基于ZigBee技術的二代身份證讀卡器設計

摘要：針對通用RFID讀卡器攜帶不便、布線困難、防偽性能差的問題，結合第二代居民身份證具有全球唯一序列號的特點，利用太陽能供電，提出了一種基于ZigBee技術的新型二代身份證閱讀器設計方案，從硬件和軟件兩方面闡述了其設計過程。新型二代證閱讀器無需外供電源且采用無線通信，特別適用于環境復雜、讀卡點多的系統中。
關鍵詞：ZigBee；二代身份證；讀卡器；自供電；CC2420

網絡化RFID讀卡系統在機關、賓館、學校等企事業單位得到越來越廣泛的應用，但傳統讀卡器提供RS232／485、USB、以太網等通信接口，存在攜帶不便、布線因難、功耗大、成本高等缺點，無法應對無法布線、供電不便、距離遠等復雜的現場環境。同時，隨著身份證換發工作的開展，我國絕大部分地區居民已全面使用第二代居民身份證(以下簡稱為二代證)，這種新型身份證采用符合ISO14443 TypeB國際標準的非接觸式IC卡技術，存入了公民身份證號碼、照片等個人信息，并具有全球唯一的序列號。讀取二代證序列號，無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，提高了只讀卡系統的安全性能；另一方面，利用無線網絡實現讀卡信息的傳遞，可避免繁重的布線工作，適應復雜的應用環境。設計具有以上功能的新型二代證讀卡器具有廣闊的應用前景。

1 系統硬件設計
ZigBee網絡中的節點大致分為2類：
①傳感器節點，作用是采集周邊環境數據，進行相應的存儲及處理，并通過短距離無線通信將數據發送到網關節點，同時每個節點都是一個路由器，具有自組網的能力。
②匯聚節點，作用是充當網關，連接傳感器網絡和其他外部網絡。
本設計屬于第二種傳感器節點。如圖1所示，硬件系統由二代證讀卡模塊、無線通信模塊、數據存儲模塊、電源模塊及主控MCU(ATmega12 8L)等部分構成。人機界面模塊包括LCD、蜂鳴器與按鍵等，向用戶提供參數設置、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通信模塊實現讀卡信息的發送、控制指令接收、數據更新等功能。數據存儲模塊保存最近一段時間內的所有讀卡信息，以保證讀信息的完整性與可靠性。電源模塊具有自發電功能，無需外部供電，可向系統提供持久工作電壓。

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公司生產的應用于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。為節省主控MCU引腳數量，設計中選用SPI方式。如圖2所示，主控MCU ATmegal28L與射頻芯片MF RC531通過SPI接口連接，在SP|通信中，ATmegal28L為SPI主機，控制SPI從機MF RC531完成數據傳輸過程。數據通信由SPI主機發起，它首先使NSS引腳輸出低電平以選中SPI從機，然后通過SCLK引腳向從機A2端口發送8個時鐘信號。在時鐘信號的控制下，SPI主機中8位移位寄存器的數據依次串行從MOSI引腳送出，經過SPI從機A0引腳進入其移位寄存器，同時從機寄存器數據也通過DO引腳送入主機的移位寄存器中。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位數據。在不傳輸數據時，SPI主機NSS引腳輸出高電平，使雙方的SPI模塊處于空閑狀態。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。