一種極具成本效益的磁卡讀卡器設(shè)計

1、一種極具成本效益的磁卡讀卡器設(shè)計 通過磁性圖案存儲信息的技術(shù)最早浮現(xiàn)在音頻記錄領(lǐng)域。從那以后，這個概念已被擴展應(yīng)用于許多不同產(chǎn)品，如軟盤、音頻/視頻磁帶、硬盤以及磁條卡。本文將主要研究在全球金融交易和門禁控制中得到廣泛用法的磁條卡。讀取磁條卡除了需要解碼數(shù)據(jù)的數(shù)字規(guī)律外還要求很重要的。在磁卡上記錄數(shù)據(jù)是數(shù)字化的過程，通過沿著磁條長度磁化粒子完成。而勝利讀取磁卡具有相當(dāng)大的挑戰(zhàn)性，由于在實際應(yīng)用中信號的幅度會隨著劃卡速度、磁卡質(zhì)量和讀卡磁頭的敏捷度而變幻。此外，頻率也會隨著劃卡速度變幻而變幻。這就要求模擬能夠適應(yīng)這種變幻，無失真地處理傳感器信號。本文將介紹如何處理傳感器信號變幻的機制。磁性與磁卡

2、為了理解劃卡速度、磁卡質(zhì)量和傳感器敏捷度的影響，了解信息是如何存儲在卡上的以及如何被讀卡頭檢測出來很重要。在磁性存儲系統(tǒng)中，信息用諸如氧化鐵等磁化材料上的極性圖案表示。圖1顯示了涂覆在磁化材料上的磁條。磁化材料上的顆粒可能處于某種特定的羅列方向，或者因以前沒有受到特定方向磁場的照耀而處于隨機方向。然而，假如施加一定的外部磁場，磁條上的顆粒將根據(jù)外部磁場羅列方向。圖1：在外部磁場的影響下磁化材料按特定方向羅列。在有用化系統(tǒng)中需要用到一個寫入磁頭，它其實就是繞在磁心上的一個線圈。通過控制線圈中的方向可以很簡單編程磁場方向。這有助于在磁卡上形成南北極圖案。磁極之間的空隙越窄，磁卡上能夠編程的數(shù)據(jù)密度

3、就越高。在f2f編碼機制中，假如在比特周期內(nèi)發(fā)生磁極轉(zhuǎn)換，那就代表規(guī)律1，否則代表規(guī)律0。例3所示，假如比特周期是，而磁極轉(zhuǎn)換發(fā)生在/2處，那么這個比特就是規(guī)律1，否則就是規(guī)律0。注重，規(guī)律1和規(guī)律0在磁卡上占領(lǐng)的長度是相同的。不過比特周期會隨劃卡速度而變幻，這個問題在讀卡中必需加以解決。圖2：用電磁體磁化磁條表示規(guī)律1和規(guī)律0，其中用到了f2f編碼機制圖3：磁極圖案和數(shù)據(jù)。值得注重的是，比特周期長度對規(guī)律1和規(guī)律0來說都是相同的。按照信息量的多少，數(shù)據(jù)將被編碼在不同的行，這個行被稱為磁道。一個磁卡上最多可以有3條磁道。圖4：磁卡上的磁道。讀過程正巧相反，它需要用法一個結(jié)構(gòu)上與圖2所示的線圈-

4、磁芯相同的讀卡頭。需要注重的是，每個磁道要有一個傳感器。在劃卡時，源自磁條的磁場將在讀卡頭線圈中感應(yīng)出。圖5顯示了從讀卡頭得到的波形。圖5：讀卡頭(傳感器)信號。信號在每次磁通量轉(zhuǎn)換時浮現(xiàn)峰值。這是由于在磁極邊緣具有高密度的磁通量。正如你看到的那樣，信息是用信號峰值的位置表示的。峰值檢測器電路可以解碼這個信號，或者用法閾值十分臨近信號峰值的磁滯。不過在我們將這個信號交給檢測器電路之前，還需要舉行額外的處理，緣由如下：劃卡速度：劃卡速度的單位規(guī)定為英寸/每秒(ips)。普通來說，要求磁卡讀卡器能在5 ips至50 ips的劃卡速度范圍內(nèi)正常工作。傳感器信號的幅度隨劃卡速度變幻而變幻。劃卡速度增強

