Требования
Для чтения магнитных полос с такой конструкцией вам потребуются магнитная головка, два транзистора, несколько резисторов и конденсаторов, источник питания 12 В постоянного тока, компьютер (с компилятором C) для декодирования данных и некоторые навыки пайки. При настройке и проверке схемы настоятельно рекомендуется использовать вольтметр и осциллограф. Возможно, вы сможете заменить прицел на звуковую карту, если она сможет оцифровывать достаточно быстро.
Магнитная головка должна быть выбрана так, чтобы размер дорожки соответствовал размеру магнитной полосы. Я обнаружил, что размер дорожки обычного монофонического кассетного плеера немного меньше, чем требуется, но он работает хорошо. Использование стереозвуковой головки не рекомендуется, если вы не хотите читать две дорожки за раз, но я не проверял, совпадает ли разделение звуковых дорожек с разделением дорожек данных.
Описание схемы
Слабый сигнал от магнитной головки должен быть усилен, чтобы управлять входным портом компьютера. По этой причине вам понадобится схема, подобная той, что представлена на рисунке ниже (или аналогичная), которая в основном представляет собой усилитель. Транзистор Q1 действует как предусилитель, повышая слабый головной сигнал ниже 1 мВ до уровня десятых долей вольт. В качестве предусилителя он имеет низкий коэффициент шума; это достигается за счет работы транзистора при низком токе (менее 1 мА) и низком напряжении (менее 2 В).
Транзистор Q2 действует как усилитель и драйвер для входного порта компьютера. По этой причине его выход подключается напрямую, без конденсатора, к входному порту компьютера. Поэтому уровень постоянного напряжения транзистора необходимо отрегулировать в соответствии со спецификациями порта, который вы используете. Оба транзистора, Q1 и Q2, должны быть обычными кремниевыми биполярными NPN-транзисторами общего назначения. Стоимость электронных компонентов не критична, особенно для конденсаторов. Вы можете выбрать из того, что у вас уже есть, то, что ближе к изображенным на чертеже.
Эта схема предназначена для работы с источником питания 12 В постоянного тока. Вы можете использовать другой, но тогда вам придется изменить номиналы резисторов, чтобы рабочая точка транзисторов оставалась на том же месте. Вы можете получить +12 В постоянного тока от блока питания вашего ПК, который также имеет +5 В постоянного тока. Потребляемая мощность этой схемы должна быть около 60 мВт. Если ваш источник питания стабилизирован (как в случае источника питания компьютера), вы можете удалить конденсатор C7, в противном случае вы должны использовать как можно большее значение. Обратите внимание на номинальное напряжение конденсатора, оно должно быть не менее 16 В. Также следует обратить внимание на полярность этого и других конденсаторов. Клемма с номиналом «-» должна быть заземлена.или ближе к земле, чем другой терминал. См. Схему для деталей.
Регулировка схемы
Вы можете сделать схему так, как она изображена на рисунке, и она должна работать. Однако для оптимальной производительности рекомендуется, чтобы R2 и R6 были переменными резисторами номиналом около 20 кОм и 2 кОм соответственно. Изначально установите курсор резисторов в среднее положение, то есть, чтобы получить значения примерно 10 кОм и 1 кОм соответственно. Затем, в то время считывания магнитной полосы карты, изменение медленно значение R2 , пока вы не получите прямоугольный сигнал с максимальной амплитудой и минимальным шумом. Это можно легко сделать, если у вас есть осциллограф (или звуковая карта, работающая как таковая), если у вас его нет, то вы можете подключить динамик к выходу и попытаться сделать это на слух, хотя результаты могут быть непредсказуемыми.
После того, как вы установили R2 для оптимальной производительности, вы должны отрегулировать R6 на правильное значение. С помощью вольтметра измерьте напряжение постоянного тока на выходе цепи. Затем, НЕ проводя пальцем по карте, медленно изменяйте значение R6 до тех пор, пока уровень постоянного тока на выходе не станет где-то между 4,0 и 4,5 вольт. Это предполагает, что входной порт компьютера, который вы собираетесь использовать, работает с уровнями TTL, то есть 0 и +5 В. Идеальное выходное напряжение было бы +5 В, но вы должны учитывать это при смахивании. Карта на выходе усилителя будет превышать это напряжение. По этой причине вы должны установить для выхода усилителя значение ниже +5 В, когда карта не считывается.
