bezstykowa identyfikacja z układami PIT.pdf

Bezstykowa identyfikacja z układami PIT

P R O J E K T Y

Bezstykowa identyfikacja

z układami PIT

kit AVT−454

Urz¹dzenia elektronicznej

identyfikacji ciesz¹ siÍ wúrÛd

CzytelnikÛw EP duøym

powodzeniem. Dotychczas

przebojami by³y immobilizery

oparte na uk³adach iButton

(Touch Memory) firmy Dallas.

Urz¹dzenia te, oprÛcz szeregu

zalet, cechowa³a doúÊ istotna

wada - identyfikacja

nastÍpowa³a po przytkniÍciu

pastylki do specjalnego

czytnika.

W†artykule prezentujemy

rozwi¹zanie pozbawione tej

wady, oparte na stosunkowo

nowoczesnych transponderach

firmy Philips.

W†artykule nie opisujemy de-

kodera do formularza zeznania

podatkowego PIT, przy wype³nia-

niu ktÛrego przynajmniej raz w†ro-

ku trudzi siÍ wiÍkszoúÊ doros³ych

PolakÛw. Zajmujemy siÍ produko-

wanymi przez firmÍ Philips uk³a-

dami PIT (Programmable Identifi-

cation Transponder), co w†niezbyt

zrÍcznym t³umaczeniu na jÍzyk

polski oznacza programowalny

uk³ad odzewowy dla identyfikacji

bezdotykowej. W†taki sposÛb fir-

ma Philips opisa³a grupÍ elemen-

tÛw, do ktÛrej naleøy PCF7930.

Jak na uk³ad scalony, PCF7930

wygl¹da bardzo dziwnie ( rys. 1 ).

W†swej najmniejszej wersji mierzy

on 12x6x3mm, waøy zaledwie

0,43g i†zupe³nie pozbawiony jest

wyprowadzeÒ do przylutowania

do p³ytki drukowanej. I†o†to w³aú-

nie chodzi! Uk³ady te, maj¹ce

pe³niÊ rolÍ elektronicznej wizy-

tÛwki lub plakietki, wymieniaj¹

dane z†otoczeniem bez poúrednic-

twa przewodÛw, a†na dodatek oby-

waj¹ siÍ bez sta³ego ürÛd³a zasi-

lania.

PIT-y naleø¹ to tej samej,

rozleg³ej i†wci¹ø powiÍkszaj¹cej

siÍ, grupy elementÛw, co karty

chipowe, elektroniczne portmo-

netki, uk³ady i-Button firmy Dal-

las, czy teø wszelkiego typu

elektroniczne karty identyfikacyj-

ne. Ich zadaniem jest automa-

tyczne, szybkie i†bezb³Ídne roz-

poznawanie osoby lub obiektu,

do ktÛrego s¹ przypisane, a†takøe

wymiana i†przechowywanie da-

nych zwi¹zanych z†tym obiektem.

TÍ sam¹ funkcjÍ pe³ni¹ popular-

ne juø karty telefoniczne i†plas-

tykowe karty do bankomatÛw.

Zmienia siÍ tylko sposÛb wymia-

ny informacji miÍdzy chipem lub

kart¹ i†urz¹dzeniem odczytuj¹-

cym, a†zw³aszcza pewnoúÊ i†bez-

pieczeÒstwo transmisji danych.

Obszar zastosowania takich uk³a-

dÛw wci¹ø siÍ powiÍksza, szcze-

gÛlnie we wspÛ³czesnym stechni-

cyzowanym úrodowisku cz³owie-

ka. W†przypadku ograniczonego

dostÍpu do pewnych obszarÛw,

takich jak laboratoria, biura czy

fabryki, ³atwiej jest wyposaøyÊ

osoby uprawnione w†inteligentne

karty identyfikacyjne i†weryfiko-

waÊ toøsamoúÊ wchodz¹cych osÛb

automatycznie. To samo dotyczy

identyfikacji przedmiotÛw np. pa-

czek na poczcie. Do³¹czenie do

kaødej paczki elektronicznego ad-

resu, ktÛry mÛg³by byÊ automa-

tycznie odczytywany, przyspie-

szy³oby ich selekcjÍ i†prawdopo-

dobnie zmniejszy³o liczbÍ pomy-

³ek.

