一种射频卡读写原理及实现

　　非接触式IC卡又称射频卡，由IC芯片、感应天线组成，封装在一个标准的PVC卡片内，芯片及天线无任何外露部分。是世界上近几年发展起来的一项新技术，它成功的将射频识别技术和IC卡技术结合起来，结束了无源（卡中无电源）和免接触这一难题，是电子器件领域的一大突破。卡片在一定距离范围（通常为5-10mm）靠近读写器表面，通过无线电波的传递来完成数据的读写操作。

　　1 硬件结构与工作原理

本课题中射频卡采用业界广泛使用的由荷兰飞利浦公司生产的M1卡，M1卡主要有射频天线和ASIC两部分组成。射频天线是由特制的磁感线圈绕制而成，用来接收读卡器发出的固定频率的电磁波。ASIC主要由高速射频RF接口、数据读写控制单元、存储工具EEPROM构成。当读卡器对射频卡进行读写操作时，读卡器会持续发出一组频率固定的电磁波，电磁波的频率与M1卡内置的LC谐振模块的谐振频率相同，从而造成LC谐振模块发生共振，使谐振电路的电容内产生电荷，这个电容通过特殊的传输装置单向传输到另外一个电容聚集起来。当积累的电荷电压达到2 V时，此电荷实际上可以作为一个电源向卡内的各种电路装置供电，从而实现读卡器对射频卡的读写操作。

高速射频RF接口的主要功能是用来接收通过LC谐振电路产生的电源电压以及谐振电路本身的复位信号和时钟信号。数据读写控制单元的主要功能是对射频接口传递的数据进行调制和解密并对数据按照特定的步骤与读卡器进行数据的交互处理。读卡器与计算机连接的串口初始化成功后，就开始在读卡器射频感应的工作范围内寻找射频卡。如果同时感应到多张射频卡，读卡器会启动反冲突机制控制模块选定其中的一张。选定要处理的卡之后，读写器就确定要访问的扇区号，并对该扇区密码进行密码校验，在3次相互之后就可以通过加密流进行通讯，对读卡器进行读写操作，操作成功后启动报警控制模块，提示操作成功，同时挂起该张卡。EEPROM是射频卡的存储单元，用来保存读卡器写入的信息。M1射频卡存储空间是8 KB。存储空间分为16个扇区，每个扇区又分为4个块，每个块内存大小为16 B。64个块按物理排序命名，序号从0块一直到63块。其中0块保存的是射频卡的序列号，出厂时由厂家直接写入，不能更改。另外，每个扇区的第4块是该扇区的密码存储块，其中包括两套密码以及密码读取控制字节。其余3块是数据块，可以存储数据并进行相应数据操作。

　　2 软件设计流程与程序实现

基于射频卡使用环境及对数据处理实时性的特殊要求，必然要求读卡器处于一种不间断的监测状态，能够对进入读卡器感应区域的射频卡进行快速稳定的数据采集，并把这种处理结果实时传输给相连的计算机，通过专门的软件进行信息的交互处理[4]。考虑到这些要求，在软件的设计过程中使用C#中的timer控件来满足这种要求，利用Timer控件的定时激发功能，使读卡器能够不间断地检测是否有卡进入感应区域。首先初始化串口，保证读卡器和计算机的正常连接，如果读卡器没有检测到有射频卡处于工作区，就一直保持检测状态。如果读卡器检测到工作范围内有卡，就按照正常读写操作流程对射频卡进行操作，一张卡操作完成后，读卡器会自动报警提示操作成功并挂起这张卡。在这种情况下，除非把这张卡移除工作区，否则读卡器将无法继续正常工作。

在分析了射频卡的工作原理和软件流程后，本文用C#语言来编写具体的程序代码，C#是微软公司发布的一种面向对象的、运行于。NET Framework之上的程序设计语言[5]。为了便于产品的开发，厂家已经附带给出了开发射频卡程序所需要的动态连接库。C#语言可以直接调用给动态连接库，只需要在程序中加以引用说明即可。本课题采用的读卡器为双面D8读卡器，附带的动态链接库文件为dcrf32.dll。此文件中包含了常用的射频卡读写操作等系列函数。实现对射频卡写数据操作的部分关键代码如下：

…

[DllImport（"dcrf32.dll"）]

public static extern int dc_init（short port, int baud）；

[DllImport（"dcrf32.dll"）]

public static extern short dc_request（int icdev, char _Mode, ref uint TagType）；

[DllImport（"dcrf32.dll"）]

public static extern short dc_select（int icdev, uint _SecNr, byte[] _Size）；

[DllImport（"dcrf32.dll"）]

public static extern short dc_authentication（int icdev, int _Mode, int _SecNr）；

[DllImport（"dcrf32.dll"）]

public static extern int dc_beep（int icdev, short _Msec）；

[DllImport（"dcrf32.dll"）]

public static extern int dc_pro_halt（int icdev）；

[DllImport（"dcrf32.dll"）]

public static extern short dc_exit（int icdev）；

private void  Card_Read（）；

{

_icdev=dc_init（Form3.Com, Form3.botelv）；

//串口初始化

if （_icdev <= 0）

{MessageBox.Show（“串口初始化失败！"）；

return;

}

byte[] name = System.Text.Encoding.Default.GetBytes

（txtN.Text）；

byte[] sex = System.Text.Encoding.Default.GetBytes

（txtS.Text）；

if （name.Length > 16）

{

MessageBox.Show（"超过规定的数据长度，写入失败"）；

txtN.Text = null;

return;

}

if （sex.Length > 16）  //数据长度检测

{

MessageBox.Show（"超过规定的数据长度，写入失败"）；

txtS.Text = null;

return;

}

int st;

ulong icCardNo = 0;

char tt = （char）0;

st = dc_card（IcDev, tt, ref icCardNo）； //寻卡操作

if （st != 0）

{   txtCardId.Text = "";

txtN.Text = "";

txtS.Text = "";

MessageBox.Show（"寻卡失败！"）；

return;

}

int sector = 0;

st = dc_authentication（IcDev, 0, sector）； //密码验证

if （st != 0）

{

MessageBox.Show（"验证密码失败！"）；

return;

}

try

{

string dt = txtS.Text;

st = dc_write（IcDev, 2, dt）；    //射频卡写操作

dc_beep（IcDev, 10）；                     //蜂鸣操作

st=dc_halt（IcDev） ;                       //挂起操作

MessageBox.Show（"修改成功"）；

}

catch

{

MessageBox.Show（"更改卡中信息失败"）；

}

dc_exit（IcDev）； //关闭串口

}

private void timer1_Tick（object sender, EventArgs e）

//定时器操作

{

timer1.Interval = 1000;

timer1.Start（）；

Card_Read（）；

}

实验结果表明，运用C#语言结合定时器的特有功能编写的射频卡读写程序工作稳定，很好的满足工程需求。在读卡器对射频卡进行读写操作的同时，并不影响软件系统其他模块的操作，具有较强的实用意义。