伴隨著移動通信的大規(guī)模推廣，移動支付成為各方關(guān)注的熱點。本論文為移動支付系統(tǒng)設(shè)計了一種雙控制器讀卡器，主控制器主要通過串行通信，從控制器主要接受主控制器命令，并根據(jù)發(fā)送的曼切斯特編碼流實現(xiàn)刷卡距離的控制。在一定程度上解決了讀卡器無法接收低頻數(shù)據(jù)的問題。

1移動支付模式

目前移動支付主要的商業(yè)應(yīng)用模式有3種，第一種是是將用戶的手機(jī)號碼和后臺用戶的支付賬號綁定，通過短信進(jìn)行支付。第二種是利用GPRS或CDMA網(wǎng)絡(luò)的客戶端瀏覽器，輸入賬戶信息進(jìn)行支付。第三種是非接觸式移動支付模式，主要應(yīng)用在公交、地鐵等移動支付的應(yīng)用。目前，我國移動支付領(lǐng)域主要采用第3種模式來實現(xiàn)支付。非接觸式移動支付模式目前主要有3個方案，分別是雙界面SIMPASS、NFC、RFID-SIM，這3個方案的應(yīng)用模式和技術(shù)各有不同。SIMPASS方案功能有限，必須外帶天線，由于不同的手機(jī)SIM卡的位置也是不同的，需要進(jìn)行適配。NFC（NearFieldCommunication）方案安全性高，工作穩(wěn)定，支持手機(jī)點對點通信和主/被動通信模式，但此方案需要定制支持NFC卡的手機(jī)，目前市面上支持NFC的手機(jī)較少，推廣難度大，對于國內(nèi)電信運(yùn)營商控制產(chǎn)業(yè)也十分不利。RFID—SIM方案將射頻模塊、天線、傳統(tǒng)SIM卡功能都集成在SIM卡中，用戶在撥打電話或收發(fā)短信的同時也能通過射頻模塊完成非接觸移動支付交易;同時，此方案采用2.4GHz的通信頻率，用戶只需要更換SIM卡，而不用更換手機(jī)即可實現(xiàn)移動支付消費(fèi)，用戶接受度高，可快速發(fā)卡，從產(chǎn)業(yè)鏈控制的角度來看是運(yùn)營商的最佳選擇。

2讀卡器的硬件設(shè)計

射頻識別系統(tǒng)工作的頻段主要有：125kHz、13.56MHz、860～930MHz、2.45GHz和5.8GHz等，每一種頻率都有自己的特性，分別適用于不同的領(lǐng)域。由于2.4GHz頻段無須授權(quán)就可使用，數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣瓤?，受金屬影響不大，只要更換使用的RFID—SIM卡即可實現(xiàn)移動支付，所以本文主要針對2.4GHz頻段來設(shè)計。

移動支付系統(tǒng)由3部分組成，分別是：讀卡器、POS機(jī)和RFID—SIM卡。鏈接示意圖如圖1所示。讀卡器是POS機(jī)和RFID—SIM卡通信的紐帶，主要負(fù)責(zé)解析POS機(jī)和RFID—SIM卡上的信號;POS機(jī)主要負(fù)責(zé)終端業(yè)務(wù)的處理，主要負(fù)責(zé)向讀卡器發(fā)送或接受信息;RFID—SIM卡主要是接受和處理讀卡器發(fā)來的信息。

讀卡器的硬件電路模塊如圖2所示，主要由4部分組成，分別是：電源模塊、主控制器模塊、從控制器模塊、射頻收發(fā)模塊。主要負(fù)責(zé)高低頻信號傳輸以及與POS機(jī)、RFID—SIM卡的通信。

2.1電源模塊

在讀卡器中，電源模塊除了為讀卡器內(nèi)部各個模塊供電之外，還要控制讀卡器的供電模式。采用直流或者通過USB輸入+5V后，再通過電平轉(zhuǎn)換芯片（MAX1818）產(chǎn)生3.3V輸入電壓給其他模塊。

