MFRC522射頻模塊在門禁系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘要：介紹了MFRC522射頻模塊的開發(fā)及在門禁監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用。該射頻模塊提供UART和PC兩種用戶接口，同時(shí)模塊具有天線識(shí)別距離大、操作接口易用等特點(diǎn)，極大地方便了客戶在二次開發(fā)中的使用。目前，該模塊已成功應(yīng)用于某些高端小區(qū)和星級(jí)酒店的門禁監(jiān)控系統(tǒng)中，具有較高的推廣價(jià)值。
關(guān)鍵詞：MFRC522；天線電路設(shè)計(jì)；射頻模塊

引言
隨著射頻技術(shù)的發(fā)展，基于ISO14443A協(xié)議的近場(chǎng)距離識(shí)別技術(shù)越來越多的應(yīng)用于民用產(chǎn)品中，最常見的如公共交通、身份識(shí)別、門禁監(jiān)控等眾多領(lǐng)域。為使應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)人員快速開發(fā)射頻識(shí)別產(chǎn)品，本文設(shè)計(jì)了一種實(shí)用型射頻讀寫模塊，該模塊具有天線識(shí)別距離大、用戶接口靈活和操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。該模塊采用MFRCA22作為射頻讀寫芯片，該芯片支持ISO14443A的多層協(xié)議；在內(nèi)部嵌入天線，同時(shí)支持使用外部天線的功能。分別從硬件和軟件兩方面對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)的介紹：硬件方面給出系統(tǒng)總體框圖，并對(duì)主要芯片和天線設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹；軟件方面則重點(diǎn)介紹ISO14443A協(xié)議和接口編程，最后結(jié)合應(yīng)用實(shí)例，展示了模塊通用和易用等特點(diǎn)。

1 硬件電路設(shè)計(jì)
本文設(shè)計(jì)的射頻模塊為基于MFRC522射頻讀寫芯片，適用于支持ISO14443A協(xié)議的所有非接觸式卡。硬件系統(tǒng)由射頻讀寫芯片MFRC522、單片機(jī)LPC931、電源模塊和天線電路組成，系統(tǒng)硬件框圖如圖1所示。

單片機(jī)LPC931作為模塊的主控器，接收從UART和I2C總線接口發(fā)送過來的系統(tǒng)命令，驅(qū)動(dòng)射頻讀寫芯片MFRC522支持ISO14443A型卡的所有操作。用戶使用UART接口時(shí)，系統(tǒng)能自動(dòng)監(jiān)測(cè)UART接口發(fā)送數(shù)據(jù)的波特率，從而調(diào)整內(nèi)部，配置適應(yīng)相應(yīng)的數(shù)據(jù)通信速率。用戶在使用I2C總線接口與模塊進(jìn)行通信時(shí)，I2C總線接口通信速率為100 Kbps。射頻讀寫芯片MRFCA22的集成度高且接口靈活，在使用時(shí)，只需要按照芯片資料進(jìn)行簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)就可以實(shí)現(xiàn)芯片功能，同時(shí)天線設(shè)計(jì)方面也提供了詳細(xì)的說明。下面就從這兩個(gè)方面進(jìn)行闡述。
1. 1 射頻讀寫芯片MFRC522
射頻讀寫芯片MFRC522是NXP半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一款應(yīng)用于13．56 MHz的非接觸式射頻讀寫芯片，具有集成度高、功耗低和封裝小等特點(diǎn)。該讀寫芯片采用先進(jìn)的調(diào)制和解調(diào)技術(shù)，完全集成了在13．56 MHz下所有類型的被動(dòng)非接觸式通信方式，支持ISO1443A的多層應(yīng)用協(xié)議。芯片內(nèi)部發(fā)送器可驅(qū)動(dòng)讀寫器天線與ISO14443A型卡和應(yīng)答機(jī)的通信，接收器提供有效的解調(diào)和解碼電路，用于處理ISO14443A兼容的應(yīng)答器信號(hào)。在數(shù)字信號(hào)處理部分，支持ISO14443A型卡的幀數(shù)據(jù)校驗(yàn)和快速CRYPTO1加密算法，具有很強(qiáng)的加密性。
MFRC522在系統(tǒng)的應(yīng)用過程如下：MFRC522與單片機(jī)LPC931之間采用SPI接口進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，通過單片機(jī)發(fā)送過來的控制命令實(shí)現(xiàn)ISO1444 3A協(xié)議的所有操作。首先，LPC931對(duì)MFRC522進(jìn)行復(fù)位，開啟天線，設(shè)置初始化寄存器值；隨后，MRFC522開始進(jìn)入命令接收狀態(tài)，LPC931開始按照ISO14443A協(xié)議的流程發(fā)送尋卡、防沖撞、選卡、密鑰校驗(yàn)和讀寫卡操作的命令，完成對(duì)射頻卡的數(shù)據(jù)讀寫操作。MFRC522在系統(tǒng)中的應(yīng)用電路連接如圖2所示。