安防智能读卡器设计与研发

朱岱亮

（上海埃德电子股份有限公司,上海 200237）

1 概述

随着安防网络技术的发展，在一个大型的安防报警网络中，智能安防读卡器是直接与用户接触的报警产品，其功能的完备性，接触界面的人性化等设计将直接影响到用户的使用体验。智能安防读卡器可以使用不同的协议进行定义，比如Mifare协议，FeliCa协议等等，目前市面上以Mifare协议的读卡器居多。

同时，在种类日益繁多的网络安防设备中，不同厂家的设备配置错综复杂，亟需要有一个适用于多家设备供应商的安防读卡器，以便使不同厂商的设备能够在网络中相互发现并交互各自的系统及配置信息，帮助安防网络管理人员对整个网络的拓扑结构有整体上的了解和认识。在这样的背景下，Mifare协议应运而生。作为优秀的智能安防读卡器设备生产商，所生产的设备应该能够适应复杂多变的安防网络环境，简化、智能化安防网络管理的工作。本文所描述的项目，就是在这个背景下进行研发的。

2 安防智能读卡器协议及软件设计原理

2.1 Mifare协议

Mifare是Philips Electronics所拥有的13.56MHz非接触性辨识技术。Mifare经常被认为是一种智能卡的技术，这是因为它可以在卡片上兼具读写的功能。事实上，Mifare仅具备记忆功能，必须搭配处理器卡才能达到读写功能。

2.2 智能读卡器中软件设计

确定了安防读卡器使用的协议与类型，接下来要做的工作便是在此协议框架下编写相关的软件。软件编写的依据是客户提出的各种功能指标。在大多项目中，软件的编写都将贯穿于整个项目中，甚至在产品已经量产阶段，软件工程师也会根据客户的新要求进行相应的更新，或者是根据具体的市场需求进行相应的升级。对产品的软件维护及版本更新的控制，将是考验一个公司管理的重要指标。

主要编程环境为Microchip MPLAB X IDE软件，编程语言为C语言。项目实现的主要功能如下：

2.2.1 Microchip PIC18F4520主芯片的初始化及相关操作功能；

2.2.2 MFRC500射频芯片的相关操作功能；

2.2.3 与Mifare协议相关的操作功能；

2.2.4 Wiegand数据通讯的基本操作功能；

3 智能读卡器硬件设计及研发

3.1 主板PCB设计及实现功能

在上述软件进行编写与调试的过程中，硬件工作也要同时开展。目前使用的PCB绘图软件为Altium Designer Winter 09，在此软件中可以完成原理图的绘制与PCB印制板的绘制。

原理图设计是基于整个读卡器的工作机制： 读卡器通过线圈向非接触式IC卡发送电磁波，IC卡内线圈将此电磁波转为电能，并从中分离出电源与读取的指令信号，根据此指令将IC卡内预先写入的数据通过线圈向读卡器发射，读卡器线圈将此数据截获并校验即告读卡成功。

根据此读卡器的主要技术要求，需要实现安全防盗报警、数据通讯、时钟控制、电源控制、指示灯控制等方面的功能。我们选取了微芯的一款PIC18F4520作为读卡器的主控制芯片。在主板中，另一块工作内容较多的便是射频芯片，在此项目中，我们选用市面上较为通用的NXP的MFRC500。通过上述的微芯主控制 芯片对其进行控制发送接收。在完成以上主要功能的布局后，其余的便是一些电源输入滤波、数据通讯控制、指示灯控制、防拆报警等功能的布局。

3.2 天线板实现功能

在市面上其实也有很多已经很成熟的天线板原理图绘制，绘图大同小异。天线板最主要的工作难点是阻容值等参数的调试。需要经过较长时间的测试，找到最佳的阻容匹配值。在项目研发过程中，需要准备很多微小数值变化的电阻及电容，通过多次试验满足智能读卡器的刷卡距离及功耗要求。

4 智能读卡器各项主要功能及环境测试

4.1 功能测试

初始化读卡器（配置卡）：

读卡器断电b) 把配置卡放在读卡器上c) 接通电源d) 刷一张符合该配置的用户卡e) 刷一张不符合该配置的用户卡a)读卡器断电b) 把用户卡放在读卡器上c) 接通电源

4.2 环境及EMC测试

a) 高温 b) 低温 c) 湿度 d) 温湿循环（工作） e) 温湿循环（存贮） f) 跌落 g) 振动

4.3 EMC测试

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

5 结论

本文主要结合自己项目的研发工作，论述了本公司生产的智能读卡器所开发的流程，支持的Mifare协议和Type A协议的软硬件研发、测试全过程。并给出开发项目的部分代码和截图。通过把Mifare协议嵌入到智能读卡器等安防网络设备，使得终端设备读卡器可以融入到整个安防系统中。在整个安防报警系统中，安防读卡器是直接与用户进行接触的，其在保证正常的功能外，较好的人机体验也是作为一款产品是否可以被市场接受的一项重要指标。外观、触感、视听体验都是影响产品市场的因素。

[1]David Tse , Pramod Viswanath 著，无线通信基础.李锵，周进，译.北京：人民邮电出版社,2007.7

[2]射频识别（RFID）技术----无线电感应的应答器和非接触IC卡的原理与应用/（德）芬肯泽勒（Finkenzeller.K）著，陈大才编译，--北京：电子工业出版社，2001.6.

[3]电子电路分析与设计/[美] 尼曼（Neaman,D.A）著；赵桂钦，卜艳萍-北京：电子工业出版社，2003.1(国外电子信息科学经典教材系列