W†krajach Europy Zachodniej

istniej¹ juø normy zwi¹zane

z†elektronicznymi plakietkami dla

zwierz¹t, a†wiele firm chcia³oby

wyposaøyÊ ludzi w†chipowe do-

kumenty i†paszporty. Taka cyfro-

wa uniformizacja sprawia trochÍ

niepokoj¹ce wraøenie, ale wobec

Elektronika Praktyczna 7/98

Bezstykowa identyfikacja z układami PIT

Rys. 1. Uproszczony schemat

blokowy transpondera PIT.

chipowych, ktÛ-

re wymagaj¹ gal-

wanicznego po-

³¹czenia swoich

wyprowadzeÒ

z†gniazdem deko-

dera.

Na rys. 1†przedsta-

wiono w†uproszczeniu

wewnÍtrzn¹ budowÍ

PCF7930. Pierwsz¹ z†dwÛch g³Ûw-

nych czÍúci sk³adowych stanowi

antena, nawiniÍta na miniaturo-

wym rdzeniu ferrytowym. Antena

wraz z†kondensatorem tworzy

uk³ad rezonansowy, zarÛwno gro-

madz¹cy energiÍ potrzebn¹ do

pracy elektronicznej czÍúci uk³a-

du, jak i†moduluj¹cy zewnÍtrzne

pole elektromagnetyczne podczas

transmisji danych do odbiornika.

Drug¹ czÍúÊ uk³adu stanowi p³yt-

ka krzemowa z†obwodami kontro-

luj¹cymi pracÍ urz¹dzenia oraz

matryca 128, 8-bitowych komÛrek

EEPROM do zapisu i†odczytu in-

formacji. Bajty EEPROM-u podzie-

lone s¹ na 8†blokÛw. Dane zapi-

sane w†pierwszych dwÛch blo-

kach steruj¹ prac¹ PCF7930, po-

zosta³e mog¹ byÊ dowolnie zapi-

sywane i†odczytywane. Mog¹ za-

wieraÊ np. unikatowy numer se-

ryjny, dane o†obiekcie itp. PIT

oøywa w†polu magnetycznym

o†czÍstotliwoúci 125kHz i†natÍøe-

niu 18µWb/m2 (1 Weber - jednos-

tka strumienia indukcji magne-

tycznej). Po wewnÍtrznym zero-

waniu, w†zaleønoúci od ustawio-

nych bitÛw steruj¹cych, cyklicz-

nie transmitowana bÍdzie zawar-

toúÊ 1†lub wiÍkszej liczby blokÛw,

do momentu zachowania przez

pole odpowiedniego natÍøenia

i†czÍstotliwoúci. W†przesadny spo-

sÛb co do skali, modulacja pola

pokazana zosta³a na rys. 2 .

SposÛb kodowania pojedyn-

czych bitÛw jest nastÍpuj¹cy. Je-

øeli w†czasie ok. 500µs

stan pola pozostanie

niezmienny, tzn. bÍ-

dzie ono t³umione b¹dü

nie, taka sytuacja bÍ-

dzie oznaczaÊ transmis-

jÍ logicznej "1". Jeúli

zaú stan pola zmieni

siÍ po 250µs na prze-

ciwny, bÍdzie to zna-

czyÊ wys³anie bitu "0".

Dodatkowo PIT trans-

mituje jeszcze impuls

PMC , na ktÛry sk³ada

siÍ okres t³umienia pola przez

czas ok. 1ms i†czas bez t³umienia

pola przez ok. 1,7ms. Impulsy te

rozdzielaj¹ kolejne transmisje blo-

kÛw danych i†umoøliwiaj¹ wpro-

wadzenie uk³adu w†tryb progra-

mowania pamiÍci EEPROM.

korzyúci jakie ze sob¹ niesie jes-

teúmy pewnie na ni¹ skazani.

Dekoder PIT-Ûw

Na rys. 3 przedstawiony zosta³

schemat dekodera, ktÛry potrafi

odczytywaÊ zaprogramowane uk³a-

dy PCF7930, porÛwnywaÊ odczy-

tany unikatowy numer elementu

z†wczeúniej zapamiÍtanym nume-

rem i†w†przypadku zgodnoúci in-

formuje o†tym fakcie operatora

lub steruje do³¹czonymi peryferia-

mi.

PIT od úrodka

Jak to juø zosta³o nadmienione,

PCF7930 pozbawione s¹ nÛøek

czy z³¹cz. Wymiana danych

z†czytnikiem nastÍpuje przy po-

mocy pola elektromagnetycznego.