5、，讀卡頭中的線圈切割的磁通量變幻速度也增強，因此信號幅度會變大。與之相反，當(dāng)劃卡速度變慢時，信號幅度將降低，從而增強數(shù)據(jù)讀取的難度。磁卡質(zhì)量：隨著時光的推移以及用法量的增強，卡的質(zhì)量將隨著磁場強度的降低以及因為磁卡上的灰塵與刮擦而引起的失真加大而下降。這些因素綜合在一起將降低傳感器信號的幅度。讀卡頭敏捷度：讀卡頭敏捷度取決于線圈匝數(shù)以及讀卡頭與磁條之間的間距。因為全部這些參數(shù)的影響，信號幅度可能在幾百個uv至幾十個mv之間變幻。這個范圍可以用舉行補償。但不能用固定增益放大器。當(dāng)劃卡速度很高，卡的質(zhì)量又很好時，放大器輸出可以飽和到電源軌電壓。而當(dāng)信號飽和時，用兩個延續(xù)峰值之間的時光差代表的信息將

6、走失。因此照實地放大傳感器信號、不至于使波形發(fā)生飽和或轉(zhuǎn)變很重要。這就要求用法增益可配置的放大器，以便我們隨時調(diào)節(jié)增益。要做到這一點，系統(tǒng)必需能夠檢測信號變?nèi)醯臅r刻。這可以用跟蹤傳感器信號的尋覓近似的信號峰值來實現(xiàn)。圖6顯示了一個完整的系統(tǒng)。最好將放大電路做成兩級，用adc接收第一級電路的輸出。這樣就無需高辨別率adc，8位adc就足以滿足這種應(yīng)用需求。第一級可以是固定增益的放大器，也可以是可變增益放大器。其次級是可變增益放大器。cpu讀取adc結(jié)果，并通過調(diào)節(jié)增益使其次級放大器的信號輸出達到最佳。其次級放大器的輸出送到峰值檢測器/磁滯比較器電路舉行峰值檢測。來自檢測器的脈沖輸出被饋送至定時器

7、舉行時光差測量，然后由cpu解碼出1和0。圖6：磁卡讀卡器框圖。至此仍然存在增益更新之前是否有數(shù)據(jù)走失的問題。為了避開這個問題，磁卡的兩頭會用前導(dǎo)零舉行編碼以實現(xiàn)同步(這樣可以支持雙向劃卡)。這樣做的目的是使同步于劃卡速度。舉例來說，在磁道1中，共有約62個前導(dǎo)零。磁道1具有210個比特的數(shù)據(jù)密度。因此我們可以估算出劃卡速度為5 ips時前導(dǎo)零將持續(xù)約60ms時光，劃卡速度為50 ips時前導(dǎo)零將持續(xù)6ms。對另外兩個磁道來說或多或少是相同的，7所示。在人為劃卡時一開頭就是50 ips的劃卡速度是不行能，因此系統(tǒng)具有比6ms長得多的時光來測量峰值并調(diào)節(jié)增益。圖8顯示了增益控制過程。圖7：磁卡中

8、三個磁道的內(nèi)容。需要注重的是，cpu在劃卡期間可能會持續(xù)精細調(diào)節(jié)增益以適應(yīng)變幻的幅度。正常狀況下，順著劃卡的方向，劃卡速度會增強，從而增強信號幅度。注重，在用法以恒定速度劃卡的自動劃卡機時這個觀點是不正確的。圖8：增益轉(zhuǎn)變過程。實現(xiàn)磁卡讀卡器圖9顯示了基于p 1的雙磁道磁卡讀卡器實現(xiàn)計劃。 1處理器具有與8位處理器內(nèi)核集成在一起的可配置模擬和數(shù)字塊，在單顆芯片上集成了全部的功能。需要注重的是，圖中所示的無源器件是在處理器的外部。圖9：psoc 1磁卡讀卡器因為傳感器信號可能是負的，因此必需用直流舉行偏置。在psoc 1中，模擬信號可以以不同于電源地的地為參考。這個地被稱為模擬地(agnd)，輸入信號被鉗位到這個模擬地。信號隨后用可編程增益放大器(pga)舉行兩級放大。pga是用延續(xù)時光模擬模塊實現(xiàn)的。它具有一個陣列，當(dāng)配置為放大器時用于轉(zhuǎn)變增益。增益可以被配置為1至48之間18個選項之一。cy8c28243 psoc 1集成了一個最大采樣速率為150ksps的10位sar adc。cpu讀取adc，然后控制放大器增益。放大后的信號送到磁滯比較器產(chǎn)生邊沿臨近信號峰值的數(shù)字信號。cpu隨后必需調(diào)節(jié)放大器增益，使其閾值臨近