RFID-Lesegerät mit Röhren
ein weiteres Bastelprojekt

-Der fünfte Streich des H.M.Sauer im Röhrenbude-Forum-

Hallo Liebe Röhrenfreunde,
ich möchte Euch eine neue Röhren-Bastelei vorstellen, die aber einen ganz praktischen Hintergrund hat, nämlich das Lesen von RFID-Chipkarten. Zumindest von den technisch einfacheren Exemplaren müßte man ein paar Bit auslesen können.

Auf viele Werksgelände, in Büros, Warenlagern usw. werden wir alle ja nur noch hineingelassen, wenn wir so eine spezifische RFID-Chipkarte vorweisen können. Diese muß beim Eintritt in den geschützten Bereich an eine Lesestation gehalten werden, welche dann die Tür bzw. Schranke öffnet. Die Chipkarte enthält einen Schwingkreis (oft für 13,56 MHz) sowie einen Chip. Dieser Chip sendet, sobald die Karte an die Lesestation gehalten und dort induktiv mit Energie versorgt wird, eine Impulsfolge an die Lesestation. Im einfachsten Fall geschieht dies, indem dieser Chip den Schwingkreis in der Abfolge der Einsen und Nullen im Code mehr oder weniger stark belastet. Die Lesestation registriert die Änderungen des Energieverbrauchs der Karte und kann so die Impulsfolge bzw. den Code aus der Karte auslesen. In großen und ganzen also alles nichts Neues und leicht zu durchschauen.

Das hat mich neugierig gemacht. Habe mir daher zu Experimentierzwecken auf dem Steckbrett eine ganz einfache Röhren-Lesestation gebaut.
Hier der Schaltplan:


Und so sieht der Steckbrett-Aufbau aus. Ein wenig wüst, aber Hauptsache die Leitungen sind kurz:


Die Funktionsweise ist ebenfalls denkbar einfach. Im Gitter-Kathoden-Kreis der EF 89 (andere Pentoden gehen hier auch) arbeitet ein kleiner 13,56 MHz Quarzoszillator in ECO-Schaltung. Die HF-Spannung wird auf dem Weg zur Anode verstärkt und dann an der Anodendrossel abgegriffen. Von hier gelangt er zur Sendespule. Diese ist als Kreuzwickelspule auf einem Kartonstern mit 6 Windungen ausgeführt. Außendurchmesser der Spule 5 cm. Der Trimmer dient zum Abgleich auf Resonanz. Schirmung der EF 89 natürlich auf Masse legen, habe ich vergessen einzuzeichnen.

Vom Schwingkreis wird ein Teil der Spannung zu einer Demodulatorschaltung geführt. Habe hierzu die Dioden einer EABC 80 verwendet.

Wenn man nun einen auf 13,56 MHz abgestimmten Schwingkreis in den Bereich der Sendespule bringt, beobachtet man eine Änderung der Ausgangsspannung. Ebenso ist es, wenn eine entsprechend RFID-Karte durch das Feld aktiviert wird und ihren Code sendet. Habe ich aber noch nicht systematisch ausprobiert. Jedenfalls klappt die Energieübertragung an kommerziell erhältlichen RFID-Karten wie auch selbsthergestellten Schwingkreisspulen prima. Wichtig ist bei der Bemessung der Schaltung, daß die Anode ungefähr im linearen Bereich der Kennlinie arbeitet, damit die Spannung bei Belastung auch "einsacken" kann. Auch der angeschlossene Gleichrichter darf den Kreis nicht zu stark dämpfen.

Eine Spule wie in einer RFID-Karte habe ich mir selbst gemacht. Ich habe dazu einfach einige Kreuzwickelspulen wie beim Oszillator hergestellt. Zum Abstimmen habe ich einen Abschnitt des Kartons jedoch beidseitig mit Metallfolie beklebt, um einen passenden Kondensator zu erhalten. Darauf wurden die Spulenenden angelötet. Anschließend habe ich daran so lange Stücke vom Papkondensator abgeschnippelt, bis der Schwingkreis mit der Lesestation in Resonanz war. Es ist dann auch kein Kunststück mehr, eine schnelle Gleichrichterdiode (z.B. BAT 45) und eine LED aufzulöten. Dann leuchtet das RFID-Tag sogar.