OgÛlna zasada dzia³ania jest po-

dobna jak w†przypadku wykrywa-

czy metali. Emituj¹ one, przy

pomocy powietrznej cewki o†kil-

kudziesiÍciocentymetrowej úredni-

cy zmienne pole, a†obecnoúÊ me-

talowych przedmiotÛw zak³Ûcaj¹c

to pole demaskuje ich bliskoúÊ.

Podobnie dzia³aj¹ w†sklepach sa-

moobs³ugowych bramki alarmuj¹-

ce w†przypadku prÛby wyniesie-

nia towaru bez zap³aty. RÛønica

polega na tym, øe bramki reaguj¹

nie na kaøde zak³Ûcenie pola -

w†takim przypadku alarm by³by

wywo³ywany przez klucze w†kie-

szeni kaødego kupuj¹cego - lecz

tylko na sygna³y o†okreúlonej czÍs-

totliwoúci. Emituj¹ je elementy

dyskretnie do³¹czone do wy³oøo-

nych w†sklepie towarÛw, ktÛre

ulegaj¹ dezaktywacji dopiero po

zap³aceniu w†kasie za towar. Po-

dobnie dzia³a element PIT. Prze-

sy³aj¹c dane moduluje on pole

emitowane przez odbiornik, ktÛry

potrafi dekodowaÊ te zak³Ûcenia

na ci¹g impulsÛw zero-jedynko-

wych. Dodatkowo, element PIT

potrzebn¹ do swojej pracy energiÍ

pobiera takøe z†pola elektromag-

netycznego, ktÛre pobudza go do

transmisji. Jest to moøliwe dziÍki

zminimalizowaniu mocy potrzeb-

nej do funkcjonowania elementu.

W†efekcie PCF7930 moøe mieÊ

ma³e wymiary i†masÍ. Takøe spo-

sÛb wymiany informacji jest wy-

godniejszy niø w†przypadku kart

Do generacji impulsÛw o†czÍs-

totliwoúci 125kHz s³uøy uk³ad

generatora-dzielnika U2. CzÍstotli-

woúÊ wytworzona w†stabilizowa-

nym kwarcem generatorze 4MHz

dzielona jest w†wielostopniowym

liczniku dwÛjkowym. Sygna³ o†po-

ø¹danej czÍstotliwoúci pobierany

jest z†wyjúcia Q5 i†wzmacniany

w†uk³adzie T1, T2. Z†wyjúcia

wzmacniacza sygna³ podawany

jest na gniazdo JP1, do ktÛrego

do³¹czana jest cewka powietrzna

wytwarzaj¹ca pole elektromagne-

tyczne, ktÛre zasili zbliøonego do

cewki PIT-a. Cewka sk³ada siÍ

z†40 zwojÛw drutu. Wygl¹d cewki

wraz z†wymiarami i†do³¹czeniem

wyprowadzeÒ do JP1 pokazuje

rys. 4 . Cewka razem z†C7 tworzy

nadawczo-odbiorczy obwÛd rezo-

Rys. 2. Przebiegi charakterystyczne dla "0" i "1"

logicznej.

Elektronika Praktyczna 7/98

Bezstykowa identyfikacja z układami PIT

nansowy. Modulowany przez PIT

sygna³ z†cewki podawany jest na

wejúcie detektora U1A. W†uk³a-

dzie tym nastÍpuje taka sama

detekcja sygna³u, jak w†przypadku

radiowych odbiornikÛw AM. Syg-

na³ z†wyjúcia detektora U1A-1

podawany jest do uk³adu kompa-

ratora U1D, gdzie odtwarzane s¹

impulsy prostok¹tne o†amplitudzie

TTL. Tak przetworzony sygna³

moøe byÊ dekodowany przez za-

programowany procesor U3. Pro-

gram procesora spoúrÛd odbiera-

nych impulsÛw selekcjonuje naj-

pierw sygna³ PMC okreúlaj¹cy

pocz¹tek transmisji blokÛw. Na-

stÍpnie odbierane impulsy prze-

kszta³cane s¹ na bajty tworz¹ce

kod transmitowany przez PIT.

Prawid³owo odebrany kod porÛw-

nywany jest z†kodem zapisanym

wczeúniej w†pamiÍci U5. W†przy-

padku wyst¹pienia zgodnoúci, pro-

cesor zapala diodÍ LED do³¹czon¹

do JP3 i†na czas 1s za³¹cza

tranzystor T3. Jeøeli uprawniony

PIT bÍdzie pozostawa³ w†zasiÍgu

pola wytwarzanego przez cewkÍ,

procesor cyklicznie bÍdzie zapala³

LED-a i†za³¹cza³ tranzystor T3.