Советы
Стабилитрон Z1 используется для защиты порта компьютера от чрезмерного повышения напряжения. Напряжение обратного пробоя должно составлять от 5,5 до 6,5 В. Если вы не можете получить стабилитрон с такой характеристикой, вы можете получить тот же эффект с обычными диодами. Обычный кремниевый диод снижает напряжение сигнала в прямом направлении примерно на 0,6 В, поэтому, если вы последовательно включите 10 нормальных кремниевых диодов, они будут вести себя в прямом направлении как стабилитрон с обратным напряжением пробоя 6 В в обратном направлении. Вы также можете использовать комбинацию обоих типов. Если у вас стабилитрон на 4 В, вы должны подключить 3 обычных диода последовательно с стабилитроном, чтобы получить напряжение пробоя около 5,8 В. Помните., Стабилитрон должен быть установлен в обратном направлении, а нормальные диоды - в прямом направлении. Если вы по-прежнему не можете получить эту защиту с помощью диодов, вам следует установить постоянное напряжение цепи, когда она не считывается, на более низкое значение, например, от 3,0 до 3,5 вольт. Это дает вам дополнительный запас защиты и при этом правильно управляет портом компьютера.
Вы должны обратить внимание на правильное заземление каждой части цепи, особенно на высокие частоты, что является причиной конденсаторов C4 и C6. Заземление очень важно для снижения шума. Металлический экран магнитной головки должен быть заземлен. Вы также можете поместить схему в металлический корпус и заземлить ее. Подключите магнитную головку к цепи с помощью кабеля как можно короче, чтобы избежать наводок. Вы должны принять во внимание, что в непосредственной близости от компьютера очень шумная среда (электрически). Вы даже можете заметить, что уровень шума значительно снижается, если вы также будете заземлены при считывании карты.
Механика ридера
Если вы хотите успешно читать магнитные полосы, вам следует использовать механическое устройство для стабильного и надежного считывания карт. Вы можете провести карточкой над головой или головой над карточкой. Я выбрал второй способ.
В этом случае следует прикрепить магнитную головку (чувствительной стороной вниз) на кусок пластика, дерева или чего-нибудь правильной формы с гладкой поверхностью. Затем закрепите две полосы (по одной с каждой стороны головки) на доске в качестве направляющей, по которой магнитная головка может двигаться только вперед и назад (плавно). Не забывайте оставлять достаточно места между доской и полосами, чтобы можно было вставить карточку, которую нужно прочитать. После того, как вы закрепите карту на доске так, чтобы ее магнитная полоса проходила параллельно полосам, вы можете легко провести головой по карте. Теперь вам нужно только небольшими шагами перемещать позицию карты, пока не найдете дорожку, которую нужно прочитать. Вы знаете, что дорожка улавливается, когда сигнал от усилителя представляет собой идеальную прямоугольную волну с максимальной амплитудой и минимальным шумом. Поскольку большинство карт соответствует стандартам ISO, Предлагаю вам сделать отметки на ридере, чтобы подписать положение треков. Таким образом, вам не нужно повторять весь процесс каждый раз, когда вы хотите прочитать карточку.
Это может быть не самый простой и эффективный механизм считывания, но он позволяет вам читать практически любую дорожку любой карты или документа, то есть не ограничивается картами стандартного размера или стандартными дорожками положения. Смотрите фотографии ниже, чтобы составить впечатление о читателе (щелкните изображения, чтобы увеличить). Прошу прощения за плохое качество, лучшую цифровую камеру мне не удалось достать (я использовал дешевую веб-камеру).
В последнее время я использую очень простой метод смахивания карточек, не требующий специальной доски с закрепленными на ней полосками (направляющими). Просто положите карту на компьютерный стол и используйте клавиатуру в качестве направляющей для магнитной головки, то есть это похоже на метод, описанный выше, но с использованием обычного стола и только одной направляющей, одной стороны клавиатуры компьютера. Поместите две карты по одной с каждой стороны карты, которую нужно прочитать (все три карты должны иметь одинаковую толщину), чтобы магнитная головка двигалась плавно (вам все равно нужно прикрепить голову к чему-то, подходящему для считывания). Убедитесь, что магнитная полоса вспомогательных карт не мешает считывать магнитную полосу, т. е. магнитная головка не собирается их смахивать. Единственная проблема заключается в том, чтобы магнитная полоса была выровнена с клавиатурой, найдите наш способ исправить это.
Использование программного обеспечения
Считыватель магнитных полос должен быть подключен к порту джойстика (выход считывателя к контакту 2 и заземление к контакту 4) или к параллельному порту (выход считывателя к контакту 15 и заземление к контакту 18) ПК, если вы собираетесь использовать программное обеспечение, представленное на этих страницах. Я обнаружил, что при использовании параллельного порта производительность выше, поэтому он является портом по умолчанию. Вы можете использовать любой ПК, нет необходимости в быстром и мощном ПК. Скомпилируйте исходный код, оптимизируя скорость. Если вы не используете Turbo C ++ v1.01, вам может потребоваться немного изменить код, в основном заголовки и имена функций.
