CN201527655U - 具有手机刷卡距离检测功能的非接触ic卡双频读卡装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种具有手机刷卡距离检测功能的非接触IC卡双频读卡装置，包括感应线圈电路、13.56M非接触卡读卡控制电路、整流电路、第一射频天线、第一2.4G射频收发驱动电路、程控衰减电路、第二射频天线、第二2.4G射频收发驱动电路、主CPU电路和USB/串行接口，该结构的读卡装置能够实现IS01444313.56M和2.4G RF-SIM射频手机SIM卡的双频读写功能，利用手机刷卡时与读卡装置的感应线圈的电磁互感原理，精确测试出手机与读卡装置的接入距离，从而精确控制手机与读卡装置连接握手时射频信号的强弱，进而实现锁定手机的刷卡距离，有利于带有手机射频卡的手机进行移动支付的推广应用。

Description

具有手机刷卡距离检测功能的非接触IC卡双频读卡装置
技术领域
本实用新型涉及通讯技术领域，特别是涉及具有手机刷卡距离检测功能的非接触IC卡双频读卡装置。
背景技术
随着我国国民经济的快速发展，人民生活水平的大幅提高，特别是移动通信技术的快速发展和伴随着市场经济的发展需要，手机的功能日益增多，已不再局限于打电话和收发短消息，这也就使得手机的应用相当普及，手机实际上已成为人们日常生活中所不可缺少的一种必需用品，而且是随身携带的必需品。
正是由于手机的这种作用的日益增大，手机作为移动支付的一种手段也开始兴起。从安全考虑，使用手机进行移动支付，就必须适当地控制手机的刷卡距离，这个距离通常要求在5cm以内，过远的刷卡距离容易被盗刷或误刷。
采用手机射频卡即射频手机用户识别卡是支持手机刷卡比较有效的技术手段，然而，由于射频信号的方向性，功率大小，接受灵敏度，很难精确控制，要准确地检测和控制手机的刷卡距离，一直是一个难题。从而影响了带有手机射频卡的手机进行移动支付的推广应用。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术之不足，提供一种具有手机刷卡距离检测功能的非接触IC卡双频读卡装置，能够实现ISO1444313.56M和2.4G RF-SIM射频手机SIM卡的双频读写功能，通过精确测试手机与读卡装置的接入距离，从而精确控制手机与读卡装置连接握手时射频信号的强弱，进而实现锁定手机的刷卡距离，有利于带有手机射频卡的手机进行移动支付的推广应用。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种具有手机刷卡距离检测功能的非接触IC卡双频读卡装置，包括：
一感应线圈电路，用来收发感应信号；
一13.56M非接触卡读卡控制电路，用来对感应线圈电路进行驱动，实现对ISO14443标准IC卡读写的操作；
一整流电路，用来将交流信号转换为直流信号；
一第一射频天线，用来收发2.4G射频信号；
一第一2.4G射频收发驱动电路，用来控制射频信号衰减，实现与2.4G手机射频卡的应答连接控制，设有A/D转换接口用来实现A/D变换；
一程控衰减电路，用来调节射频信号功率的衰减程度；
一第二射频天线，用来收发2.4G射频信号；
一第二2.4G射频收发驱动电路，用来实现与2.4G手机射频卡之间数据的收发；
一主CPU电路，对输入的信号进行分析、计算、判断和处理，输出控制信号；采用GPIO通用接口，用软件模拟SPI串行接口与13.56M非接触卡读卡控制电路、第一2.4G射频收发驱动电路和第二2.4G射频收发驱动电路相连接，实现数据读写和设备中断与控制；
一USB/串行接口，用来实现与外部设备的连接；
感应线圈电路与13.56M非接触卡读卡控制电路相连接；感应线圈电路的输出与整流电路的输入相连接；整流电路的输出接至第一2.4G射频收发驱动电路；第一2.4G射频收发驱动电路与程控衰减电路相连接；程控衰减电路与第一射频天线相连接；第二射频天线与第二2.4G射频收发驱动电路相连接；主CPU电路分别与13.56M非接触卡读卡控制电路、第一2.4G射频收发驱动电路和第二2.4G射频收发驱动电路相连接；主CPU电路与USB/串行接口相连接。
进一步的，还包括***调试接口，***调试接口与主CPU电路相连接。
所述的第一射频天线为功率衰减天线。
所述的第二射频天线为PCB微带天线。
所述感应线圈电路中的感应线圈和第一射频天线、第二射频天线设置在同一个物理平面内。
