CN103679101B - 手机音频读卡装置及*** - Google Patents

Abstract

一种手机音频读卡装置及***，其中手机音频读卡装置包括单片机、读卡芯片、放大器和电源部分，手机的音频接口输出经放大器接入单片机，单片机和读卡芯片连接，单片机的输出连接手机的音频接口。本发明提供了基于手机的音频口设计的一个通信***，操作简单携带方便，只需要把装置连接音频接口，通过手机就可以进行对公交卡等一系列M1卡的读取余额等操作。

Description

手机音频读卡装置及***

技术领域

本发明属于非接触IC卡技术领域，尤其涉及一种手机音频读卡装置及***。

背景技术

随着非接触IC卡技术在国内的逐步推广，非接触应用以其快捷方便的操作方式，日益深入人心，并逐渐成为公共交通、城市通卡建设的首选技术。

公交卡在日常生活非常的常见，一般采用基于M1芯片的卡。所谓的M1芯片，是指菲利浦下属子公司恩智浦出品的芯片缩写，全称为NXP Mifare1系列，常用的有S50及S70两种型号。而大部分的公交卡都是使用的是S50类型的卡。除搭乘公共交通工具以外，各城市也开始扩展支持公交卡对其他日常生活需要的小额支付。

但是，目前公交卡的使用主要依赖固定的专用刷卡设备，限制了公交卡的应用范围。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术问题，提供一种支持非接触IC卡移动使用的低成本装置及***。

本发明的技术方案为一种手机音频读卡装置，包括单片机、读卡芯片、放大器和电源部分，手机的音频接口输出经放大器接入单片机，单片机和读卡芯片连接，单片机的输出连接手机的音频接口。

本发明还提供了相应的一种手机音频读卡***，包括手机音频读卡装置和手机，所述包括单片机、读卡芯片、放大器和电源部分，

手机的音频接口输出经放大器接入单片机，手机将数据先转换为1和0组成的字节流，然后根据0和1产生相应不同频率的音频数据，根据音频数据产生相应方波信号并输出；手机经音频接口输出的方波信号经放大器发送给单片机；单片机根据接收到的方波信号得到相应频率，根据频率解码还原出手机发送的指令；

单片机和读卡芯片连接，非接触IC卡的数据经读卡芯片传送到单片机；

单片机的输出连接手机的音频接口，单片机根据数据产生正弦波发送给手机的音频接口；手机对接受的正弦波进行采样，并对采集到的每一个采样点进行量化，根据相应频率得出单片机发送的数据。

本发明利用手机实现移动使用非接触IC卡，在单片机和手机的通信过程中，利用对1和0发送多个相同频率来降低误码率，大大提升了在手机端获得信号的准确性。使得通信的可靠性能增加，在加上CV520芯片的读取范围，增加了产品的性能。本发明的特点在于：

1.通用性强：在智能手机普及的今天，手机的对外通信接口多种多样，而其中以3.5mm的音频接口通用性最强，基本所有的手机、平板电脑都会有这个接口，因此本发明选用了3.5mm的音频接口。本发明提供的装置不仅可以用于手机，还可以用于平板电脑等其他智能设备。

2.使用方便：可以利用普遍使用的智能设备，即插即用

3.稳定性好：手机到单片机，单片机到手机都是采用FSK编码方式，FSK稳定性好，误码率低。

附图说明

图1为本发明实施例的结构图。

图2为本发明实施例的流程图。

具体实施方式

手机已日益成为人们生活中的必须品，本发明提供的手机音频刷卡***是利用手机音频口与公交卡等M1卡通信，可以随时随地刷卡使用，并大大降低了刷卡器的成本。所谓“音频”，是指在人的声音频率范围内，用来传送语音的那部分频率，通常为200～3500Hz。音频通道一般为300～3000Hz，这段频带适合传送语音信号、传真信号和模拟信号。具体实施时，可以将本发明基于手机的音频口设计的一个通信装置作为产品单独制造、出售和使用，操作简单携带方便，只需要把此设备连接手机的音频接口打开手机端的相应APP，就可以支持对公交卡等一系列M1卡的读取余额等操作。下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明所提供的手机音频刷卡装置包括四个部分，第一个：单片机部分，第二部分：电源部分，第三个：读卡芯片部分，第四个：放大器部分。

实施例选择的单片机是一种功耗低性能好的msp430F1612单片机，具有很实用的片上外设功能，比如串口，adc模块（模拟到数字转换模块），dac模块（数字到模拟转换模块），定时捕获模块等等。具体实施时，可采用一个8M的晶振给单片机提供时钟源。通过手机的音频接口，以模拟的音频信号与单片机实现双向通信。

本装置要解决的关键问题是单片机与手机的双向通信，需要把手机的模拟信号变成单片机可以采集到的数字信号，就需要选择一种最好的编码和解码的方式对信号处理把误码率降到最低，使得通信变得更加的流畅，更好的把所需要的信息传给手机显示出来，单片机通过对读卡芯片的操作就可以读取到卡片内部存放的信息。为传输方便，本发明选用的一种FSK编码方式。单片机把1和0变成不同频率的正弦波发送给手机，而手机发给单片机的是不同频率的方波。这样就可以根据频率解码还原出手机发送的指令，得到需要的信息。具体实施时，本领域技术人员可基于软件技术设置手机应用软件，即手机APP，配合完成双向通信。