Когда вы запускаете программу, она ожидает активности во входном порте, то есть считывания карты. Когда активность прекращается, программа начинает декодировать биты, формировать байты и проверять четность и LRC. Уровень входного сигнала порта высокий, с подключенным к нему считывателем или без него. Когда вы проводите по карте, некоторые из реверсов потока создают отрицательный ток, который понижает выход считывающего устройства до уровня ниже +0,4 В и, таким образом, переводит входной порт из высокого состояния в низкое. Противоположное изменение направления потока увеличивает выход считывающего устройства выше +5 В и, таким образом, снова переключает входной порт из низкого состояния в высокое. Это активность, которую обнаруживает программа.
Программа имеет два входных аргумента: тип и номер. начальных и конечных битов синхронизации дорожки, которую нужно прочитать. Есть четыре действительных трека, три стандартных трека плюс один экспериментальный. Экспериментальная дорожка не проверяет четность или LRC и декодирует биты немного иначе, чем стандарт: 0 - это то же самое, но 1 - это только одно короткое реверсирование потока, а не два коротких последовательных реверсирования, как в стандарте. Я нашел это нестандартное кодирование бит как минимум на одной карте (карте копировальной машины). Количество тактовых битов зависит от карты, которую вы читаете. Если вы не знаете, какой номер использовать, введите 1, тогда программа будет использовать номер по умолчанию в зависимости от типа трека (и моего опыта). После того, как вы прочитаете дорожку, на экране появятся биты, а затем вы сможете подсчитать количество начальных и конечных битов синхронизации. В следующий раз, когда вы будете читать эту карточку, используйте меньшее из этих двух чисел. Использование правильного количества тактовых битов повысит вероятность успешного декодирования карты.
Программа также покажет на экране другую информацию, такую как время пролистывания, декодированные байты и некоторые данные о качестве чтения. Я обнаружил, что оптимальное время пролистывания составляет от 0,2 до 0,4 секунды. Лучшее время пролистывания для дорожек стандартной длины с низкой плотностью составляет 0,20–0,25 с, а для дорожек с высокой плотностью - 0,30–0,35 с. Смахивание должно быть как можно более плавным и равномерным, иначе программа неправильно интерпретирует 0 как 1 и наоборот. Качество хорошее коромысло будет характеризоваться небольшими сигмы и threshold1 > порог2 в информации на экране.
В источнике есть код (закомментированный по умолчанию), который выводит на экран считанные необработанные данные. Эта опция полезна, когда вы читаете нестандартные треки. Необработанные данные можно проанализировать с помощью служебных программ для обработки данных, чтобы выяснить схему кодирования. В общем, вам следует ознакомиться с исходным кодом, чтобы понять, как он работает. Это поможет вам интерпретировать информацию, отображаемую на экране после смахивания, и позволит вам изменить код в соответствии с вашими конкретными требованиями.
В заключение, вот результат работы программы после считывания стандартного трека IATA (посадочного талона Lufthansa):
Параметр неверных битов синхронизации. Использование значений по умолчанию.
Чтение дорожки 1.
Время пролистывания: 0,33 с.
Единица времени: 5,7e-06 с.
Начальная длительность (сигма) битов в единицах времени:
0LO: 96,0 (11,0), 1LO: 48,0 (5,5)
0HI: 116,7 (12,1), 1HI: 58,4 (6,1)
Начальные пороги LO: 73,9, 59,0, 64,0
Начальные пороги HI: 92,5, 70,5, 77,8
000000000000000000000000000000000000000000000000000101000101101110110010010011
010000111011011100001100100110011010000101100000010010101111010100001000100101
000000110110110000111100001100100111001010001101000110101000011111100100110101
010111100101011001110000001000000100000010000001000000100000010001101011001000
000010000001000000100000011111100011010000000000000000000000000000000000000000
00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
Средняя продолжительность (сигма) битов в единицах времени:
0LO: 95.2 (8.9), 1LO: 47.9 (4.3)
0HI: 115,4 (10,4), 1HI: 59.8 (5.6)
Окончательные пороговые значения ЛО: 77.4, 56.6, 63.4
Окончательные пороговые значения HI: 94.7, 71.0, 79.3 Найден
начальный дозорный.
% VFRAMADLH 4702 MPADILLA / L. 8F?
Конец дозорного найден.
LRC ОК.
