Магнитные карты и ПК

Рис. 3.5. Считывающее устройство с интерфейсом RS232 (содержащее микроконтроллер)

Схема подключения считывающего устройства к соm-порту представлена на рис. 3.6. Питание устройства должно осуществляться от внешнего источника, например от розетки джойстика ПК, с которой можно снять напряжение +5 В. По вполне понятным соображениям, провод питания обычно красный, а «земли» — черный. Для большей уверенности в правильности подключения рекомендуем изучить схему считывающего устройства.

Рис. 3.6. Подключение считывающего устройство к интерфейсу RS232

Для полноценного подключения типовых считывающих устройств необходимо выполнить еще два соединения, предназначенных для управления индикаторами. В первое время можно без этого обойтись.

Некоторые считывающие устройства способны считывать одновременно две или три дорожки, и было бы жаль не воспользоваться этим. Правда, они имеют более сложную схему подключения.

_{10 REM — CARMAG.BAS —}

_{20 KEY OFF: CLS}

_{30 OPEN "COM1: 2400,n,8,1" AS #1}

_{40 IF LOC(1) = 0 THEN GOSUB 60}

_{50 GOTO 40}

_{60 FOR T=1 TO 5000: NEXT T}

_{70 IF LOC(1) =0 THEN RETURN}

_{80 C$=INPUT$(LOC(1), #1)}

_{90 PRINT C$: PRINT}

_{100 RETURN}

_{110 REM (c) 1994 Patrick GUEULLE}

Для отображения данных, переданных считывающим устройством, можно использовать приведенную выше программу CARMAG.BAS. Ее правильная работа гарантируется при «условии, что устройство подключено к последовательному порту СОМ1, которому задан следующий режим функционирования: скорость передачи — 2400 бод, разрядность данных — 8 бит, контроль четности отсутствует, в конце посылки передается stop-бит. Для изменения режима в соответствии с требованиями используемого считывающего устройства следует изменить строку 30 программы. Когда программа адаптирована, достаточно запустить ее (RUN) и вставить карту в считывающее устройство, при этом в зависимости от считываемой дорожки на экране должна появиться строка цифровых или буквенно-цифровых символов.

Передаются только значащие символы, все служебные символы фильтруются программой встроенного микроконтроллера. Разделитель полей тем не менее часто отображается как пробел, а специальные символы появляются в форме знаков ASCII, приведенных выше в соответствующих кодировочных таблицах. Контрольный код LRC не отображается, но проверяется. Если он неправилен или обнаружена ошибка в четности, то не отображается ничего, но в течение нескольких секунд остается активным выход, соответствующий индикатору ERROR (ошибка).

Считывание подобным считывающим устройством карты оплаты за проезд по скоростной дороге, содержание которой было представлено выше, даст, например, следующий результат:

Аналогичный результат мы могли бы получить без ПК и без программы на специальном терминале, в клавиатуру которого встроено считывающее устройство.

Правда, все эти достаточно совершенные терминалы мало подходят для наших исследовательских целей, поскольку в своих манипуляциях с картами мы хотим иметь доступ к каждому биту каждой из дорожек любой карты.

Считывающие устройства с использованием специального интерфейса

Считывающие устройства со специальным интерфейсом, обмен по которому осуществляется сигналами с уровнями TTL, более распространены, чем считывающие устройства с интерфейсом RS232. Во всяком случае, они значительно дешевле. Такие считывающие устройства не содержат микроконтроллера и выполнены на ИС средней степени интеграции или специальных ИС. Их электронные узлы можно разделить на две части:

• аналоговую часть, включающую предварительный усилитель (часто с автоматической регулировкой коэффициента усиления), за которым следует схема, восстанавливающая модулированный сигнал F/2F;

• цифровую часть, преобразующую информацию частотно модулированного сигнала (F/2F) в последовательность логических единиц и нулей.

В современных считывающих устройствах для обработки информации всех дорожек применяют специальные интегральные схемы, в которых на одном кристалле совмещаются и аналоговые, и цифровые узлы (mixed-signal).

Самые первые считывающие устройства использовали традиционные интегральные схемы средней степени интеграции и некоторое число дискретных компонентов.

Как в первом, так и во втором случае взаимодействие с устройством считывания осуществляется по специальному интерфейсу, использующему для передачи сигналов уровни TTL. Интерфейс образуют три линии, передающие следующие сигналы:

• сигнал наличия карты (): активный уровень низкий, который поддерживается на протяжении времени прохождения закодированной дорожки перед считывающей головкой;

• сигналы считанных данных (): последовательность 1 и 0, передающая прочитанные биты в инверсном представлении. Скорость передачи битов напрямую зависит от скорости прохождения карты;

• тактовый сигнал или строб-импульс (), низкий уровень которого соответствует моменту, когда данные достоверны.

Основные различия между разными типами считывающих устройств данного класса в наибольшей степени касаются длительности тактовых импульсов. Она может быть фиксированной и равняться, например, 20 мкс либо составлять часть от длительности каждого бита (например, четверть). Кроме этого, надо упомянуть о редких считывающих устройствах, которые выдают неинвертированные данные (DATA).

Как и считывающие устройства с интерфейсом RS232, считывающие устройства со специальным интерфейсом TTL требуют напряжения питания +5 В, которое удобно снимать с разъема джойстика, тем более, что этот разъем может одновременно служить портом для ввода данных.