所述感应线圈和第一射频天线、第二射频天线分别制作在同一块PCB板上。
本实用新型的具有手机刷卡距离检测功能的非接触IC卡双频读卡装置，具有ISO1444313.56M和2.4G RF-SIM射频手机SIM卡的双频读写功能。当采用ISO14443标准卡，即非接触IC卡进行刷卡操作时，读卡装置的主CPU电路、13.56M非接触卡读卡控制电路和感应线圈电路工作，实现对非接触IC卡进行读写，并将读写后的处理结果通过USB/串行接口发送给后台的设备。当采用的是2.4G手机射频卡进行刷卡操作时，由于2.4G手机射频卡是发射射频信号，因此，必须进行距离控制；在2.4G手机射频卡未靠近本读卡装置时，感应线圈电路中的感应线圈一直受到由13.56M非接触卡读卡控制电路施加的高频(即13.56M)交流激励信号的激励，该高频交流激励信号使所述感应线圈在其周边形成一个正弦交变磁场，感应线圈电路向整流电路输出一个电压信号；当2.4G手机射频卡靠近本读卡装置时，受所述正弦交变磁场的影响，手机自身的金属物质产生涡流，该涡流又产生新的交变磁场，该新的交变磁场导致所述感应线圈电路的感应线圈的阻抗发生变化，感应线圈电路向整流电路输出一个变化的电压信号，该变化的电压信号与手机靠近读卡装置的距离成一定的对应关系，通过检测该电压值即能获取手机与读卡装置之间的距离；由整流电路对读取的电压信号进行整流处理后变成一直流信号，该直流信号接入第一2.4G射频收发驱动电路的A/D转换接口，由第一2.4G射频收发驱动电路进行A/D转换，转换后的数据由第一2.4G射频收发驱动电路输出给主CPU电路；主CPU电路对数据进行分析、计算和处理，并进而向第一2.4G射频收发驱动电路输出控制信号，由第一2.4G射频收发驱动电路通过程控衰减电路控制射频信号的衰减程度，从而实现第一2.4G射频收发驱动电路通过第一射频天线与2.4G手机射频卡之间的握手连接；在握手连接后，由主CPU电路向第二2.4G射频收发驱动电路输出控制信号，由第二2.4G射频收发驱动电路通过第二射频天线与2.4G手机射频卡之间进行数据收发，即由第二2.4G射频收发驱动电路通过第二射频天线对2.4G手机射频卡进行数据读写。该过程是应用手机刷卡时与读卡装置的感应线圈的电磁互感原理，精确测试出手机与读卡装置的接入距离，从而精确控制手机与读卡装置连接握手时射频信号的强弱，从而锁定手机的刷卡距离。
本实用新型的具有手机刷卡距离检测功能的非接触IC卡双频读卡装置，将13.56M感应线圈与2.4G射频单元天线(即第一射频天线和第二射频天线)，处于同一个装置的同一个物理平面内，在一块PCB上实现，从而获得更加精确的使用效果。本实用新型是采用双路2.4G射频单元，一路用于数据的传送与接收，另一路专门用于与手机的握手连接；数据的传送与接收单元的射频天线即第二射频天线，采用PCB微带天线，能够保证信号接收与发送的可靠性；手机握手连接单元射频天线即第一射频天线，采用功率衰减天线；采用功率衰件器即程控衰减电路来精确控制信号的衰减强度，功率衰减分为32级，0-32db，第一2.4G射频收发驱动电路所采用的射频收发驱动芯片本身还可以有0dbm--18dbm，分为4级的功率或灵敏度衰减控制。主CPU电路采用GPIO通用接口，用软件模拟SPI串行接口，扩大了硬件资源利用，3路设备统一格式。
本实用新型的有益效果是，由于采用了感应线圈电路、13.56M非接触卡读卡控制电路、整流电路、第一射频天线、第一2.4G射频收发驱动电路、程控衰减电路、第二射频天线、第二2.4G射频收发驱动电路、主CPU电路和USB/串行接口来构成具有手机刷卡距离检测功能的非接触IC卡双频读卡装置，能够实现ISO14443 13.56M和2.4G RF-SIM射频手机SIM卡的双频读写功能，利用手机刷卡时与读卡装置的感应线圈的电磁互感原理，精确测试出手机与读卡装置的接入距离，从而精确控制手机与读卡装置连接握手时射频信号的强弱，进而实现锁定手机的刷卡距离，有利于带有手机射频卡的手机进行移动支付的推广应用。
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步详细说明；但本实用新型的具有手机刷卡距离检测功能的非接触IC卡双频读卡装置不局限于实施例。
附图说明
图1为本实用新型的原理框图；
图2是本实用新型的主CPU电路、USB/串行接口和***调试接口的电路图；
图3是本实用新型的13.56M非接触卡读卡控制电路、感应线圈电路和整流电路的电路图；