Улучшения
Основная проблема, которую я обнаружил с этим устройством, заключается в том, что оно вносит асимметрию в считываемые биты, то есть на выходе получается не симметричный квадрат, биты на низком уровне короче, чем биты на высоком уровне. Причина этого в том, что состояние считывателя по умолчанию - высокий уровень, когда инверсия магнитного потока вызывает высокий уровень, выходной сигнал находится на высоком уровне 100% длительности бита. Однако, когда инверсия потока вызывает низкий уровень, требуется некоторое время, чтобы переключиться с высокого уровня по умолчанию, скажем, 4 вольт, до точки, когда порт переключается с высокого на низкое состояние, скажем, 2 вольта. То же самое происходит и с концом бита: порт переключается с низкого состояния на высокое до того, как бит закончился. Чистый эффект заключается в том, что младшие биты короче (порт фактически находится на низком уровне только часть реальной длительности бита), а старшие биты длиннее, потому что время, украденное для младших битов, добавляется к старшим битам (сравните значения От 0LO и 1LO до 0HI и 1HI в приведенном выше примере, чтобы увидеть разницу). Если бы входной сигнал представлял собой прямоугольную волну с резкими вертикальными краями и усилитель имел бы идеальный отклик, то время перехода от высокого состояния к низкому (и наоборот) было бы незначительным, но это не так.
Сначала я подумал, что этот эффект связан только с проблемой в конструкции усилителя, но потом я понял, что есть дополнительная причина. В классическом тексте Card-O-Rama: Magnetic Stripe Technology and Beyond говорится, что выходной сигнал магнитной головки при прокрутке магнитной дорожки представляет собой прямоугольную волну, однако это не так. Фактический результат состоит из последовательности чередующихся положительных и отрицательных пиков, см. Этот документ (альтернативное расположение) для подробного объяснения, включая графики, а также см. Мой новый ридер - страница для некоторых изображений реальных данных (но примите во внимание, что эти данные захватываются звуковой картой и, таким образом, неявно фильтруются с узкой полосой пропускания, отсюда и разница с графиками другого документа). Следовательно, после пика низкого уровня есть время, соответствующее биту низкого уровня, в которое устройство чтения переходит в состояние по умолчанию, то есть высокий уровень, и, таким образом, сокращает продолжительность бита низкого уровня (и увеличивает соседний бит высокого уровня).
Конечно, если вы проведете карту достаточно быстро, особенно если это дорожка с высокой плотностью записи, цепочка пиков будет напоминать прямоугольную волну, как вы увидите на моих реальных изображениях данных (обратите внимание на разницу между профилями высокой и низкой плотности). То же самое произошло бы, если бы усилитель плохо реагировал на высокие частоты (как в моей конструкции). Таким образом, эффект может быть компенсирован, и он менее опасен, чем можно было бы ожидать вначале. Чтобы исправить другую проблему, асимметрию, я учел ее в программном обеспечении, измерив длительность битов с использованием двух разных переменных: одна для битов низкого уровня, а другая - для битов высокого уровня (суффиксы LO и HI переменных как показано выше). Вот почему мой читатель действительно работает, потому что обе проблемы можно исправить. Тем не менее, ридер (аппаратный и программный) все еще можно улучшить несколькими способами, но я не буду этого делать, потому что считаю этот проект закрытым до тех пор, пока я перешел на свою новую и более простую читалку. Я просто приведу несколько идей с теоретической точки зрения, и ваша работа будет их проверить, потому что они могут иметь пагубные побочные эффекты или требовать некоторой настройки.
Очевидно, что одним из лучших улучшений было бы использование более совершенной схемы. Вы можете попробовать один из вариантов дизайна на моей странице устройства чтения / записи магнитных полос, если вы найдете их лучше, чем мои (вы все равно можете использовать мое программное обеспечение). Предполагая, что вы выберете мой усилитель (в основном из-за его простоты, я полагаю), есть несколько модификаций, которые, как я считаю, исправят проблему асимметрии и дадут другие преимущества (большую простоту и защиту порта ПК). Конструкция была бы проще, если бы мы удалили стабилитрон Z1 параллельно с выходом, который является единственным экзотическим компонентом (ну, на самом деле, не так уж экзотично
, кроме магнитной головки, которая неизбежна, и поставим нормальный диод последовательно. с таким выводом:
Выход усилителя o ----- | <| ----- o Порт ПК
Диод D1
Это обеспечивает идеальную защиту порта ПК, поскольку обратное напряжение пробоя нормального диода составляет несколько сотен вольт. Обратите внимание, что теперь состояние высокого уровня по умолчанию поддерживается внутренним подтягивающим резистором порта, а не коллектором транзистора Q2. Постоянный ток, который раньше протекал от коллектора Q2 к порту ПК при считывании бита высокого состояния, теперь останавливается диодом D1. Этот ток больше не нужен, потому что порт уже находится в высоком состоянии из-за подтягивающего резистора. Однако, когда считывается бит низкого уровня, D1 позволяет току течь от порта ПК к коллектору Q2 (а оттуда на землю), тем самым изменяя состояние порта с высокого на низкое. Это было первое улучшение, которое я пробовал, но я не публиковал его, потому что у него есть плохой побочный эффект: оно ухудшает асимметрию.