在基于以上装置实现的手机音频刷卡***中，通信原理具体如下：

实施例中单片机传送数据到手机，是利用单片机的dac模块产生手机可以接收到的正弦波发送给手机的音频接口，然后手机对接受的正弦波进行采样，就可以算出单片机发送的不同频率的信号了。利用手机音频接口处的现有硬件电路，手机可对接受到的正弦波进行采样，并对采集到的每一个采样点进行量化。之后再通过手机端的APP对量化完成后的音频数据的每一个采样点进行判断，通过对特征值的计算得出相应频率，根据频率与1和0的对应关系即可得到单片机发送的由1和0组成的数据流。为了降低误码率，单片机每发送一个1或者0 的时候都是通过发送几位相同频率，然而手机只要收到了发送的相同频率的其中一个或者几个波形就可以知道发送的是0还是1，这样就避免在传输过程中误采样的概率。

实施例中手机传送数据到单片机，则是利用单片机的定时器捕获模块来接受手机发送的方波信号：手机端APP可将约定的指令等数据先转换为1和0组成的字节流，然后利用手机音频接口处的现有硬件电路，通过0和1来控制音频接口产生2个不同频率的预先设置的音频数据，通过2个不同频率来分别代表0和1，这些音频数据通过音频接口处的DAC电路产生相应方波信号，经放大器发送给单片机。单片机也是对不同频率的判断来计算出1和0的数值。当来了一个方波的时候就会有一个上升沿，单片机就会产生一个上升沿中断，此刻就开启定时器开始记时，随后就会有一个下降沿，单片机也会有一个中断，把此时定时器计算的数值保留下来，然后与之前采集到的数值来计算当前发送波形的频率。

手机发送给单片机的信号，由于幅度只有400mV左右，而单片机是TTL电平，根本检测不到手机发来的高电平，所以，实施例通过加一个放大器作为运放，把方波信号放大到2V左右的电压，再传入单片机的I/O引脚，这样单片机才能检测得到上升沿和下降沿的变化。

实施例的读卡芯片选择的是NXP的CV520芯片，CV520是应用于13.56MH非接触式通信中高集成度读写卡系列芯片中的一员，支持ISO/IEC 14443 TypeA 和MIFARE®通信协议。CV520支持MIFARE的所有变体。可以读取的卡类型也很多。单片机通过对读卡芯片CV520的操作可以读取到NXP Mifare1系列卡中的***，余额，消费记录等等信息。

实施例的电源部分准备了一个锂电池经过降压到3.3V给单片机供电，具体实施时，放大器等其他部分需要供电时，也可由电源部分提供，具体供电连接实现和各部分所使用具体电路有关。电源部分的降压可采用一个降压芯片实现，对锂电池的电压进行降压，由于单片机，运放，CV520读卡芯片都是3.3V电压，所以要对锂电池进行降压才能给它们供电。电源部分也可设置充电蓄电电路，当锂电池低于2.7V，插上USB线，就可以给本发明所提供充电，充电时间大约是4-5h。具体实施时，可采用电源管理技术，包括在电源部分设置一个电源管理芯片，在利用USB接口对锂电池充电时，通过电源管理芯片可以监控给锂电池的充电状态。电源部分的具体实现可采用现有技术，本发明不予赘述。

为便于实施参考起见，提供如图2所示，利用本发明所提供装置读取卡内数据的工作过程如下：

把此装置设备插进手机的音频接口，形成手机音频读卡***，手机的音频接口一般为3.5mm通用接口；设备中的单片机等待手机发送读卡命令；

当用户打开手机端软件，手机就会经放大器给单片机发送一条指令，该指令为读卡命令，即命令单片机去读取卡片的信息，

单片机通过读卡芯片进行读卡，接收到返回的***等数据之后，返回***给手机，通信速率500hz左右的频率。

具体实施时，本领域技术人员可将单片机的操作采用软件方式设计为主函数，设备插进手机的音频接口后进入主函数入口，返回***给手机后主函数结束或循环等待。通过手机给单片机发送指令，还可以实现更多功能，例如命令单片机去写卡片的信息，进行卡片内信息的修改，实现扣钱或充值等。具体实施时，可以采用子函数的形式提供更多功能，供主函数调用。

本发明的上述实例仅仅为说明本发明实现，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，都可轻易想到其变化和替换，因此本发明保护范围都应涵盖在由权利要求书所限定的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种手机音频读卡***，其特征在于：包括手机音频读卡装置和手机，所述手机音频读卡装置包括单片机、读卡芯片、放大器和电源部分，

手机的音频接口输出经放大器接入单片机，手机将数据先转换为1和0组成的字节流，然后根据0和1产生相应不同频率的音频数据，根据音频数据产生相应方波信号并输出；手机经音频接口输出的方波信号经放大器发送给单片机；单片机根据接收到的方波信号得到相应频率，根据频率解码还原出手机发送的指令；

其中，单片机根据接收到的方波信号得到相应频率实现方式为，通过加一个放大器作为运放，把方波信号放大再传入单片机的I/O引脚，当来了一个方波的时候就会有一个上升沿，单片机就会产生一个上升沿中断，此刻就开启定时器开始记时，随后就会有一个下降沿，单片机也会有一个中断，把此时定时器计算的数值保留下来，然后与之前采集到的数值来计算当前发送波形的频率；

单片机和读卡芯片连接，非接触IC卡的数据经读卡芯片传送到单片机；

单片机的输出连接手机的音频接口，单片机根据数据产生正弦波发送给手机的音频接口；手机对接受的正弦波进行采样，并对采集到的每一个采样点进行量化，根据相应频率得出单片机发送的数据；

其中，单片机每发送一个1或者0的时候都是通过发送几个相同频率的波形表示1或者0，而手机只要收到了发送的相同频率的其中一个或者几个波形就能够确定发送的是0还是1。