基于ZigBee技術(shù)的二代身份證讀卡器設(shè)計(jì)

摘要：針對(duì)通用RFID讀卡器攜帶不便、布線困難、防偽性能差的問題，結(jié)合第二代居民身份證具有全球唯一序列號(hào)的特點(diǎn)，利用太陽(yáng)能供電，提出了一種基于ZigBee技術(shù)的新型二代身份證閱讀器設(shè)計(jì)方案，從硬件和軟件兩方面闡述了其設(shè)計(jì)過(guò)程。新型二代證閱讀器無(wú)需外供電源且采用無(wú)線通信，特別適用于環(huán)境復(fù)雜、讀卡點(diǎn)多的系統(tǒng)中。
關(guān)鍵詞：ZigBee；二代身份證；讀卡器；自供電；CC2420

網(wǎng)絡(luò)化RFID讀卡系統(tǒng)在機(jī)關(guān)、賓館、學(xué)校等企事業(yè)單位得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，但傳統(tǒng)讀卡器提供RS232／485、USB、以太網(wǎng)等通信接口，存在攜帶不便、布線因難、功耗大、成本高等缺點(diǎn)，無(wú)法應(yīng)對(duì)無(wú)法布線、供電不便、距離遠(yuǎn)等復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。同時(shí)，隨著身份證換發(fā)工作的開展，我國(guó)絕大部分地區(qū)居民已全面使用第二代居民身份證(以下簡(jiǎn)稱為二代證)，這種新型身份證采用符合ISO14443 TypeB國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的非接觸式IC卡技術(shù)，存入了公民身份證號(hào)碼、照片等個(gè)人信息，并具有全球唯一的序列號(hào)。讀取二代證序列號(hào)，無(wú)需專用的身份證安全控制模塊。因此，一方面，利用二代身份證代替只讀卡可降低成本，防止偽造，提高了只讀卡系統(tǒng)的安全性能；另一方面，利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)讀卡信息的傳遞，可避免繁重的布線工作，適應(yīng)復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境。設(shè)計(jì)具有以上功能的新型二代證讀卡器具有廣闊的應(yīng)用前景。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)大致分為2類：
①傳感器節(jié)點(diǎn)，作用是采集周邊環(huán)境數(shù)據(jù)，進(jìn)行相應(yīng)的存儲(chǔ)及處理，并通過(guò)短距離無(wú)線通信將數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，同時(shí)每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是一個(gè)路由器，具有自組網(wǎng)的能力。
②匯聚節(jié)點(diǎn)，作用是充當(dāng)網(wǎng)關(guān)，連接傳感器網(wǎng)絡(luò)和其他外部網(wǎng)絡(luò)。
本設(shè)計(jì)屬于第二種傳感器節(jié)點(diǎn)。如圖1所示，硬件系統(tǒng)由二代證讀卡模塊、無(wú)線通信模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、電源模塊及主控MCU(ATmega12 8L)等部分構(gòu)成。人機(jī)界面模塊包括LCD、蜂鳴器與按鍵等，向用戶提供參數(shù)設(shè)置、讀卡信息反饋、聲音提示等交互功能。二代證讀卡模塊接收MCU指令，閱讀身份證ID并返回。ZigBee通信模塊實(shí)現(xiàn)讀卡信息的發(fā)送、控制指令接收、數(shù)據(jù)更新等功能。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊保存最近一段時(shí)間內(nèi)的所有讀卡信息，以保證讀信息的完整性與可靠性。電源模塊具有自發(fā)電功能，無(wú)需外部供電，可向系統(tǒng)提供持久工作電壓。

1．1 二代證讀卡電路
讀卡電路選用MF RC531作為射頻基站芯片，它是NXP公司生產(chǎn)的應(yīng)用于13．56 MHz非接觸式通信的高集成IC讀寫芯片系列中的一員。MF RC531射頻芯片提供了兩種通信方式：并行模式與SPI模式。為節(jié)省主控MCU引腳數(shù)量，設(shè)計(jì)中選用SPI方式。如圖2所示，主控MCU ATmegal28L與射頻芯片MF RC531通過(guò)SPI接口連接，在SP|通信中，ATmegal28L為SPI主機(jī)，控制SPI從機(jī)MF RC531完成數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程。數(shù)據(jù)通信由SPI主機(jī)發(fā)起，它首先使NSS引腳輸出低電平以選中SPI從機(jī)，然后通過(guò)SCLK引腳向從機(jī)A2端口發(fā)送8個(gè)時(shí)鐘信號(hào)。在時(shí)鐘信號(hào)的控制下，SPI主機(jī)中8位移位寄存器的數(shù)據(jù)依次串行從MOSI引腳送出，經(jīng)過(guò)SPI從機(jī)A0引腳進(jìn)入其移位寄存器，同時(shí)從機(jī)寄存器數(shù)據(jù)也通過(guò)DO引腳送入主機(jī)的移位寄存器中。由于通信雙方SPI模塊中移位寄存器均為8位，所以每次通信只能相互傳送8位數(shù)據(jù)。在不傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，SPI主機(jī)NSS引腳輸出高電平，使雙方的SPI模塊處于空閑狀態(tài)。此外，選用SPI通信方式，還須將MF RC531芯片A1引腳接低電平，NRD和NWR引腳接高電平，D7～D1引腳懸空。