Bezstykowa identyfikacja J E K T Y
P R Oz układami PIT
Bezstykowa identyfikacja
z układami PIT
kit AVT-454
UrzÄ…dzenia elektronicznej
identyfikacji cieszÄ… siÍ wÅ›rÛd
CzytelnikÛw EP duÅ‚ym
powodzeniem. Dotychczas
przebojami były immobilizery
oparte na układach iButton
(Touch Memory) firmy Dallas.
UrzÄ…dzenia te, oprÛcz szeregu
zalet, cechowała dośĘ istotna
wada - identyfikacja
nastÍpowaÅ‚a po przytkniÍciu
W artykule nie opisujemy de- do ktÛrego sÄ… przypisane, a takÅ‚e
pastylki do specjalnego
kodera do formularza zeznania wymiana i przechowywanie da-
czytnika.
podatkowego PIT, przy wypełnia- nych związanych z tym obiektem.
W artykule prezentujemy
niu ktÛrego przynajmniej raz w ro- TÍ samÄ… funkcjÍ peÅ‚niÄ… popular-
rozwiÄ…zanie pozbawione tej
ku trudzi siÍ wiÍkszośĘ dorosÅ‚ych ne juÅ‚ karty telefoniczne i plas-
wady, oparte na stosunkowo
PolakÛw. Zajmujemy siÍ produko- tykowe karty do bankomatÛw.
nowoczesnych transponderach
wanymi przez firmÍ Philips ukÅ‚a- Zmienia siÍ tylko sposÛb wymia-
firmy Philips.
dami PIT (Programmable Identifi- ny informacji miÍdzy chipem lub
cation Transponder), co w niezbyt kartÄ… i urzÄ…dzeniem odczytujÄ…-
zrÍcznym tÅ‚umaczeniu na jÍzyk cym, a zwÅ‚aszcza pewnośĘ i bez-
polski oznacza programowalny pieczeÒstwo transmisji danych.
układ odzewowy dla identyfikacji Obszar zastosowania takich ukła-
bezdotykowej. W taki sposÛb fir- dÛw wciÄ…Å‚ siÍ powiÍksza, szcze-
ma Philips opisaÅ‚a grupÍ elemen- gÛlnie we wspÛÅ‚czesnym stechni-
tÛw, do ktÛrej naleÅ‚y PCF7930. cyzowanym Å›rodowisku czÅ‚owie-
Jak na układ scalony, PCF7930 ka. W przypadku ograniczonego
wyglÄ…da bardzo dziwnie (rys. 1). dostÍpu do pewnych obszarÛw,
W swej najmniejszej wersji mierzy takich jak laboratoria, biura czy
on 12x6x3mm, wały zaledwie fabryki, łatwiej jest wyposałyĘ
0,43g i zupełnie pozbawiony jest osoby uprawnione w inteligentne
wyprowadzeÒ do przylutowania karty identyfikacyjne i weryfiko-
do pÅ‚ytki drukowanej. I o to wÅ‚aÅ›- waĘ toÅ‚samośĘ wchodzÄ…cych osÛb
nie chodzi! Układy te, mające automatycznie. To samo dotyczy
peÅ‚niĘ rolÍ elektronicznej wizy- identyfikacji przedmiotÛw np. pa-
tÛwki lub plakietki, wymieniajÄ… czek na poczcie. DoÅ‚Ä…czenie do
dane z otoczeniem bez pośrednic- kałdej paczki elektronicznego ad-
twa przewodÛw, a na dodatek oby- resu, ktÛry mÛgÅ‚by byĘ automa-
wajÄ… siÍ bez staÅ‚ego ürÛdÅ‚a zasi- tycznie odczytywany, przyspie-
lania. szyÅ‚oby ich selekcjÍ i prawdopo-
PIT-y naleÅ‚Ä… to tej samej, dobnie zmniejszyÅ‚o liczbÍ pomy-
rozlegÅ‚ej i wciÄ…Å‚ powiÍkszajÄ…cej Å‚ek.
siÍ, grupy elementÛw, co karty W krajach Europy Zachodniej
chipowe, elektroniczne portmo- istnieją juł normy związane
netki, układy i-Button firmy Dal- z elektronicznymi plakietkami dla
las, czy teł wszelkiego typu zwierząt, a wiele firm chciałoby
elektroniczne karty identyfikacyj- wyposałyĘ ludzi w chipowe do-
ne. Ich zadaniem jest automa- kumenty i paszporty. Taka cyfro-
tyczne, szybkie i bezbÅ‚Ídne roz- wa uniformizacja sprawia trochÍ
poznawanie osoby lub obiektu, niepokojące wrałenie, ale wobec
Elektronika Praktyczna 7/98
39
Bezstykowa identyfikacja z układami PIT
chipowych, ktÛ-
re wymagajÄ… gal-
wanicznego po-
Å‚Ä…czenia swoich
wyprowadzeÒ
z gniazdem deko-
dera.
Na rys. 1 przedsta-
wiono w uproszczeniu
wewnÍtrznÄ… budowÍ
PCF7930. PierwszÄ… z dwÛch gÅ‚Ûw- siÍ okres tÅ‚umienia pola przez
nych czÍÅ›ci skÅ‚adowych stanowi czas ok. 1ms i czas bez tÅ‚umienia
antena, nawiniÍta na miniaturo- pola przez ok. 1,7ms. Impulsy te
Rys. 1. Uproszczony schemat wym rdzeniu ferrytowym. Antena rozdzielajÄ… kolejne transmisje blo-
blokowy transpondera PIT.
wraz z kondensatorem tworzy kÛw danych i umoÅ‚liwiajÄ… wpro-
ukÅ‚ad rezonansowy, zarÛwno gro- wadzenie ukÅ‚adu w tryb progra-
korzyÅ›ci jakie ze sobÄ… niesie jes- madzÄ…cy energiÍ potrzebnÄ… do mowania pamiÍci EEPROM.
teÅ›my pewnie na niÄ… skazani. pracy elektronicznej czÍÅ›ci ukÅ‚a-
du, jak i modulujÄ…cy zewnÍtrzne Dekoder PIT-Ûw
PIT od środka pole elektromagnetyczne podczas Na rys. 3 przedstawiony został
Jak to juÅ‚ zostaÅ‚o nadmienione, transmisji danych do odbiornika. schemat dekodera, ktÛry potrafi
PCF7930 pozbawione sÄ… nÛÅ‚ek DrugÄ… czÍśĘ ukÅ‚adu stanowi pÅ‚yt- odczytywaĘ zaprogramowane ukÅ‚a-
czy zÅ‚Ä…cz. Wymiana danych ka krzemowa z obwodami kontro- dy PCF7930, porÛwnywaĘ odczy-
z czytnikiem nastÍpuje przy po- lujÄ…cymi pracÍ urzÄ…dzenia oraz tany unikatowy numer elementu
mocy pola elektromagnetycznego. matryca 128, 8-bitowych komÛrek z wczeÅ›niej zapamiÍtanym nume-
OgÛlna zasada dziaÅ‚ania jest po- EEPROM do zapisu i odczytu in- rem i w przypadku zgodnoÅ›ci in-
dobna jak w przypadku wykrywa- formacji. Bajty EEPROM-u podzie- formuje o tym fakcie operatora
czy metali. EmitujÄ… one, przy lone sÄ… na 8 blokÛw. Dane zapi- lub steruje doÅ‚Ä…czonymi peryferia-
pomocy powietrznej cewki o kil- sane w pierwszych dwÛch blo- mi.
kudziesiÍciocentymetrowej Å›redni- kach sterujÄ… pracÄ… PCF7930, po- Do generacji impulsÛw o czÍs-
cy zmienne pole, a obecnośĘ me- zostałe mogą byĘ dowolnie zapi- totliwości 125kHz słuły układ
talowych przedmiotÛw zakÅ‚ÛcajÄ…c sywane i odczytywane. MogÄ… za- generatora-dzielnika U2. CzÍstotli-
to pole demaskuje ich bliskośĘ. wieraĘ np. unikatowy numer se- wośĘ wytworzona w stabilizowa-
Podobnie działają w sklepach sa- ryjny, dane o obiekcie itp. PIT nym kwarcem generatorze 4MHz
moobsługowych bramki alarmują- oływa w polu magnetycznym dzielona jest w wielostopniowym
ce w przypadku prÛby wyniesie- o czÍstotliwoÅ›ci 125kHz i natÍÅ‚e- liczniku dwÛjkowym. SygnaÅ‚ o po-
nia towaru bez zapÅ‚aty. RÛÅ‚nica niu 18µWb/m2 (1 Weber - jednos- Å‚Ä…danej czÍstotliwoÅ›ci pobierany
polega na tym, łe bramki reagują tka strumienia indukcji magne- jest z wyjścia Q5 i wzmacniany
nie na kaÅ‚de zakÅ‚Ûcenie pola - tycznej). Po wewnÍtrznym zero- w ukÅ‚adzie T1, T2. Z wyjÅ›cia
w takim przypadku alarm byłby waniu, w zalełności od ustawio- wzmacniacza sygnał podawany
wywoÅ‚ywany przez klucze w kie- nych bitÛw sterujÄ…cych, cyklicz- jest na gniazdo JP1, do ktÛrego
szeni kaÅ‚dego kupujÄ…cego - lecz nie transmitowana bÍdzie zawar- doÅ‚Ä…czana jest cewka powietrzna
tylko na sygnaÅ‚y o okreÅ›lonej czÍs- tośĘ 1 lub wiÍkszej liczby blokÛw, wytwarzajÄ…ca pole elektromagne-
totliwoÅ›ci. EmitujÄ… je elementy do momentu zachowania przez tyczne, ktÛre zasili zbliÅ‚onego do
dyskretnie doÅ‚Ä…czone do wyÅ‚oÅ‚o- pole odpowiedniego natÍÅ‚enia cewki PIT-a. Cewka skÅ‚ada siÍ
nych w sklepie towarÛw, ktÛre i czÍstotliwoÅ›ci. W przesadny spo- z 40 zwojÛw drutu. WyglÄ…d cewki
ulegajÄ… dezaktywacji dopiero po sÛb co do skali, modulacja pola wraz z wymiarami i doÅ‚Ä…czeniem
zapÅ‚aceniu w kasie za towar. Po- pokazana zostaÅ‚a na rys. 2. wyprowadzeÒ do JP1 pokazuje
dobnie dziaÅ‚a element PIT. Prze- SposÛb kodowania pojedyn- rys. 4. Cewka razem z C7 tworzy
syÅ‚ajÄ…c dane moduluje on pole czych bitÛw jest nastÍpujÄ…cy. Je- nadawczo-odbiorczy obwÛd rezo-
emitowane przez odbiornik, ktÛry Å‚eli w czasie ok. 500µs
potrafi dekodowaĘ te zakÅ‚Ûcenia stan pola pozostanie
na ciÄ…g impulsÛw zero-jedynko- niezmienny, tzn. bÍ-
wych. Dodatkowo, element PIT dzie ono tÅ‚umione bÄ…dü
potrzebnÄ… do swojej pracy energiÍ nie, taka sytuacja bÍ-
pobiera takłe z pola elektromag- dzie oznaczaĘ transmis-
netycznego, ktÛre pobudza go do jÍ logicznej "1". JeÅ›li
transmisji. Jest to moÅ‚liwe dziÍki zaÅ› stan pola zmieni
zminimalizowaniu mocy potrzeb- siÍ po 250µs na prze-
nej do funkcjonowania elementu. ciwny, bÍdzie to zna-
W efekcie PCF7930 mołe mieĘ czyĘ wysłanie bitu "0".
maÅ‚e wymiary i masÍ. TakÅ‚e spo- Dodatkowo PIT trans-
sÛb wymiany informacji jest wy- mituje jeszcze impuls
Rys. 2. Przebiegi charakterystyczne dla "0" i "1"
godniejszy niÅ‚ w przypadku kart PMC, na ktÛry skÅ‚ada
logicznej.
Elektronika Praktyczna 7/98
40
Bezstykowa identyfikacja z układami PIT
nansowy. Modulowany przez PIT pierw sygnał PMC określający
sygnaÅ‚ z cewki podawany jest na poczÄ…tek transmisji blokÛw. Na-
wejÅ›cie detektora U1A. W ukÅ‚a- stÍpnie odbierane impulsy prze-
dzie tym nastÍpuje taka sama ksztaÅ‚cane sÄ… na bajty tworzÄ…ce
detekcja sygnału, jak w przypadku kod transmitowany przez PIT.
radiowych odbiornikÛw AM. Syg- PrawidÅ‚owo odebrany kod porÛw-
nał z wyjścia detektora U1A-1 nywany jest z kodem zapisanym
podawany jest do ukÅ‚adu kompa- wczeÅ›niej w pamiÍci U5. W przy-
ratora U1D, gdzie odtwarzane są padku wystąpienia zgodności, pro-
impulsy prostokÄ…tne o amplitudzie cesor zapala diodÍ LED doÅ‚Ä…czonÄ…
TTL. Tak przetworzony sygnał do JP3 i na czas 1s załącza
mołe byĘ dekodowany przez za- tranzystor T3. Jełeli uprawniony
programowany procesor U3. Pro- PIT bÍdzie pozostawaÅ‚ w zasiÍgu
gram procesora spoÅ›rÛd odbiera- pola wytwarzanego przez cewkÍ,
nych impulsÛw selekcjonuje naj- procesor cyklicznie bÍdzie zapalaÅ‚
LED-a i załączał tranzystor T3.
Montał, uruchomienie
i zastosowanie dekodera
UkÅ‚ad dekodera montuje siÍ na
jednostronnej płytce drukowanej,
ktÛrej wyglÄ…d pokazany zostaÅ‚ na
wkładce. Rozmieszczenie elemen-
tÛw przedstawiono na rys. 5.
Na pÅ‚ytce znajdujÄ… siÍ dwie
zwory, ktÛre trzeba poprowadziĘ
jako pierwsze, a potem wlutowaĘ
oporniki, kondensatory i pozosta-
Å‚e elementy. Procesor U3 i pa-
miÍĘ U5 najlepiej osadziĘ w pod-
stawkach. CewkÍ antenowÄ… naj-
wygodniej jest połączyĘ z płytką
przy pomocy złącza. Wykonanie
tej cewki nie jest trudne, choĘ
wymaga nieco cierpliwości. Na
karkasie lub rurce o średnicy
4..6cm naleły nawinąĘ 40 zwo-
jÛw drutu Ć0,1..0,3mm (rys. 4).
ZabezpieczonÄ… przed rozwiniÍ-
ciem cewkÍ naleÅ‚y zsunąĘ z kar-
kasu. Potem do koÒcÛwek drutu
cewki trzeba przylutowaĘ dwie
łyły przewodu ekranowanego (ek-
ran z tej strony nie musi byĘ
połączony i mołna go obciąĘ).
Uzwojenie cewki oraz miejsce
dołączenia z przewodu ekranowa-
nego naleły zabezpieczyĘ przez
owiniÍcie plastrem lub taÅ›mÄ… izo-
lacyjnÄ…. Z drugiej strony przewÛd
bÍdzie doÅ‚Ä…czony do gniazda JP1
na płytce drukowanej. Ekran
przewodu trzeba połączyĘ z JP1-
3, a łyły z JP1-1,2.
UrzÄ…dzenie jest zasilane napiÍ-
ciem 6..12V. Pierwszym etapem
uruchomienia jest sprawdzenie,
czy w czasie montału nie doszło
do przypadkowych zwarĘ i czy na
wyjściu stabilizatora U4 jest na-
piÍcie +5V. NastÍpnie po wluto-
waniu U2 na złączu JP1-1 powi-
nien pojawiĘ siÍ mocno znie-
kształcony przebieg prostokątny
Rys. 3. Schemat elektryczny układu.
Elektronika Praktyczna 7/98
41
Bezstykowa identyfikacja z układami PIT
chwili zapamiÍtany PIT bÍdzie
WYKAZ ELEMENTÓW
rozpoznawany 1-sekundowym
Rezystory
świeceniem diody i załączeniem
R1, R4, R5: 470&!
tranzystora T3. Maksymalnie
R2, R11: 10k&!
ukÅ‚ad moÅ‚e zapamiÍtaĘ 4 trans-
R6, R3: 220k&!
pondery. Rejestracje kolejnych
przeprowadza siÍ w sposÛb iden- R7: 18&!
tyczny z opisanym. Mołliwe jest R8: 39k&!
takłe wyrejestrowywanie pojedyn- R9, R13, R14: 100k&!
czych transponderÛw. Procesem
R10, R17: 4,7k&!
tym takłe steruje ustawienie jum-
R12: 1M&!
perÛw. Najpierw zwiera siÍ jum-
R15, R16: 330&!
per JP4, a nastÍpnie rozwiera JP5.
R18: 270&!
Jełeli do cewki zbliłony zostanie
R19: 220&!
PIT o numerze uprzednio zapa-
Kondensatory
miÍtanym, ukÅ‚ad go rozpozna, po-
C1, C3: 4,7nF
czym usunie z pamiÍci jego dane.
C2, C5, C15: 100nF
Potwierdzeniem wykasowania da-
C4, C7: 10nF
nych bÍdÄ… 4 krÛtkie bÅ‚yski diody.
Rys. 4. Budowa cewki antenowej.
C6, C9: 100pF
Naleły wtedy zewrzeĘ jumper
C8: 1nF
o czÍstotliwoÅ›ci 125kHz. JeÅ‚eli do JP5.
C10: 68pF
płytki dekodera dołączona jest W czasie odczytu dane odbie-
C11, C16, C17: 27pF
prawidłowo wykonana cewka, na rane z transpondera poddawane
C12: 470pF
anodzie diody D1 pojawi siÍ sÄ… kontroli, Å‚eby wyeliminowaĘ
sinusoida o amplitudzie wielokrot- bÅ‚Ídy powstajÄ…ce podczas trans- C13: 4,7µF/10V
nie przewyÅ‚szajÄ…cej napiÍcie za- misji. MoÅ‚e jednak zdaÅ‚yĘ siÍ C14: 47µF/10V
silania układu. Po umieszczeniu w czasie rejestracji nowego Półprzewodniki
zaprogramowanego elementu PIT PCF7930, Å‚e jego kod zostanie
U1: LM324
prostopadle do obwodu cewki lub odczytany z bÅ‚Ídem. W takim
U2: 4060
pionowo w jej centrum, na wyj- przypadku dekoder oczywiście nie
U3: 89C2051, zaprogramowany
Å›ciu U1A-1 powinny pojawiĘ siÍ bÍdzie widziaÅ‚ nowego transpon-
U4: 78L05
impulsy prostokÄ…tne o amplitudzie dera, a zapamiÍtany numer nie da
U5: 24C02
0,3Vpp lub wiÍkszej, a na wyjÅ›ciu siÍ usunąĘ poniewaÅ‚ transponder
T1: BC548
U1A-14 impulsy o amplitudzie o takim, fałszywym, numerze nie
T2, T3: BC558
TTL. PobÛr prÄ…du poprawnie dzia- istnieje. W tej sytuacji jedynym
D1, D2, D3: 1N4148
Å‚ajÄ…cego dekodera zasilanego na- rozwiÄ…zaniem jest wymazanie
PCF7930: transponder zaprogra-
piÍciem 12V wynosi ok. 70mA. wszystkich danych zapisanych
mowany
Øeby ukÅ‚ad dekodera mÛgÅ‚ roz- w pamiÍci. NaleÅ‚y wyÅ‚Ä…czyĘ zasi-
Różne
poznawaĘ uprawnione PIT-y, ich lanie, zewrzeĘ JP4 i rozewrzeĘ
JP4, JP5, JP6: Jumpery
numery muszą byĘ najpierw za- JP5. Po włączeniu zasilania pro-
X1: 4MHz
pamiÍtane. ZapamiÍtanie nowego cesor rozpoznajÄ…c taki ukÅ‚ad jum-
X2: 12MHz
numeru polega na zbliÅ‚eniu ele- perÛw, skasuje pamiÍĘ i poinfor-
mentu do cewki a nastÍpnie roz- muje o tym fakcie operatora czte-
warciu jumpera JP5 i JP4. Prawid- rema błyskami diody LED. Na- układ rezonansowy LC maksy-
Å‚owy odczyt i zapamiÍtanie da- stÍpnie ukÅ‚ad moÅ‚e w normalny malnie dostroiĘ do czÍstotliwoÅ›ci
nych nowego transpondera zosta- sposÛb dokonaĘ rejestracji wÅ‚aÅ›ci- 125kHz. åwiadczyĘ o tym bÍdzie
nie zasygnalizowane dwoma krÛt- wych PIT-Ûw i przejśĘ do trybu zwiÍkszenie siÍ amplitudy sygna-
kimi błyskami diody. Zwarcie pracy. łu sinusoidalnego na anodzie dio-
jumpera JP5 wprowadzi dekoder ZasiÍg transmisji danych miÍ- dy D1.
w normalny stan pracy. Od tej dzy dekoderem i PCF7930 zaleły Firma Philips produkuje trans-
od jakości wy- pondery PIT takłe w innych wy-
konania cew- konaniach: pastylki, dysku i karty,
ki, jej kształ- a odległośĘ z jakiej mogą byĘ od-
tu, napiÍcia czytywane jest zdecydowanie
zasilajÄ…cego wiÍksza. Wynika to z moÅ‚liwoÅ›ci
d e k o d e r . umieszczenia w wiÍkszej obudo-
Zwykle odleg- wie wydajniejszej anteny trans-
łośĘ ta wynosi pondera. Dodatkowo, rozwijana
kilka centy- rodzina transponderÛw ma wiÍk-
metrÛw. Za- szÄ… pojemnośĘ pamiÍci EEPROM,
siÍg moÅ‚na ale wiÍkszośĘ z nich potrafi takÅ‚e
trochÍ zwiÍk- pracowaĘ w trybie emulacji
szyĘ dobiera- PCF7930.
jÄ…c C7 tak, aby Ryszard Szymaniak, AVT
Rys. 5. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
Elektronika Praktyczna 7/98
42