2.2主控模塊

主控模塊是讀卡器的核心部分，讀卡器與POS機(jī)之間的數(shù)據(jù)就是通過它傳遞的，主要負(fù)責(zé)對射頻模塊、距離控制模塊和防止沖突檢測的初始化。本文選用了國民技術(shù)股份有限公司的Z32H256UF芯片，該芯片的主要性能是：1）多種通信接口，包括USB接口，IS07816主控制器、UART接口、SPI接口、FLASH/RAM主接口、27路GPIO接口;2）內(nèi)置振蕩控制器和PPL，可外接4～12MHz晶體;3）可以實現(xiàn)片上密鑰管理、片上簽名和身份驗證;4）支持低功耗，芯片功耗小于500mV（5V@96M主頻）和300mV（5V@24M主頻）。

2.3射頻模塊

本文使用nRF24L01芯片來實現(xiàn)射頻信號收發(fā)，nRF24IjD1是一款GFSK單片射頻收發(fā)芯片，工作于2.4～2.5GHzISM頻段。該芯片包括：頻率發(fā)生器、功率放大器、增強(qiáng)型SchockBurstTM模式控制器、晶體振蕩器、調(diào)制器和解調(diào)器。主要特性是：1）使用全球開放的2.4GHz頻段，具有80個可選工作頻道，頻道切換時間短，滿足多頻通信及跳頻的需要，射頻通道默認(rèn)設(shè)置為2.4G，頻寬設(shè)置為1MHz。2）無線速率通過配置寄存器可選擇1Mbps或2Mbps。3）工作在增強(qiáng)型SchockBurstTM模式，具有自動應(yīng)答及自動重發(fā)功能，減少了主控MCU（Z32）的工作量。即：數(shù)據(jù)發(fā)送完成后，芯片立即進(jìn)入接收模式，等待對方的應(yīng)答信號，若未收到，返回發(fā)送模式重新發(fā)送數(shù)據(jù)，直到收到正確的應(yīng)答或重發(fā)超過最大次數(shù)為止。4）低功耗應(yīng)用：當(dāng)工作在發(fā)射模式下，發(fā)射功率為-6dBm時電流消耗為9mA，接收模式時為12.3mA;掉電模式和待機(jī)模式下電流消耗更低。5）內(nèi)置了CRC校驗、數(shù)據(jù)包識別、載波檢測等功能，以及極少的外圍元件。6）數(shù)據(jù)通信時協(xié)商通信地址和頻率以確保信號的正確穩(wěn)定的發(fā)送。7）工作頻率、發(fā)射功率、通道地址、數(shù)據(jù)通信速率等工作參數(shù)均可以通過軟件設(shè)置來完成。

2.4低頻模塊

低頻模塊主要由C8051F330芯片、放大器、低頻線圈組成，主要負(fù)責(zé)低頻信號的產(chǎn)生、放大和發(fā)射。C8051F330芯片采用20腳MLP封裝，具有片內(nèi)上電復(fù)位、時鐘振蕩器，VDD監(jiān)視器、10位電流輸出DAC、25MHz內(nèi)部振蕩器、768字節(jié)片內(nèi)RAM、全雙工UART、SPI端口、128字節(jié)特殊功能寄存器、17個I/O端口、8KB可在系統(tǒng)編程的FLASH存儲器，其中的8KB可在系統(tǒng)編程的FLASH存儲器可用于非易失性數(shù)據(jù)存儲，允許現(xiàn)場更新8051固件。用戶軟件對所有外設(shè)具有完全的控制，可以關(guān)斷任何一個或所有外設(shè)以節(jié)省功耗。

3結(jié)束語

本文設(shè)計的讀卡器可以支持市面上大多數(shù)手機(jī)實現(xiàn)移動支付功能。讀卡器采用設(shè)置主從模塊的方式設(shè)計。主控制器模塊實現(xiàn)串行通信，從控制器模塊主要接收主控制器的指令，實現(xiàn)刷卡控制，具有廣闊的應(yīng)用前景。