图4是本实用新型的第一2.4G射频收发驱动电路和程控衰减电路的电路图；
图5是本实用新型的第二2.4G射频收发驱动电路的电路图。
具体实施方式
实施例，参见附图所示，本实用新型的一种具有手机刷卡距离检测功能的非接触IC卡双频读卡装置，包括：
一感应线圈电路1，用来收发感应信号；感应线圈电路1由感应线圈LOOP、接口X4、接口X5和***电阻、电容、电感等组成；
一13.56M非接触卡读卡控制电路2，用来对感应线圈电路1进行驱动，实现对ISO14443标准IC卡读写的操作；13.56M非接触卡读卡控制电路2由型号为MFRC531的芯片N7及***电路组成，芯片N7采用13.56MHz的晶体为本振频率；
一整流电路3，用来将交流信号转换为直流信号；整流电路3由二极管D1、二极管D2、电阻R10、电阻R22、电阻R23、电感L10、电容C5和电容C12组成，TX1-A、TX2-A为输入端，MADC为输出端；
一第一射频天线4即天线ATN2，用来收发2.4G射频信号；
一第一2.4G射频收发驱动电路5，用来控制射频信号衰减，实现与2.4G手机射频卡的应答连接控制，设有A/D转换接口用来实现A/D变换；第一2.4G射频收发驱动电路5由型号为RFTR70的芯片N1及其***电路组成，ANT1、ANT2为射频信号连接脚，芯片N1采用16MHz的晶体为本振频率，经过内部倍频后，射频载波频率为2.4GHz，在ISM频段内；
一程控衰减电路6，用来调节射频信号功率的衰减程度；程控衰减电路6主要由芯片N2构成；
一第二射频天线7即天线ATN1，用来收发2.4G射频信号；
一第二2.4G射频收发驱动电路8，用来实现与2.4G手机射频卡之间数据的收发；第二2.4G射频收发驱动电路8由型号为RFTR98的芯片N3及其***电路组成，ANT1、ANT2为射频信号连接脚，芯片N3采用16MHz的晶体为本振频率，经过内部倍频后，射频载波频率为2.4GHz，在ISM频段内；
一主CPU电路9，对输入的信号进行分析、计算、判断和处理，输出控制信号；采用GPIO通用接口，用软件模拟SPI串行接口与13.56M非接触卡读卡控制电路、第一2.4G射频收发驱动电路和第二2.4G射频收发驱动电路相连接，实现数据读写和设备中断与控制；主CPU电路9由型号为HC81的芯片N6及其***电路组成；
一USB/串行接口10即接口X1，用来实现与外部设备的连接；
感应线圈电路1与13.56M非接触卡读卡控制电路2相连接；感应线圈电路1的输出与整流电路的3输入相连接；整流电路3的输出接至第一2.4G射频收发驱动电路5；第一2.4G射频收发驱动电路5与程控衰减电路6相连接；程控衰减电路6与第一射频天线4相连接；第二射频天线7与第二2.4G射频收发驱动电路8相连接；主CPU电路9分别与13.56M非接触卡读卡控制电路2、第一2.4G射频收发驱动电路5和第二2.4G射频收发驱动电路8相连接；主CPU电路9与USB/串行接口10相连接。
进一步的，还包括***调试接口11即接口X3，***调试接口11与主CPU电路9相连接。
其中：
所述的第一射频天线4为功率衰减天线；
所述的第二射频天线7为PCB微带天线；
所述感应线圈电路1中的感应线圈和第一射频天线4、第二射频天线7设置在同一个物理平面内；
所述感应线圈和第一射频天线、第二射频天线分别制作在同一块PCB板上。
本实用新型的具有手机刷卡距离检测功能的非接触IC卡双频读卡装置，具有ISO1444313.56M和2.4G RF-SIM射频手机SIM卡的双频读写功能。当采用ISO14443标准卡，即非接触IC卡进行刷卡操作时，读卡装置的主CPU电路9、13.56M非接触卡读卡控制电路2和感应线圈电路1工作，实现对非接触IC卡进行读写，并将读写后的处理结果通过USB/串行接口10发送给后台的设备。