基于MFRC522的Mifare射频卡读写模块开发

基于MFRC522的Mifare射频卡读写模块开发 基于MF RC522的Mifare射频卡读写模块开发 1 12陈保平王月波 马伯元 (1石家庄铁道学院大型结构健康诊断与监测研究所，河北 石家庄 050043) (2石家庄铁路职业技术学院教务处，河北 石家庄 050043) [摘要] 主要介绍一种基于Philips公司的MF RC522的射频识别读写模块的设计:首先介绍系统的组成以 及MF RC522的特性，接着给出天线的设计 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 ，最后给出MCU LPC2132与MF RC522的接口原理图和对Mifare 卡操作 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 。该系统选用Mifare卡作为系统的应答器(PICC)，电路稳定，系统运行正常。 [关键词] 射频识别技术; Mifare卡;MF RC522 ;LPC2132 中图分类号: TP368.1 文献标识码:B Design of Mifare card Radio Frequency Identification module based on MF RC522 112CHEN Bao-ping WANG Yue-bo MA Bo-yuan (1 Structural Health Motoring and Control Institute ,Shijiazhuang Railway Institute. Hebei Shijiazhuang 050043, China) (2 Educational Administration Department ,Shijiazhuang Institute of Railway Technology. Hebei Shijiazhuang 050043, China) [Abstract] This paper mainly introduces the design of Radio Frequency Identification system based on MF RC522 of Philips company: Firstly, show the constitute of the system and characteristic of MF RC522.Then is antenna designation. Finally is hardware chart of LPC2132 and MF RC522,so is the Mifare card operation flow .This system uses the Mifare card as the PICC to make sure the stabilization of the circuit and the well running performance of the system. [Key words] Radio Frequency Identification; Mifare card; MF RC522; LPC2132 IC卡按卡与外界数据传送的形式不同，分为接触式IC卡和非接触式IC卡。接触式IC 卡通过触点从读写模块获取能量和交换数据;非接触式IC卡通过射频感应从读写模块获取 能量和交换数据，所以非接触式IC卡又叫射频卡。与传统的接触式IC卡、磁卡相比较，利 用射频识别技术(radio frequency identification)开发的非接触式IC识别器，在系统 寿命、防监听、防解密等性能上具有很大的优势。目前我国引进的射频IC卡主要有Philips 公司的Mifare卡和ATMEL公司的Temic卡。而PHILIPS公司的Mifare卡现在是市场的主流 产品，应用越来越广。本文介绍的是利用基于ARM7 CPU 的LPC2132、MF RC522、Mifare卡 等构建射频识别模块的设计，并在该读写模块基础上能很容易地开发出适用于各方面的自动 识别系统。 1 MF RC522介绍 MF RC522是Philips公司针对三表最新推出的一款非接触式低功耗读写基站芯片，它 是应用于13.56MHz非接触式通信中高集成读卡芯片系列中的一员。