Теперь у меня есть идея, как убрать асимметрию, но я не пробовал, но вы можете это проверить. Он основан на том, что я ранее делал в моем старом ЦАП-АЦП дизайн с успехом. Чтобы минимизировать время, необходимое для реверсирования потока низкого уровня для переключения порта из высокого в низкое состояние, мы должны уменьшить промежуток, который он должен преодолеть. Мы можем сделать это, просто отрегулировав (не считывая карту) сопротивление R6 так, чтобы выходное напряжение схемы было установлено на минимальном уровне, при котором порт ПК остается в высоком состоянии. Лучший способ добиться этого - настроить R6 при запуске программы, отслеживающей состояние порта (это может быть модифицированная версия программы для использования считывателя), вы дойдете до точки, в которой небольшая вариация R6 будет изменить статус порта. Оставьте R6 на этом этапе, но там, где состояние порта стабильно высокое, чтобы избежать ложных изменений на низкий уровень при чтении реальных данных.
Мы можем уменьшить проблему, вызванную тем, что входной сигнал (выходной сигнал из магнитной головки) представляет собой не прямоугольную волну, а последовательность пиков, добавив пару RC-фильтров нижних частот (также известных как интеграторы), чтобы пики медленно падали. Вы можете сделать это, добавив пару резисторов (которые мы назовем R9 и R10) последовательно со схемой и увеличив номиналы конденсаторов C4 и C6. Это будет примерно так (я рисую только затронутые части):
C3 R9 R10
... --- | | --- \ / \ / \ --- + --- ... ... --- \ / \ / \ --- + --- ...
_ | _ _ | _
C4 ___ C6 ___
| |
... ...
Вы должны выбрать R9 = R10 и C4 = C6, так что R9 (Ом) * C4 (Фарады) ~ 0,001 (секунды), что соответствует частоте среза 1 кГц. Это может быть достигнуто с помощью R9 = R10 = 1 кОм и C4 = C6 = 1 мкФ, однако я не уверен в оптимальных значениях, поэтому вы можете взять R9 и R10 в качестве переменных резисторов и выполнить некоторую точную настройку. Вы можете протестировать каждую настройку, считывая реальные треки и наблюдая, когда вы получаете лучшие результаты: увеличение количества успешных считываний и лучшие числа на выходе: 0LO ближе к 0HI и т. д. Конечно, если у вас есть осциллограф (или звук card, действующая как одна) тривиально, чтобы увидеть, будут ли результаты лучше или нет.
Независимо от того, пробуете вы это аппаратное усовершенствование или нет, в принципе вы можете решить две проблемы, о которых я упоминал выше (асимметрия и пики вместо прямоугольных волн), улучшив программное обеспечение. Обе проблемы не имеют значения, если мы измеряем расстояние между пиками (это метод, который я использовал с моим новым считывателем) вместо измерения длительности пиков или псевдопрямоугольных волн (метод, используемый с этим старым считывателем). Проблема здесь в том, что порт ПК не предоставляет информацию об относительном уровне входного сигнала, только выше или ниже порогового значения. Если мы предположим, что центр пиков расположен на полпути между последовательными изменениями статуса порта (это несколько рискованное предположение), тогда нам просто нужно измерить время между центрами прямоугольных волн, которые порт записывает, вместо измерения время между изменениями статуса уровня порта. Это довольно легко реализовать в моей программе, требуется лишь несколько модификаций.
Если вам удастся устранить обе проблемы с помощью аппаратных или программных улучшений, вы сможете упростить программное обеспечение, поскольку различную обработку битов высокого и низкого уровня можно пропустить, ими можно управлять как эквивалентами. Это сделало бы программное обеспечение более надежным, поскольку оно увеличивает статистику битов (мы примерно удваиваем ее). В конце концов, все лишнее для получения более надежного считывателя, который потребует меньше движений, чтобы прочитать карту без ошибок. Все эти советы, данные в этом последнем разделе, я не пробовал, и вы должны экспериментировать с ними, только если вы любите играть с электроникой. Если вы просто хотите читать карты с минимальными усилиями, вам следует забыть об этом устройстве и попробовать мой новый ридер.
Для чтения магнитных полос с такой конструкцией вам потребуются магнитная головка, два транзистора, несколько резисторов и конденсаторов, источник питания 12 В постоянного тока, компьютер (с компилятором C) для декодирования данных и некоторые навыки пайки. При настройке и проверке схемы настоятельно рекомендуется использовать вольтметр и осциллограф. Возможно, вы сможете заменить прицел на звуковую карту, если она сможет оцифровывать достаточно быстро.