当采用的是2.4G手机射频卡进行刷卡操作时，由于2.4G手机射频卡是发射射频信号，因此，必须进行距离控制；在2.4G手机射频卡未靠近本读卡装置时，感应线圈电路1中的感应线圈一直受到由13.56M非接触卡读卡控制电路2施加的高频(即13.56M)交流激励信号的激励，该高频交流激励信号使所述感应线圈在其周边形成一个正弦交变磁场，感应线圈电路1向整流电路3输出一个电压信号；当2.4G手机射频卡靠近本读卡装置时，受所述正弦交变磁场的影响，手机自身的金属物质产生涡流，该涡流又产生新的交变磁场，该新的交变磁场导致所述感应线圈电路1的感应线圈的阻抗发生变化，感应线圈电路1向整流电路3输出一个变化的电压信号，该变化的电压信号与手机靠近读卡装置的距离成一定的对应关系，通过检测该电压值即能获取手机与读卡装置之间的距离；由整流电路3对读取的电压信号进行整流处理后变成一直流信号，该直流信号接入第一2.4G射频收发驱动电路5的A/D转换接口，由第一2.4G射频收发驱动电路5进行A/D转换，转换后的数据由第一2.4G射频收发驱动电路5输出给主CPU电路9；主CPU电路9对数据进行分析、计算和处理，并进而向第一2.4G射频收发驱动电路5输出控制信号，由第一2.4G射频收发驱动电路5通过程控衰减电路6控制射频信号的衰减程度，从而实现第一2.4G射频收发驱动电路5通过第一射频天线4与2.4G手机射频卡之间的握手连接；在握手连接后，由主CPU电路9向第二2.4G射频收发驱动电路8输出控制信号，由第二2.4G射频收发驱动电路8通过第二射频天线7与2.4G手机射频卡之间进行数据收发，即由第二2.4G射频收发驱动电路8通过第二射频天线7对2.4G手机射频卡进行数据读写。该过程是应用手机刷卡时与读卡装置的感应线圈的电磁互感原理，精确测试出手机与读卡装置的接入距离，从而精确控制手机与读卡装置连接握手时射频信号的强弱，从而锁定手机的刷卡距离。
本实用新型的具有手机刷卡距离检测功能的非接触IC卡双频读卡装置，将13.56M感应线圈与2.4G射频单元天线(即第一射频天线和第二射频天线)，处于同一个装置的同一个物理平面内，在一块PCB上实现，从而获得更加精确的使用效果。本实用新型是采用双路2.4G射频单元，一路用于数据的传送与接收，另一路专门用于与手机的握手连接；数据的传送与接收单元的射频天线即第二射频天线7，采用PCB微带天线，能够保证信号接收与发送的可靠性；手机握手连接单元射频天线即第一射频天线4，采用功率衰减天线；采用功率衰件器即程控衰减电路6来精确控制信号的衰减强度，功率衰减分为32级，0-32db，第一2.4G射频收发驱动电路5所采用的射频收发驱动芯片本身还可以有0dbm--18dbm，分为4级的功率或灵敏度衰减控制。主CPU电路9采用GPIO通用接口，用软件模拟SPI串行接口，扩大了硬件资源利用，3路设备统一格式。
上述实施例仅用来进一步说明本实用新型的具有手机刷卡距离检测功能的非接触IC卡双频读卡装置，但本实用新型并不局限于实施例，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本实用新型技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.一种具有手机刷卡距离检测功能的非接触IC卡双频读卡装置，其特征在于：包括：
一感应线圈电路；
一13.56M非接触卡读卡控制电路；
一整流电路；
一第一射频天线；
一第一2.4G射频收发驱动电路；
一程控衰减电路；
一第二射频天线；
一第二2.4G射频收发驱动电路；
一主CPU电路；
一USB/串行接口；
感应线圈电路与13.56M非接触卡读卡控制电路相连接；感应线圈电路的输出与整流电路的输入相连接；整流电路的输出接至第一2.4G射频收发驱动电路；第一2.4G射频收发驱动电路与程控衰减电路相连接；程控衰减电路与第一射频天线相连接；第二射频天线与第二2.4G射频收发驱动电路相连接；主CPU电路分别与13.56M非接触卡读卡控制电路、第一2.4G射频收发驱动电路和第二2.4G射频收发驱动电路相连接；主CPU电路与USB/串行接口相连接。
2.根据权利要求1所述的具有手机刷卡距离检测功能的非接触IC卡双频读卡装置，其特征在于：进一步的，还包括***调试接口，***调试接口与主CPU电路相连接。
3.根据权利要求1或2所述的具有手机刷卡距离检测功能的非接触IC卡双频读卡装置，其特征在于：所述的第一射频天线为功率衰减天线。
4.根据权利要求3所述的具有手机刷卡距离检测功能的非接触IC卡双频读卡装置，其特征在于：所述的第二射频天线为PCB微带天线。
5.根据权利要求4所述的具有手机刷卡距离检测功能的非接触IC卡双频读卡装置，其特征在于：所述感应线圈电路中的感应线圈和第一射频天线、第二射频天线设置在同一个物理平面内。
6.根据权利要求5所述的具有手机刷卡距离检测功能的非接触IC卡双频读卡装置，其特征在于：所述感应线圈和第一射频天线、第二射频天线分别制作在同一块PCB板上。
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