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门禁刷卡开门原理

发布时间:2019-09-27 13:23:32

我们在生活中常常遇到刷卡这件事,比如上公交刷公交卡、上地铁刷地铁卡、出门在外住酒店时,也有一张小小的房卡用于刷卡开门。那么这个刷卡的原理到底是怎样的呢?这就要提到射频识别(RFID)技术了。

一、什么是射频识别技术

射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)技术,是一种利用射频通信技术实现的非接触式自动识别技术。相对于传统的条形码、磁卡等接触式识别技术,射频识别技术可实现非可视、多目标识别,具有防水、防磁、寿命长、容量大、无机械损耗、信息可加密、内容可更改等优点。如今RFID技术已经广泛应用于人们的日常生活,最常见的如公共交通、门禁管理、二代身份证、公共食品药品卫生管理等。如图1所示都是我们平常经常看到的一些非接触式卡,这些都是RFID技术的运用。

二、RFID读写卡原理

RFID读写卡工作频率范围为10~15MHz,通常工作选用的频率为13.56MHz。读写器和电子标签的工作次序通常有两种时序:一种是读写器先发言(RTF,ReaderTalk First):另一种是标签先发言(TTF,Tag Talk First)。RTF方式:电子标签只有接收到读写器特殊命令才发送数据。TTF方式:电子标签进入读写器的能量场主动发送自身系列号。TTF方式的射频标签具有识别速度快等特点,适用于需要高速应用的场合。另外,TTF方式在噪声环境中更稳健,在处理标签数量动态变化的场合也更为实用,因此,更适于工业环境的跟踪和追踪应用。
RFID天线系统包括读写器天线和标签天线,即一个读写卡系统包含两个部分:非接触式射频卡(PICC)和阅读器(PCD),其中PICC也叫射频存储应答器。他们之间交换数据是通过ISO/IECo14443 TYPE A和TYPE B接口来进行的。下面分别简述二者的工作原理。

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三、非接触式射频卡工作原理

非接触式射频卡由时钟提取、分频链、序列电路、密勒码产生器、整流器、调制器、电源管理、存储器几个部分组成。
电子标签与读写器采用电感耦合方式进行能量传递与通信。读写器的天线线圈产生高频强电磁场,磁场穿过线圈的横截面和线圈周围空间,使得靠近读写器天线线圈的标签天线在交变磁场中产生感应电压。整流电路将耦合的射频(13.56MHz)信号进行整流并经滤波电容C2平滑后,电源管理电路将在电源电压达到内部电路工作电压时激活卡内电路,13.56MHz信号被分频链电路分频,可产生通讯所需的时钟,此时钟即是数据传送的波特率。如果希望将分频系数定为128、256、1024、2048、4096或8192,则需预先选定。存储在ROM中的信息(64位)经读出后,可通过Miller码产生器产生Miller码,同时可用该Miller码进行负载调制,并将存储信息送出。

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四、读卡器工作原理

读卡器由发送和接收两个部分组成,下面分别简述这两个部分的工作原理。
发送:射频RF信号从PCD基站芯片的引脚TX1和TX2输出,可以直接驱动天线线圈。调制信号及TX1,TX2输出的射频信号类型(已调或无调制载波)相位关系均可由PCD基站芯片相应的寄存器控制。
接收:通过天线接收来自非接触式卡的调制载波信号,载波解调采用正交解调电路,正交解调所需的I和Q时钟(两者相差为90°)可在PCD基站芯片内产生。解调后由所得副载波调制信号经过放大,滤波等相关电路,判决电路进行副载波解调,其中放大电路的增益可由PCD基站芯片的相应寄存器的设置来控制。

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五、读卡器与非接触式卡之间的交互过程

PCD发送REQUEST命令给所有在天线场范围内的非接触式卡,通过防碰撞循环,得到一个卡的序列号,选择此卡进行鉴别认证,通过后对存储卡进行操作;
PCD用随机数、卡的序列号和密钥进行加密,采用三次认证过程。


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