0,1..0,3mm (rys. 4).

Zabezpieczon¹ przed rozwiniÍ-

ciem cewkÍ naleøy zsun¹Ê z†kar-

kasu. Potem do koÒcÛwek drutu

cewki trzeba przylutowaÊ dwie

øy³y przewodu ekranowanego (ek-

ran z†tej strony nie musi byÊ

po³¹czony i†moøna go obci¹Ê).

Uzwojenie cewki oraz miejsce

do³¹czenia z†przewodu ekranowa-

nego naleøy zabezpieczyÊ przez

owiniÍcie plastrem lub taúm¹ izo-

lacyjn¹. Z†drugiej strony przewÛd

bÍdzie do³¹czony do gniazda JP1

na p³ytce drukowanej. Ekran

przewodu trzeba po³¹czyÊ z†JP1-

3, a†øy³y z†JP1-1,2.

Urz¹dzenie jest zasilane napiÍ-

ciem 6..12V. Pierwszym etapem

uruchomienia jest sprawdzenie,

czy w†czasie montaøu nie dosz³o

do przypadkowych zwarÊ i†czy na

wyjúciu stabilizatora U4 jest na-

piÍcie +5V. NastÍpnie po wluto-

waniu U2 na z³¹czu JP1-1 powi-

nien pojawiÊ siÍ mocno znie-

kszta³cony przebieg prostok¹tny

Rys. 3. Schemat elektryczny układu.

Elektronika Praktyczna 7/98

Montaø, uruchomienie

i†zastosowanie dekodera

Uk³ad dekodera montuje siÍ na

jednostronnej p³ytce drukowanej,

ktÛrej wygl¹d pokazany zosta³ na

wk³adce. Rozmieszczenie elemen-

tÛw przedstawiono na rys. 5 .

Na p³ytce znajduj¹ siÍ dwie

zwory, ktÛre trzeba poprowadziÊ

jako pierwsze, a potem wlutowaÊ

oporniki, kondensatory i†pozosta-

³e elementy. Procesor U3 i†pa-

miÍÊ U5 najlepiej osadziÊ w†pod-

stawkach. CewkÍ antenow¹ naj-

wygodniej jest po³¹czyÊ z†p³ytk¹

przy pomocy z³¹cza. Wykonanie

tej cewki nie jest trudne, choÊ

wymaga nieco cierpliwoúci. Na

karkasie lub rurce o†úrednicy

4..6cm naleøy nawin¹Ê 40 zwo-

jÛw drutu

Bezstykowa identyfikacja z układami PIT

chwili zapamiÍtany PIT bÍdzie

rozpoznawany 1-sekundowym

úwieceniem diody i†za³¹czeniem

tranzystora T3. Maksymalnie

uk³ad moøe zapamiÍtaÊ 4†trans-

pondery. Rejestracje kolejnych

przeprowadza siÍ w†sposÛb iden-

tyczny z†opisanym. Moøliwe jest

takøe wyrejestrowywanie pojedyn-

czych transponderÛw. Procesem

tym takøe steruje ustawienie jum-

perÛw. Najpierw zwiera siÍ jum-

per JP4, a†nastÍpnie rozwiera JP5.

Jeøeli do cewki zbliøony zostanie

PIT o†numerze uprzednio zapa-

miÍtanym, uk³ad go rozpozna, po-

czym usunie z†pamiÍci jego dane.

Potwierdzeniem wykasowania da-

nych bÍd¹ 4†krÛtkie b³yski diody.

Naleøy wtedy zewrzeÊ jumper

JP5.

W†czasie odczytu dane odbie-

rane z†transpondera poddawane

s¹ kontroli, øeby wyeliminowaÊ

b³Ídy powstaj¹ce podczas trans-

misji. Moøe jednak zdaøyÊ siÍ

w†czasie rejestracji nowego

PCF7930, øe jego kod zostanie

odczytany z†b³Ídem. W†takim

przypadku dekoder oczywiúcie nie

bÍdzie widzia³ nowego transpon-

dera, a†zapamiÍtany numer nie da

siÍ usun¹Ê poniewaø transponder

o†takim, fa³szywym, numerze nie

istnieje. W†tej sytuacji jedynym

rozwi¹zaniem jest wymazanie

wszystkich danych zapisanych

w†pamiÍci. Naleøy wy³¹czyÊ zasi-

lanie, zewrzeÊ JP4 i†rozewrzeÊ

JP5. Po w³¹czeniu zasilania pro-

cesor rozpoznaj¹c taki uk³ad jum-

perÛw, skasuje pamiÍÊ i†poinfor-

muje o†tym fakcie operatora czte-

rema b³yskami diody LED. Na-

stÍpnie uk³ad moøe w†normalny

sposÛb dokonaÊ rejestracji w³aúci-

wych PIT-Ûw i†przejúÊ do trybu

pracy.