РАЗРАБОТКА СОБСТВЕННЫХ СЧИТЫВАЮЩИХ УСТРОЙСТВ

Учитывая трудности, с которыми придется встретиться некоторым из наших читателей в приобретении нового или подержанного считывающего устройства, мы решили разработать собственную версию его электронной и механической части. Все было продумано так, чтобы каждый радиолюбитель мог выполнить Это устройство. Причем выбирались только широко распространенные материалы и компоненты.

Построенное в строгом соответствии с нашими рекомендациями считывающее устройство обладает характеристиками, сравнимыми с характеристиками промышленных моделей, и в то же время хорошо подходит для трансформации в кодер (что и предполагалось с самого начала изучения).

КОНСТРУКЦИЯ ДЕРЖАТЕЛЯ ГОЛОВКИ

По сравнению с головкой магнитофона к головке считывающего устройства, особенно с ручным манипулированием, предъявляются совершенно другие механические требования. Как в том, так и в другом случае необходимо обеспечить надежный контакт между головкой и дорожкой, избегая, тем не менее, излишнего давления, которое повлечет преждевременный износ обеих. Также следует соблюдать строгую перпендикулярность головки по отношению к дорожке.

Магнитные карты могут быть деформированы, иметь различную толщину и быть рассчитанными на разные кинематические схемы прохождения через считывающие устройства. При разработке своего устройства мы учитывали все эти моменты.

Внимательное изучение ручных считывающих устройств промышленного изготовления выявило практически идентичный принцип их работы. Он заключается в следующем: карта вставляется в направляющий желобок, по ширине немного больший толщины карты, в то время как головка закрепляется на достаточно упругом держателе, гарантирующем определенное постоянство давления и расположения.

Вышесказанное касается в полной мере и считывающего устройства фирмы American Magnetics, вид которого представлен на рис. 3.7 и 3.8.

Рис. 3.7. Считывающее устройство фирмы American Magnetics (вид сбоку)

Рис. 3.8. Считывающее устройство фирмы American Magnetics (общий вид)

Мы также решили воспользоваться этим принципом, адаптируя его, однако, к возможностям механической обработки, которыми располагает средний радиолюбитель, а также к характеристикам головок кассетных магнитофонов, которые легко приобрести. Для их применения нужно удалить направляющую полоску, которая либо припаяна, либо вмонтирована в одну из сторон головки. Оригинальность конструкции держателя магнитной головки нашего устройства заключается в материале, использованном для его изготовления, — печатной плате из стеклотекстолита толщиной 0,8 мм, который обычно используется для производства фальшивых чип-карт.

Уверен, что наиболее практичные из наших читателей уже имеют все необходимое для изготовления платы, представленной на рис. 3.9.

Рис. 3.9. Топология печатной платы держателя магнитной головки (стеклотекстолит 0,8 мм}

Расстояние между контактами различных широко распространенных моделей головок почти всегда составляет 5,08 мм. Для их прочного прикрепления к плате достаточно двух крупных капель припоя. При изготовлении платы, помимо сверления контактных отверстий, потребуется выпилить по огибающей (с трех сторон) зону монтажа головки. Это можно осуществить посредством миниатюрной дисковой фрезы.

Полученный таким образом язычок, отделенный с трех сторон от остальной части платы, обладает достаточной упругостью, близкой к упругости стальной пружинящей пластинки, которая используется производителями держателей головок для промышленных магнитных считывающих устройств.

Рамка, окружающая этот язычок, обеспечивает установку платы держателя на каркасе устройства, внешний вид которого представлен на рис. 3.10 и 3.11.

Рис. 3.10. Внешний вид самодельного считывающего устройства (вид сзади)

Рис. 3.11. Внешний вид самодельного считывающего устройства (вид спереди)

Сам каркас (рис. 3.12) изготавливается из оргстекла (плексигласа) толщиной 4 мм. Этот материал легко достать, он достаточно прочен и очень хорошо обрабатывается.

Рис. 3.12. Чертежи элементов каркаса

В крайнем случае его можно заменить другими материалами, например стеклотекстолитом толщиной 1,6 мм (нефольгированным), склеенным вдвое или втрое.

Для изготовления каркаса необходимо вырезать из оргстекла два прямоугольника размером 100x40 мм, а также прямоугольник из стеклотекстолита толщиной 1,6 мм размером 14x100 мм. Одна из сторон этого прямоугольника должна быть идеально прямой, для чего ее нужно тщательно отполировать наждачной бумагой.

Отметим, что нет существенных возражений против увеличения длины всех деталей свыше 10 см, принятой в большинстве промышленных считывающих устройств.

Если предусматривается последующая трансформация считывающего устройства в кодер, то это будет даже «плюсом», поскольку большая длина пути карты помогает стабилизировать скорость последней практически еще до контакта с головкой.

На рис. 3.12 указаны место и диаметры всех крепежных отверстий, которые потребуется просверлить. Допустимо вместо отверстий диаметром 2 мм делать отверстия диаметром до 2,5 мм или больше, если проще найти винты (с потайной головкой) под такой размер. Совершенно необходимо, чтобы эти четыре отверстия точно совпадали с соответствующими отверстиями печатной платы и чтобы ее край был идеально точно выровнен с краями пластин из оргстекла.

Проще всего это сделать, если сверлить обе детали с одного захода, плотно зажав их в тисках с гладкими губками. Что касается прямоугольного отверстия, то его следует выполнить традиционным радиолюбительским способом: высверливанием по периметру, например трехмиллиметровым сверлом с последующей доводкой квадратным напильником. Не страшно, если его размеры будут несколько превосходить указанные на схеме, однако, не до такой степени, чтобы серьезно уменьшить прочность детали.

На рис. 3.13 показан сборочный чертеж считывающего устройства.