该读卡芯片系列利用了 先进的调制和解调概念，完全集成了13.56MHz下所有类型的被动非接触式通读方式和协议。 MF RC522支持ISO14443A所有的层，传输速度最高达424kbps，内部的发送器部分不需要增 加有源电路就能够直接驱动近距离天线，接收部分提供了一个坚固而有效的解调和解码电 路，用于接收ISO14443A兼容的应答信号。数字处理部分提供奇偶和CRC检测功能。RC522 具有三种接口方式可方便地与任何MCU通讯:SPI模式、UART模式、I2C模式。甚至可通过 RS232或RS485通讯方式直接与PC机相联，给终端设计提供了前所未有的灵活性。 2 系统组成 如图1所示，系统主要由MCU LPC2132、MF RC522、人机接口以及通信模块组成。系统 的工作方式主要是，先由MCU控制MF RC522驱动天线对Mifare卡也就是应答器(PICC)进 行读写操作。然后，根据所得的数据对其它接口器件，如人机接口部件、LPC2132内部的存 储器、时钟芯片等进行响应操作。最后，与PC机之间进行通信把数据传给上位机。 图1 系统组成框图 这里MCU 选用基于ARM7的LPC2132大大简化了系统硬件电路的设计。除了具有高性能、开发简单等优点外，LPC2132集成的看门狗功能可以保证系统在一定的时间内如果工作不正 [1]常时将MCU复位使其重新工作。另一方面LPC2132内部的SPI 、I2C 和UART通讯接口可以方便地和MF RC522实现多种通讯方式，满足了各种情况的需要。再者，2132还拥有满足系统存储所需足够大小的内部Flash，而无需外接存储设备。 通讯模块负责上位机(PC端)与下位机(读写模块)的通讯，本系统采用了两种方式:一种是RS232通讯，它应用于PC机对一台阅读器的操作;一种是 RS485通讯，它应用于PC机对多台阅读器的操作。两种通讯方式都可将PC机的命令传达给读写模块。 人机接口使系统具有良好的人机交互界面。本系统具有液晶显示、键盘、语音输出等部件。应用者可通过液晶显示或通过语音输出判别卡片的号码、基本个人信息、以及卡片中的余额是否正确。 3 系统 工作原理 数字放映机工作原理变压器基本工作原理叉车的结构和工作原理袋收尘器工作原理主动脉球囊反搏护理 首先，MF RC522 射频卡读写模块(下面简称读写模块)通过天线向射频卡(非接触卡)发送无线载波信号，这些信号经过射频卡的天线耦合接收后，先进行波形转换，然后对其整流滤波，由电压调节模块对电压进行进一步的处理，包括稳压等，最终输出到射频卡上的各级电路上。 此时，非接触卡接收到载波信号后就通过本卡片上的调制/解调电路对载波信号 [2]进行调制/解调，处理后的信号就送到卡片上的控制器以供控制及处理。 非接触卡处理好数据后，也通过它本身的天线向MF RC522返回载波信号，MF RC522也通过自身的调制/解调电路来对这些信号进行处理。这些返回的载波信号的频率与MF RC522发出的载波信号的频率是一致的。通过这样一个通讯回路，MF RC522就可以对非接触卡的内容进行读写操作。 这里需要说明的是:非接触型IC卡本身是无源体， 当读写器对卡进行读写操作时， 读写模块发出的信号由两部分叠加组成:一部分是电源信号，该信号由卡接收后， 与其本身的L/C产生谐振， 产生一个瞬间能量来供给芯片工作。另一部分则是结合数据信号，指挥芯片完成数据、修改、存储等，并返回给读写模块。 如上所述可以看出，读写模块的性能与天线的参数有着直接的关系。天线的性能高低决定着读卡的距离远近。因此，下面将就影响天线性能的参数做一些探讨。 4 读写模块的天线设计 电感耦合射频识别系统的读写模块中的天线用于产生交变磁通量，而交变磁通量用于向PICC提供电源并在读写模块与PICC之间传送信息。因此，天线的构造有以下几个基本要求: 1)使天线线圈的电流最大，用于产生最大的磁通量峰值; 2)功率匹配，最大程度地利用产生交变磁通量的可用能量; 3)足够的带宽，无失真地传送用数据调制的载波信号。 在天线设计中，品质因数Q是一个非常重要的参数。对于电感耦合式射频识别系统的天线，其特征值就是它的谐振频率和品质因数的值。较高的品质因数的值会使天线线圈中的电流强度大些，由此改善对PICC的功率传送。与之相反，天线的传输带宽刚好与品质因数值成反比例变化，选择的品质因数过高会导致带宽缩小从而明显地减弱PICC接收到的调制边带。