ZasiÍg transmisji danych miÍ-

dzy dekoderem i†PCF7930 zaleøy

od jakoúci wy-

konania cew-

ki, jej kszta³-

tu, napiÍcia

zasilaj¹cego

dekoder.

Zwykle odleg-

³oúÊ ta wynosi

kilka centy-

metrÛw. Za-

siÍg moøna

trochÍ zwiÍk-

szyÊ dobiera-

j¹c C7 tak, aby

WYKAZ ELEMENTÓW

Rezystory

R1, R4, R5: 470

R2, R11: 10k

R6, R3: 220k

Ω

R8: 39k

Ω

R9, R13, R14: 100k

R10, R17: 4,7k

Ω

R15, R16: 330

R18: 270

Ω

Kondensatory

C1, C3: 4,7nF

C2, C5, C15: 100nF

C4, C7: 10nF

C6, C9: 100pF

C8: 1nF

C10: 68pF

C11, C16, C17: 27pF

C12: 470pF

C13: 4,7

Rys. 4. Budowa cewki antenowej.

o†czÍstotliwoúci 125kHz. Jeøeli do

p³ytki dekodera do³¹czona jest

prawid³owo wykonana cewka, na

anodzie diody D1 pojawi siÍ

sinusoida o†amplitudzie wielokrot-

nie przewyøszaj¹cej napiÍcie za-

silania uk³adu. Po umieszczeniu

zaprogramowanego elementu PIT

prostopadle do obwodu cewki lub

pionowo w†jej centrum, na wyj-

úciu U1A-1 powinny pojawiÊ siÍ

impulsy prostok¹tne o†amplitudzie

0,3Vpp lub wiÍkszej, a†na wyjúciu

U1A-14 impulsy o†amplitudzie

TTL. PobÛr pr¹du poprawnie dzia-

³aj¹cego dekodera zasilanego na-

piÍciem 12V wynosi ok. 70mA.

Øeby uk³ad dekodera mÛg³ roz-

poznawaÊ uprawnione PIT-y, ich

numery musz¹ byÊ najpierw za-

pamiÍtane. ZapamiÍtanie nowego

numeru polega na zbliøeniu ele-

mentu do cewki a†nastÍpnie roz-

warciu jumpera JP5 i†JP4. Prawid-

³owy odczyt i†zapamiÍtanie da-

nych nowego transpondera zosta-

nie zasygnalizowane dwoma krÛt-

kimi b³yskami diody. Zwarcie

jumpera JP5 wprowadzi dekoder

w†normalny stan pracy. Od tej

F/10V

Półprzewodniki

U1: LM324

U2: 4060

U3: 89C2051, zaprogramowany

U4: 78L05

U5: 24C02

T1: BC548

T2, T3: BC558

D1, D2, D3: 1N4148

PCF7930: transponder zaprogra−

mowany

Różne

JP4, JP5, JP6: Jumpery

X1: 4MHz

X2: 12MHz

uk³ad rezonansowy LC maksy-

malnie dostroiÊ do czÍstotliwoúci

125kHz. åwiadczyÊ o†tym bÍdzie

zwiÍkszenie siÍ amplitudy sygna-

³u sinusoidalnego na anodzie dio-

dy D1.

Firma Philips produkuje trans-

pondery PIT takøe w†innych wy-

konaniach: pastylki, dysku i†karty,

a†odleg³oúÊ z†jakiej mog¹ byÊ od-

czytywane jest zdecydowanie

wiÍksza. Wynika to z†moøliwoúci

umieszczenia w†wiÍkszej obudo-

wie wydajniejszej anteny trans-

pondera. Dodatkowo, rozwijana

rodzina transponderÛw ma wiÍk-

sz¹ pojemnoúÊ pamiÍci EEPROM,

ale wiÍkszoúÊ z†nich potrafi takøe

pracowaÊ w†trybie emulacji

PCF7930.

Ryszard Szymaniak, AVT

Rys. 5. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.

Elektronika Praktyczna 7/98

R7: 18

R12: 1M

R19: 220

C14: 47

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: