- CÔNG NGHỆ PSoC VÀ CHẾ TẠO CHIP ĐỌC THẺ TIẾP CẬNTSKH.
- Vũ Sĩ Thắng, Phòng Công nghệ Tự động hóa - Viện Công nghệ Thông tin Tel.
- 8363484, e-mail:
[email protected]óm tắt: Công nghệ thẻ tiếp cận đang được sử dụng rộng rãi ở nhiều lĩnh vực như: Hệ thống kiểm tra xâm thực, hệ thống chấm công, quản lý nhân sự, vật tư, các hệ thống tự động.
- Bài báo giới thiệu các ưu điểm nổi trội của công nghệ PSoC và việc sử dụng công nghệ PSoC để chế tạo chip đọc thẻ tiếp cận.
- Trên cơ sở của chip, chúng tôi xây dựng thiết bị khoá đọc thẻ tiếp cận K700T.
- K700T có thể ứng dụng rộng rãi trong việc bảo vệ và quản lý người ra vào cơ quan.
- Giới thiệu chung ngữ và theo cách quản lý nước ngoài không phù hợp với Việt nam.
- Việc thay đổi chương Hiện nay, công nghệ thẻ tiếp cận trình thường gặp khó khăn vì các hãng sản xuất (Proximity Card) đang được áp dụng rộng rãi không cung cấp các thủ tục giao diện với các trong nhiều lĩnh vực trên thế giới như: thiết bị đọc thẻ.
- Các hệ thống kiểm soát xâm thực (access Xuất phát từ thị trường tiềm năng đang control) như kiểm soát người ra vào cơ phát triển này Viện Công nghệ thông tin đã quan, bảo vệ việc sử dụng trái phép máy nghiên cứu thiết kế phát triển và chế tạo thành tính, chương trình máy tính.
- công một chip thông minh cho việc đọc và - Các hệ thống chấm công dùng thẻ nhận dạng các thẻ tiếp cận theo chuẩn ISO Proximity, PROX làm cơ sở cho việc phát triển các hệ - Các hệ thống tự động dùng thẻ (đóng mở thống tự động sử dụng thẻ tiếp cận Proximity cổng, xuất nhập vật tư, ..v..v.
- mang thương hiệu Việt Nam.
- Hệ thống quản lý nhân sự, hệ thống quản lý kho xăng, hệ thống bán vé cầu đường 2.
- Lựa chọn công nghệ thiết kế và tạo chip tự động, hệ thống đếm bao trong nhà máy cho đầu đọc thẻ tiếp cận xi măng..
- Tuy nhiên công nghệ này vẫn còn mới Công nghệ tự động thiết kế để chế tạo các mẻ và chưa ứng dụng nhiều trong đời sống, chip đã có bề dày hơn 20 năm phát triển và sản xuất ở Việt Nam.
- Hệ thống quản lý dùng hiện đang quy tụ vào một số công nghệ nổi trội thẻ tiếp cận bao gồm máy tính và các thiết bị là ASIC (Application Specific Integrated đọc thẻ tự động tạo thành một hệ thống tin cậy, Circuit), FPGA (Field Programmable Gate an toàn, thuận lợi cho các nhà quản lý.
- Các công nghệ này liên quan mật thiết hành, bảo trì hệ thống khó khăn và nhiều hệ với nhau và phát triển có tính thừa kế các ưu thống còn chưa phù hợp với các hệ thống quản điểm, khắc phục nhược điểm của nhau.
- lý ở Việt Nam.
- Khác với công nghệ ASIC và FPGA Thẻ tiếp cận ngày càng thay thế thẻ từ thông thường chỉ cho phép tạo ra các IC riêng và mã vạch.
- Thẻ từ dễ bị xước trong quá trình lẻ, IC ngoại vi không có processor thì công sử dụng còn thẻ tiếp cận không tiếp xúc nghệ CSoC là công nghệ cho phép tạo nên cả (Proximity) có tuổi thọ rất cao do được chế tạo một hệ thống trong một chip bao gồm CPU, đúc trong thẻ nhựa, không dùng pin và khi hoạt ROM, RAM các ngoại vi thời gian thực (như động không tiếp xúc với đầu đọc.
- và cho phép thay đổi cấu trúc được phát ra từ các đầu đọc.
- Các hệ thống tự phần cứng của chip trong quá trình hoạt động.
- động dùng thẻ Proximity hiện đang được nhập Như vậy công nghệ CSoC cho ta một vào Việt nam với giá thành đắt và với phần độ linh hoạt lớn trong việc phát triển thiết kế mềm quản lý của nước ngoài với giao diện Anh và chế tạo chip thông minh chuyên dụng phù 1hợp với yêu cầu ứng dụng của sản phẩm.
- (Configurable System on Chip) mà cụ thể là Cả tài nguyên phần cứng và phần mềm công nghệ PSoC (Programmable System oncủa chip đều có thể dễ dàng thay đổi trong qúa Chip) của hãng Cypress Micro System làmtrình hoạt động hiện tại và phát triển mở rộng công nghệ chủ chốt để phát triển các chipchức năng sản phẩm trong tương lai.
- thông minh cho các sản phẩm đo lường và điều Công nghệ CSoC sẽ là một bước tiến khiển với các lý do sau đây:hoá của công nghệ thông tin, thoát khỏi các • So với công nghệ ASIC và FPGA, công nghệràng buộc của hệ máy tính cứng (Rigid CSoC cho phép tạo ra các chip có processor,Computing Machine) sang thế hệ máy tính tự có khả năng lập trình các giải thuật phức tạp,thích nghi (Adaptive Computing Machine).
- có thể xử lý đồng thời các tín hiệu số và tươngCông nghệ CSoC thực sự là một công nghệ ưu tự.việt hơn hẳn công nghệ ASIC và FPGA vì nó • Trong số các hãng cung cấp công nghệ CSoC,tích hợp cả Processor và bộ nhớ RAM, thì công nghệ PSoC của Cypress MicroFLASH, cho phép ta lập trình các thuật xử lý System phù hợp hơn cả cho đo lường và điềuphức tạp một cách dễ dàng bằng ngôn ngữ C khiển do:hoặc ASSEMBLER.
- So với các vi điều khiển + Là công nghệ mới (được bình chọn là côngthông dụng như 8051, motorola 68HC908, nghệ sáng tạo năm 2001) của thế giới vàMicrochip PIC16#73 có cấu trúc CPU và ngoại được định hướng để phát triển các chipvi cố định (fixed digital and analog penpherals) thông minh cho các thiết bị đo lường vàthì các chip CSoC có khả năng mềm dẻo thích điều khiển có số lượng lớn với giá thànhứng với đa dạng ứng dụng và nhất là khả năng thấp.tái cấu hình (reconfigurable) tạo thành nhiều + Là công nghệ đầu tiên trên thế giới choloại chip có chức năng khác nhau trên một chip phép tạo ra các chip có processor và khảở những thời điểm khác nhau trong một ứng năng xử lý đồng thời các tín hiệu tương tự,dụng.
- Ví dụ với chip PSoC của hãng Cypress số, truyền thông phong phú nhất trong cácMicro System, ta có thể thiết kế cho nó thành công nghệ CSoC hiện có (Mixed-Signalmột chip điều khiển máy bán hàng tự động ở Device).
- hoặc với một số chức năng Analog cố Công nghệ tạo chip thông minh cho đo định.lường và điều khiển trên cơ sở CSoC có tính + Là công nghệ có chức năng nhân cứnghiệu quả kinh tế, nhất là đối với các chip PSoC (MAC) cho phép phát triển các thuật toáncủa Cypress Micro System vì có khả năng xử xử lý nhanh như của các chip DSP (Digitallý hỗn hợp dữ liệu tương tự và số.
- Nó cho ta Signal Processing)khả năng phát triển các sản phẩm mới nhanh.
- Đầu tư cho các công cụ phát triển, hệ thốngdễ dàng mở rộng các chức năng mới sau này.
- phần mềm thiết kế chip và các IPCông nghệ này cho nhiều giải pháp lựa chọn (Intellectual Properties) rẻ hơn nhiều lầnvà hỗ trợ cho đa dạng ứng dụng từ đo lường, so với các công cụ phát triển và phần mềmxử lý, điều khiển, truyền thông, kết nối mạng thiết kế của FPGA.trên cùng một chip với giá thành thấp.
- Hệ + Giá thành của các chip PSoC trắng chothống phần mềm hỗ trợ thiết kế chip PSoC nghiên cứu phát triển và sản xuất loạt nhỏ,Designer của Cypress Micro System có đầy đủ loạt lớn đều rẻ hơn nhiều lần so với cáccác chức năng thiết kế, xắp xếp các khối chức chip FPGA.năng, mô phỏng, lập trình C, tìm lỗi và nạp + Phương pháp thiết kế chip vượt ra khỏi cácchip hiện đại, có các module ứng dụng (user ràng buộc của các ngôn ngữ thiết kế mạchmodule) phong phú giúp ta không phải lập HDL phức tạp, kém hiệu quả mà áp dụngtrình trên ngôn ngữ HDL (Hardware phương pháp lập trình mới theo khối chứcDescription Languages) vừa khó bao quát, vừa năng ở mức cao nên thời gian thiết kế vàkhông hiệu quả.
- Ngoài ra giá thành của các chip PSoC + Là một công nghệ tiên tiến ở nước ngoàitrắng từ 1-5US$/chip rẻ hơn nhiều lần so với nhưng lại rất phù hợp với trình độ nghiêncác chip FPGA 30-150US$.
- Đây là một cơ hội cứu phát triển của Việt nam do có công cụcho các doanh nghiệp và các nhóm say sưa hỗ trợ phát triển hiện đại giúp cho các cơsáng tạo có thể đạt đến thành công lớn với các sở của Việt nam dễ dàng nhanh chóng tạosản phẩm độc đáo có các chip thông minh chứa ra các sản phẩm mới của mình phục vụcác ý tưởng sáng tạo, bí quyết của riêng mình.
- Xuất phát từ cách tiếp cận nêu trênchúng tôi lựa chọn công nghệ CSoC 2Lựa chọn công nghệ PSoC chúng tôi xây dựng chúng tôi xây dựng đầu đọc thẻ tiếp cận.chip đọc thẻ tiếp cận và trên cơ sở của chipSơ đồ hệ thốngĐầu đọc thẻ tiếp cận bao gồm:• Thiết bị đọc thẻ tiếp cận.
- Thẻ tiếp cận với các mã số khác nhauHình 1 : Ví dụ Đầu đọc thẻ lắp ở cửa ra vào để làm khoá3.
- Thiết kế chip đọc thẻ tiếp cận3.1.
- Nguyên lý hoạt động* Thẻ tiếp cận ( Proximity Card ) Chip IC Thẻ tiếp cận có cấu tạo gồm 1 cuộn dây thẻ và 1 chip IC.
- Cuộn dây Hình 2 : Thẻ tiếp cận (Proximity Card) Khi đưa thẻ qua §Çu ®äc thÎ nó tiếp nhận cho phép, CPU phát hiện có thẻ hay khôngnăng lượng sóng điện từ và phát tín hiệu mã (biên độ giảm khi đưa thẻ vào gần cuộn dây).trở lại cho đầu đọc.
- Thiết bị đọc sẽ kiểm tra mã Khi phát hiện được thẻ, PWM cho phépsố thẻ, nếu hợp lệ (thẻ đã đăng kí trong đầu phát ra xung vuông với tần số liên tục 125đọc) thì bật đèn sáng báo hiệu, đồng thời kÝch KHz và kích hoạt các khối analog.
- mang và có biên độ cố định, tín hiệu điều chế được tách bởi diode.§Çu đọc thẻ tiếp cận Sau khi được khuếch đại PGA lọc giải thông BPF tín hiệu tần số sóng mang 125 KHz Hình 3 giới thiệu sơ đồ nguyên lý chức được lọc bởi bộ lọc giải thông BPF mà đưa ranăng Đầu đọc thẻ tiếp cận.
- Từ sơ đồ nguyên lý hai tần số hợp lệ là 15.6 KHz (bit 0) và 12.5chức năng trên chúng tôi sử dụng chip PSoC KHz (bit 1).
- Kết quả tín hiệu analog được đưaCY8C26443 28 chân để thiết kế.
- Sơ đồ mạch qua bộ so sánh CMP và tạo thành tín hiệu sốcủa PSoC giới thiệu ở hình 4.
- Tín hiệu có tần số 125 KHz được khối Chương trình giải mã các tín hiệu sốmodule PWM phát ra.
- Khi giải mã xong, CPU kiểmlại gần cuộn dây đọc L, điện trường của tần số tra xem mã thẻ đã đăng kí trong thiết bị chưa,125kHz đi qua cuộn dây thẻ, sinh ra một thế nếu đúng CPU phát lệnh bật đèn LED và bậthiệu ở 2 đầu cuộn dây thẻ đủ để chip IC hoạt lẫy rơ le và truyền mã thẻ qua cổng RS232.động.
- Chip IC cũng phát ra 1 tần số mang là Lúc này các khối analog đều tắt, CPU chờ thẻ125kHz và có mang số mã thẻ theo nguyên lý ra khỏi đầu đọc thì quay trở lại trạng thái ngủbiến tần.
- Các khối chức năng chính của thiết bị Để nguồn năng lượng tiêu hao ít nhất, được thiết kế và đúc trong một chip chuyêntrong hệ thống đọc có sử dụng cơ chế phát hiện dụng dùng công nghệ tạo chip thông minhthẻ.
- Hình 3 giới thiệu các(sleep) và cứ hết chu kỳ 8 Hz, CPU dậy làm chức năng cơ bản của chip đọc thẻ được thiếtviệc phát xung 125 KHz.
- 3 PWM 1 4 PGA BPF CMP PSoC Cy8c26443 Hình 3: Sơ đồ nguyên lý chức năng Đầu đọc thẻ tiếp cận.
- Sơ đồ mạch điện tử của đầu đọc thẻ 43.2.
- Thông số của chip PSoC đọc thẻ tiếp bên ngoài.
- Điều đó cho phép làm giảm giácận thành, cũng như tăng tính ổn định của sản Chíp trắng PSoC với các khối analog và phẩm.digital là một chíp lý tưởng để tích hợp chế Từ sơ đồ nguyên lý (hình 3) chúng tôitạo ra đầu đọc với nhiều chức năng.
- Ngoài ra sử dụng chíp trắng PSoC CY8C26443 (28nó còn nhiều các tính năng nổi trội như chuyển pins, 16 Kbytes flash) để xây dựng chipđổi điệp áp, ghi mã thẻ và Flash, lập trình C, chuyên dụng đọc thẻ không tiếp xúc và nạp mãcho phép sử dụng nhiều các chức năng của thẻ, sơ đồ khối chức năng xem hình 4.chíp mà không cần thêm các linh kiện hỗ trợCấu hình Chíp Đọc thẻ được thiết kế như sau: Global Resource CPU_Clock 12_MHz 32K_Select Internal PLL_Mode Disable Sleep_Timer 8_Hz 24V1=24MHz/N 1 24V2=24V1/N 10 Analog Power SC On/Ref High Ref Mux (Vcc/2)+/-(Vcc/2) Op-Amp Bias High A_Buff_Power High SwichModePump ON VoltMonRange 5.0V VoltMonThreshold 92% Supply Voltage 5.0VCác khối sử chức năng sử dụng trong chíp • PWM8-ClockFilter: Phát tín hiệu tần sốđọc thẻ 1MHz cho tụ của bộ lọc giải thông BPF-• PGA-Vref: Phát điện áp so sánh.
- Vcc/2 để nâng tín hiệu lên mức TTL • CounterResult: Xác định độ rộng của• CMPPRG-Result: Bộ so sánh.
- Khuếch đại • CounterDetect: Xác định độ rộng của tín hiệu từ bộ điều chế trước khi lọc.
- đại tín hiệu đầu ra từ bộ lọc giải thông.
- PWM125kHz: Phát tín hiệu sóng mang• BPF-125KhZ: Bộ lọc giải thông.
- hiệu sóng mang 125 KHz , giữ lại hai tín • DigInv1-DigInv4: Khuếch đại tín hiệu 125 hiệu có tần số: 15.6 KHz (bit 0) và 12.5 KHz, cho dòng ra lớn hơn KHz (bit 1).Sau đây là cấu hình các chân (pin) của chip dọc thẻ: Name Port Select Drive Interrupt GPIO_0 P0[0] StdCPU Strong DisableInt Strap P0[1] StdCPU PullUp DisableInt Amplified P0[2] AnalogOutBuf_3 HighZ DisableInt Vpol P0[3] AnalogOutBuf_0 HighZ DisableInt Detect_In P0[4] StdCPU HighZ DisableInt PWM_1 P0[5] Global_OUT_5 Strong DisableInt PWM_2 P0[6] Global_OUT_6 Strong DisableInt Signal_In P0[7] AnalogInput HighZ DisableInt TxD P1[0] StdCPU Strong DisableInt GPIO_2 P1[1] StdCPU Strong DisableInt RxD P1[2] StdCPU PullUp DisableInt 5 PWM_3 P1[3] Global_OUT_3 Strong DisableInt PWM_4 P1[4] Global_OUT_4 Strong DisableInt PWM_5 P1[5] Global_OUT_5 Strong DisableInt PWM_6 P1[6] Global_OUT_6 Strong DisableInt GPIO_1 P1[7] StdCPU Strong DisableInt P2[0] P2[0] StdCPU HighZ DisableInt P2[1] P2[1] StdCPU HighZ DisableInt P2[2] P2[2] StdCPU HighZ DisableInt Select_Mode P2[3] StdCPU HighZ DisableInt P2[4] P2[4] StdCPU HighZ DisableInt P2[5] P2[5] StdCPU HighZ DisableInt P2[6] P2[6] StdCPU HighZ DisableInt P2[7] P2[7] StdCPU HighZ DisableInt3.3.
- Các kết quả đạt được • Cổng truyền với PC: RS232 Trên cơ sở của chip đọc thẻ, chúng tôi • Đầu ra rơ le: lấy từ nguồn nuôixây dựng thiết bị khoá đọc thẻ tiếp cận có các • Quản lý 700 thẻchỉ tiêu kỹ thuật sau.
- Chương trình K700T: Chương trình K700T là phần mềm giao • Kích thước: 85x80x25 mm diện của chương trình đọc nạp các mã thẻ cho • Trọng lượng: 150 g thiết bị khoá đọc thẻ tiếp cận K700T qua cổng • Nguồn nuôi: 9 - 15V DC RS-232 trên máy tính.
- 350 mAHình 5 đã giới thiệu Thiết bị khoá đọc nạp thẻtiếp cận K700T Hình 5: Thiết bị khoá đọc thẻ K700T4.
- Kết luận Việc tạo được chip chuyên dụng đọc Lời cảm ơn: Chúng tôi chân thành cảmthẻ tiếp cận, tạo điều kiện cho các sản phẩm ơn Ông.
- Hồ Minh Chánh ở Công ty Itronic,của các hệ thống quản lý xâm thực (accsess Paris đã giúp đỡ và hỗ trợ chúng tôi trong quácontrol) của Việt Nam sẽ sớm hình thành mà trình phát triển chip đọc thẻ Proximitythiết bị khoá K700T là sản phẩm đầu tiên ứng 125kHz.dụng chip đọc thẻ của chúng tôi .
- Tài liệu tham khảo: Với ưu điểm gọn nhẹ, tiết kiệm năng [1] Tài liệu về chip PSoC CY8C26443lượng, độ tin cậy cao, giá thành hạ so với thiết [2] PSoC Designer 4.0bị nhập ngoại, nhưng tính năng tương đương, [3] Application notethiết bị K700T có khả năng ứng dụng rộng rãi [4] Tài liệu của Phillips về thẻ Proximitytrong các lĩnh vực quản lý nhân sự, quản lý 125kHzngười ra vào cơ quan, trong các nhà máy, xínghiệp, công sở.
- Với sản phẩm thiết bị K700T,chúng tôi mong muốn đem đến cho kháchhàng nhiều lợi ích trong bảo vệ và quản lýdoanh nghiệp, cơ sở sản xuất, hỗ trợ công tácquản lý hiệu quả, góp phần tăng năng xuất laođộng và giảm giá thành sản phẩm.