Damit läßt sich dann die Reichweite des in der Lesestation erzeugten HF-Feldes untersuchen. Sieht man hier:


Werde weitere Versuche machen. Mein Personalausweis gilt noch ein paar Jahre, sonst hätte ich mit dem Neuen ganz bestimmt schon was ausprobiert...

Grüsse

Hans Martin

Nachtrag vom 17.02.2011:

Hallo,
Noch ein kleiner Nachtrag. Habe jetzt auch ein passives, selbstschwingendes RFID-Tag zusammengelötet, das ein NF-Signal erzeugt und an die Röhren-Lesestation sendet. Das NF-Signal kann man am Ausgang der Lesestation dann abgreifen. Das Zurücksenden eines NF-Signals durch das RFID-Tag ist für die RFID ganz wesentlich, denn allein die Aufnahme von HF-Energie durch das Tag besagt noch gar nichts. Das schafft auch ein Stück Alufolie, das man vor die Spule der Lesestation hält.

Hier der Schaltplan und Aufbau des RFID-Tags:




Das Funktionsprinzip beruht auf einem Schaltungsvorschlag für einen Sägezahn-Oszillator, der in der Bastelbude von Burkhard Kainka zu finden ist. Hierbei arbeitet der BC 547 (Der Basis-Pin bleibt hier tatsächlich offen) quasi als Zenerdiode mit Hysterese, die den parallel geschalteten 0,1 uF-Kondensator bei Überschreiten einer Spannung von etwa 10 V periodisch entläd. Der dann einsetzende Ladestrom wird aus den HF-Kreis bezogen, der wiederum aus dem HF-Feld der Lesestation gespeist wird. Die periodische Änderung der Belastung kriegt die Lesestation (wie oben beschrieben) mit. Sie erzeugt an ihrem Ausgang eine Spannungsänderung, die proportional zum momentanen Kondensator-Ladestrom im RFID-Tag ist.

Hier zwei Oszillogramme zur Signalübertragung:




Das obere Oszillogramm zeigt die Sägezahn-Spannung zwischen Emitter und Kollektor des Transistors auf dem RFID-Tag, das untere die Spannung am Ausgang der Lesestation. Habe trotz zusätzlicher Siebglieder am Ausgang noch ein paar Schwierigkeiten, die HF aus dem Signal sauber zu entfernen. Aber das ist im fliegenden Steckbrett-Aufbau wohl auch nicht ganz zu erreichen.

Die Frequenz der Sägezahnschwingung hängt stark von der HF-Feldstärke bzw. von der Entfernung zwischen RFID-Tag und Lesestation ab und liegt zwischen 3 und 15 kHz. Immerhin eignet es sich schon mal für eine einwandfreie Unterscheidung des spezifischen RFID-Tags von anderen Tags oder von irgendwelchen Metallgegenständen, die man vor die Lesestation hält. Sicher wäre es nicht allzu schwierig, als NF-Oszillator einen NE 555 zu verwenden, der dann mit fester Frequenz schwingt.

Ob man auch das RFID-Tag mit Röhren statt mit einem Transistor ausstatten kann ? Also 20 V Leerlaufspannung und ein paar mA kann die HF-Spule des RFID-Tags auf jeden Fall liefern. Ggf. läßt sich der HF-Oszillator der Lesestation noch ein wenig aufmotzen. Die Röhrenheizung dürfte ein Problem sein. Jedenfalls eröffnet das Ding eine ganze Menge schöner Spielideen.

Grüße

Hans Martin

Zurück zur Hauptseite