Магнитная головка должна быть выбрана так, чтобы размер дорожки соответствовал размеру магнитной полосы. Я обнаружил, что размер дорожки обычного монофонического кассетного плеера немного меньше, чем требуется, но он работает хорошо. Использование стереозвуковой головки не рекомендуется, если вы не хотите читать две дорожки за раз, но я не проверял, совпадает ли разделение звуковых дорожек с разделением дорожек данных.
Описание схемы
Слабый сигнал от магнитной головки должен быть усилен, чтобы управлять входным портом компьютера. По этой причине вам понадобится схема, подобная той, что представлена на рисунке ниже (или аналогичная), которая в основном представляет собой усилитель. Транзистор Q1 действует как предусилитель, повышая слабый головной сигнал ниже 1 мВ до уровня десятых долей вольт. В качестве предусилителя он имеет низкий коэффициент шума; это достигается за счет работы транзистора при низком токе (менее 1 мА) и низком напряжении (менее 2 В).
Транзистор Q2 действует как усилитель и драйвер для входного порта компьютера. По этой причине его выход подключается напрямую, без конденсатора, к входному порту компьютера. Поэтому уровень постоянного напряжения транзистора необходимо отрегулировать в соответствии со спецификациями порта, который вы используете. Оба транзистора, Q1 и Q2, должны быть обычными кремниевыми биполярными NPN-транзисторами общего назначения. Стоимость электронных компонентов не критична, особенно для конденсаторов. Вы можете выбрать из того, что у вас уже есть, то, что ближе к изображенным на чертеже.
Эта схема предназначена для работы с источником питания 12 В постоянного тока. Вы можете использовать другой, но тогда вам придется изменить номиналы резисторов, чтобы рабочая точка транзисторов оставалась на том же месте. Вы можете получить +12 В постоянного тока от блока питания вашего ПК, который также имеет +5 В постоянного тока. Потребляемая мощность этой схемы должна быть около 60 мВт. Если ваш источник питания стабилизирован (как в случае источника питания компьютера), вы можете удалить конденсатор C7, в противном случае вы должны использовать как можно большее значение. Обратите внимание на номинальное напряжение конденсатора, оно должно быть не менее 16 В. Также следует обратить внимание на полярность этого и других конденсаторов. Клемма с номиналом «-» должна быть заземлена.или ближе к земле, чем другой терминал. См. Схему для деталей.
Регулировка схемы
Вы можете сделать схему так, как она изображена на рисунке, и она должна работать. Однако для оптимальной производительности рекомендуется, чтобы R2 и R6 были переменными резисторами номиналом около 20 кОм и 2 кОм соответственно. Изначально установите курсор резисторов в среднее положение, то есть, чтобы получить значения примерно 10 кОм и 1 кОм соответственно. Затем, в то время считывания магнитной полосы карты, изменение медленно значение R2 , пока вы не получите прямоугольный сигнал с максимальной амплитудой и минимальным шумом. Это можно легко сделать, если у вас есть осциллограф (или звуковая карта, работающая как таковая), если у вас его нет, то вы можете подключить динамик к выходу и попытаться сделать это на слух, хотя результаты могут быть непредсказуемыми.
После того, как вы установили R2 для оптимальной производительности, вы должны отрегулировать R6 на правильное значение. С помощью вольтметра измерьте напряжение постоянного тока на выходе цепи. Затем, НЕ проводя пальцем по карте, медленно изменяйте значение R6 до тех пор, пока уровень постоянного тока на выходе не станет где-то между 4,0 и 4,5 вольт. Это предполагает, что входной порт компьютера, который вы собираетесь использовать, работает с уровнями TTL, то есть 0 и +5 В. Идеальное выходное напряжение было бы +5 В, но вы должны учитывать это при смахивании. Карта на выходе усилителя будет превышать это напряжение. По этой причине вы должны установить для выхода усилителя значение ниже +5 В, когда карта не считывается.
Советы
Стабилитрон Z1 используется для защиты порта компьютера от чрезмерного повышения напряжения. Напряжение обратного пробоя должно составлять от 5,5 до 6,5 В. Если вы не можете получить стабилитрон с такой характеристикой, вы можете получить тот же эффект с обычными диодами. Обычный кремниевый диод снижает напряжение сигнала в прямом направлении примерно на 0,6 В, поэтому, если вы последовательно включите 10 нормальных кремниевых диодов, они будут вести себя в прямом направлении как стабилитрон с обратным напряжением пробоя 6 В в обратном направлении. Вы также можете использовать комбинацию обоих типов. Если у вас стабилитрон на 4 В, вы должны подключить 3 обычных диода последовательно с стабилитроном, чтобы получить напряжение пробоя около 5,8 В. Помните., Стабилитрон должен быть установлен в обратном направлении, а нормальные диоды - в прямом направлении. Если вы по-прежнему не можете получить эту защиту с помощью диодов, вам следует установить постоянное напряжение цепи, когда она не считывается, на более низкое значение, например, от 3,0 до 3,5 вольт. Это дает вам дополнительный запас защиты и при этом правильно управляет портом компьютера.