计算品质因数的公式如下: Q=(2πf?Lcoil)/Rcoil (1) 式(1)中的f是工作频率，Lcoil是天线的尺寸，Rcoil是天线的半径。通过品质因数可以很容易计算出天线的带宽B: B=f/Q (2) 从式(2)中可以看出，天线的传输带宽与品质因数成反比关系。因此，过高的品质因数会导致带宽缩小。从而减弱阅读器的调制边带，会导致读写模块无法与卡通信。一般系统的最佳品质因数为10,30，最大值不能超过60。如果太高，卡将无法准确地识别复位响应。 5 MF RC522与LPC2132的部分接口电路 MF RC522与LPC2132的硬件电路连接如图2所示，在本系统中这两者之间的通讯采 [3]用的是SPI方式，当然也可选择I2C、或UART方式，可以根据不同情况进行选择。在图2中省略了一些LPC2132没有用到的引脚和那些相对简单的电源、外部晶振等电路。 图2 MR RC522与LPC2132接口电路 6 对Mifarel卡操作的软件设计 LPC2132首先对MF RC522进行初始化配置，寄存器设置好后MF RC522就可以接收MCU的命令执行操作，实现与Mifare 卡片通信了。Mifare卡可以根据接收到的指令进行相应操作。但是LPC2132并不是通过简单的指令就可以读写IC卡片，需要一系列的操作才能完成通信。主要包括:(1)请求唤醒;(2)防重叠(防止多张卡片重叠造成的数据错误);(3)选择卡片;(4)密码认证;(5)读写操作。LPC2132对Mifare卡片的这一系列操作流程必须按固定的顺序进行。当有Mifare卡进入到射频天线的有效范围，读卡程序将开始进 [4]行上述一系列的操作，程序流程如图3所示。 图3 LPC2132读写MF RC522流程图 7 结束语 本文作者创新点是:将高性能的读卡芯片MF RC522和具有高软、硬件集成度的LPC2132 MCU结合在了一起使用。系统省去了外部存储设备和看门狗等复杂外接电路。使得整个系统简洁、明了。MF RC522可以通过SPI、I2C、UART三种方式与MCU进行通讯，而LPC2132本身正好完全集成了这三种接口。且LPC2132对这些内部功能在软件编程上也提供了开发包。总之，M F RC522和LPC2132在硬件和软件上都实现了完美的结合。 以上介绍了基于MF RC522模组的Mifare射频卡识别系统的组成、工作原理及其设计方法。实验表明，由此方法设计的电路运行稳定，读写数据准确且具有非常短的交换时间。 参考文献 [1] 周立功,张华.深入浅出ARM7-LPC2132. 北京:北京航空航天大学出版社，2005 [2] 张建新,李学敏.电子电路百科全书. 北京:科学出版社,1989 [3] 燕延,陈保平,马增强 等. 网络化远程桥梁健康状态检测系统的设计[J].微计算机信息,2005,8 [4] 王爱英编著(智能卡技术(第二版)(北京:清华大学出版社，2000 作者简介:陈保平,男,副教授，1957年2月生,汉族,石家庄铁道学院大型结构研究所,主要研究方向:嵌入式 系统开发,计算机网络技术研究,以太网远程数据采集等。王月波,男, 硕士，1980年11月生,汉族, 石家庄铁道学院计算机系,主要研究方向:计算机测控，嵌入式系统;马伯元,男, 硕士，1978年8 月生,汉族,石家庄铁路职业技术学院教务处，方向:计算机网络及应用。 Biography: Chen Baoping, Male, born in 1957.2, Han, professor of Structural Health Motoring and Control Institute, Shijiazhuang Railway Institute. Research area: Computer Measurement and Control. Wang Yuebo, Male, Postgraduate student, Area: Computer Technology 通信地址:石家庄铁道学院研究生分院30号信箱 联系人:王月波(邮政编码:050043) E-mail: wangyuebollm@163.com 项目基金:铁道部科技开发 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 《芜湖长江大桥长期监测、安全评估及报警系统的研究——连续梁部分》 编号:2002G19-2 经济效益:240万元