、測試全過程。并給出開發(fā)項目的部分代碼和截圖。通過把Mifare協(xié)議嵌入到智能讀卡器等安防網(wǎng)絡設備，使得終端設備讀卡器可以融入到整個安防系統(tǒng)中。在整個安防報警系統(tǒng)中，安防讀卡器是直接與用戶進行接觸的，其在保證正常的功能外，較好的人機體驗也是作為一款產(chǎn)品是否可以被市場接受的一項重要指標。外觀、觸感、視聽體驗都是影響產(chǎn)品市場的因素。

[1]David Tse , Pramod Viswanath 著，無線通信基礎.李鏘，周進，譯.北京：人民郵電出版社,2007.7

[2]射頻識別（RFID）技術----無線電感應的應答器和非接觸IC卡的原理與應用/（德）芬肯澤勒（Finkenzeller.K）著，陳大才編譯，--北京：電子工業(yè)出版社，2001.6.

[3]電子電路分析與設計/[美] 尼曼（Neaman,D.A）著；趙桂欽，卜艷萍-北京：電子工業(yè)出版社，2003.1(國外電子信息科學經(jīng)典教材系列