Вы должны обратить внимание на правильное заземление каждой части цепи, особенно на высокие частоты, что является причиной конденсаторов C4 и C6. Заземление очень важно для снижения шума. Металлический экран магнитной головки должен быть заземлен. Вы также можете поместить схему в металлический корпус и заземлить ее. Подключите магнитную головку к цепи с помощью кабеля как можно короче, чтобы избежать наводок. Вы должны принять во внимание, что в непосредственной близости от компьютера очень шумная среда (электрически). Вы даже можете заметить, что уровень шума значительно снижается, если вы также будете заземлены при считывании карты.
Механика ридера
Если вы хотите успешно читать магнитные полосы, вам следует использовать механическое устройство для стабильного и надежного считывания карт. Вы можете провести карточкой над головой или головой над карточкой. Я выбрал второй способ.
В этом случае следует прикрепить магнитную головку (чувствительной стороной вниз) на кусок пластика, дерева или чего-нибудь правильной формы с гладкой поверхностью. Затем закрепите две полосы (по одной с каждой стороны головки) на доске в качестве направляющей, по которой магнитная головка может двигаться только вперед и назад (плавно). Не забывайте оставлять достаточно места между доской и полосами, чтобы можно было вставить карточку, которую нужно прочитать. После того, как вы закрепите карту на доске так, чтобы ее магнитная полоса проходила параллельно полосам, вы можете легко провести головой по карте. Теперь вам нужно только небольшими шагами перемещать позицию карты, пока не найдете дорожку, которую нужно прочитать. Вы знаете, что дорожка улавливается, когда сигнал от усилителя представляет собой идеальную прямоугольную волну с максимальной амплитудой и минимальным шумом. Поскольку большинство карт соответствует стандартам ISO, Предлагаю вам сделать отметки на ридере, чтобы подписать положение треков. Таким образом, вам не нужно повторять весь процесс каждый раз, когда вы хотите прочитать карточку.
Это может быть не самый простой и эффективный механизм считывания, но он позволяет вам читать практически любую дорожку любой карты или документа, то есть не ограничивается картами стандартного размера или стандартными дорожками положения. Смотрите фотографии ниже, чтобы составить впечатление о читателе (щелкните изображения, чтобы увеличить). Прошу прощения за плохое качество, лучшую цифровую камеру мне не удалось достать (я использовал дешевую веб-камеру).
В последнее время я использую очень простой метод смахивания карточек, не требующий специальной доски с закрепленными на ней полосками (направляющими). Просто положите карту на компьютерный стол и используйте клавиатуру в качестве направляющей для магнитной головки, то есть это похоже на метод, описанный выше, но с использованием обычного стола и только одной направляющей, одной стороны клавиатуры компьютера. Поместите две карты по одной с каждой стороны карты, которую нужно прочитать (все три карты должны иметь одинаковую толщину), чтобы магнитная головка двигалась плавно (вам все равно нужно прикрепить голову к чему-то, подходящему для считывания). Убедитесь, что магнитная полоса вспомогательных карт не мешает считывать магнитную полосу, т. е. магнитная головка не собирается их смахивать. Единственная проблема заключается в том, чтобы магнитная полоса была выровнена с клавиатурой, найдите наш способ исправить это.
Использование программного обеспечения
Считыватель магнитных полос должен быть подключен к порту джойстика (выход считывателя к контакту 2 и заземление к контакту 4) или к параллельному порту (выход считывателя к контакту 15 и заземление к контакту 18) ПК, если вы собираетесь использовать программное обеспечение, представленное на этих страницах. Я обнаружил, что при использовании параллельного порта производительность выше, поэтому он является портом по умолчанию. Вы можете использовать любой ПК, нет необходимости в быстром и мощном ПК. Скомпилируйте исходный код, оптимизируя скорость. Если вы не используете Turbo C ++ v1.01, вам может потребоваться немного изменить код, в основном заголовки и имена функций.
Когда вы запускаете программу, она ожидает активности во входном порте, то есть считывания карты. Когда активность прекращается, программа начинает декодировать биты, формировать байты и проверять четность и LRC. Уровень входного сигнала порта высокий, с подключенным к нему считывателем или без него. Когда вы проводите по карте, некоторые из реверсов потока создают отрицательный ток, который понижает выход считывающего устройства до уровня ниже +0,4 В и, таким образом, переводит входной порт из высокого состояния в низкое. Противоположное изменение направления потока увеличивает выход считывающего устройства выше +5 В и, таким образом, снова переключает входной порт из низкого состояния в высокое. Это активность, которую обнаруживает программа.
Программа имеет два входных аргумента: тип и номер. начальных и конечных битов синхронизации дорожки, которую нужно прочитать. Есть четыре действительных трека, три стандартных трека плюс один экспериментальный. Экспериментальная дорожка не проверяет четность или LRC и декодирует биты немного иначе, чем стандарт: 0 - это то же самое, но 1 - это только одно короткое реверсирование потока, а не два коротких последовательных реверсирования, как в стандарте. Я нашел это нестандартное кодирование бит как минимум на одной карте (карте копировальной машины). Количество тактовых битов зависит от карты, которую вы читаете. Если вы не знаете, какой номер использовать, введите 1, тогда программа будет использовать номер по умолчанию в зависимости от типа трека (и моего опыта). После того, как вы прочитаете дорожку, на экране появятся биты, а затем вы сможете подсчитать количество начальных и конечных битов синхронизации. В следующий раз, когда вы будете читать эту карточку, используйте меньшее из этих двух чисел. Использование правильного количества тактовых битов повысит вероятность успешного декодирования карты.
Программа также покажет на экране другую информацию, такую как время пролистывания, декодированные байты и некоторые данные о качестве чтения. Я обнаружил, что оптимальное время пролистывания составляет от 0,2 до 0,4 секунды. Лучшее время пролистывания для дорожек стандартной длины с низкой плотностью составляет 0,20–0,25 с, а для дорожек с высокой плотностью - 0,30–0,35 с. Смахивание должно быть как можно более плавным и равномерным, иначе программа неправильно интерпретирует 0 как 1 и наоборот. Качество хорошее коромысло будет характеризоваться небольшими сигмы и threshold1 > порог2 в информации на экране.
В источнике есть код (закомментированный по умолчанию), который выводит на экран считанные необработанные данные. Эта опция полезна, когда вы читаете нестандартные треки. Необработанные данные можно проанализировать с помощью служебных программ для обработки данных, чтобы выяснить схему кодирования. В общем, вам следует ознакомиться с исходным кодом, чтобы понять, как он работает. Это поможет вам интерпретировать информацию, отображаемую на экране после смахивания, и позволит вам изменить код в соответствии с вашими конкретными требованиями.
В заключение, вот результат работы программы после считывания стандартного трека IATA (посадочного талона Lufthansa):
Параметр неверных битов синхронизации. Использование значений по умолчанию.
Чтение дорожки 1.
Время пролистывания: 0,33 с.
Единица времени: 5,7e-06 с.
Начальная длительность (сигма) битов в единицах времени:
0LO: 96,0 (11,0), 1LO: 48,0 (5,5)
0HI: 116,7 (12,1), 1HI: 58,4 (6,1)
Начальные пороги LO: 73,9, 59,0, 64,0
Начальные пороги HI: 92,5, 70,5, 77,8
000000000000000000000000000000000000000000000000000101000101101110110010010011
010000111011011100001100100110011010000101100000010010101111010100001000100101
000000110110110000111100001100100111001010001101000110101000011111100100110101
010111100101011001110000001000000100000010000001000000100000010001101011001000
000010000001000000100000011111100011010000000000000000000000000000000000000000
00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
Средняя продолжительность (сигма) битов в единицах времени:
0LO: 95.2 (8.9), 1LO: 47.9 (4.3)
0HI: 115,4 (10,4), 1HI: 59.8 (5.6)
Окончательные пороговые значения ЛО: 77.4, 56.6, 63.4
Окончательные пороговые значения HI: 94.7, 71.0, 79.3 Найден
начальный дозорный.
% VFRAMADLH 4702 MPADILLA / L. 8F?
Конец дозорного найден.
LRC ОК.
Улучшения
Основная проблема, которую я обнаружил с этим устройством, заключается в том, что оно вносит асимметрию в считываемые биты, то есть на выходе получается не симметричный квадрат, биты на низком уровне короче, чем биты на высоком уровне. Причина этого в том, что состояние считывателя по умолчанию - высокий уровень, когда инверсия магнитного потока вызывает высокий уровень, выходной сигнал находится на высоком уровне 100% длительности бита. Однако, когда инверсия потока вызывает низкий уровень, требуется некоторое время, чтобы переключиться с высокого уровня по умолчанию, скажем, 4 вольт, до точки, когда порт переключается с высокого на низкое состояние, скажем, 2 вольта. То же самое происходит и с концом бита: порт переключается с низкого состояния на высокое до того, как бит закончился. Чистый эффект заключается в том, что младшие биты короче (порт фактически находится на низком уровне только часть реальной длительности бита), а старшие биты длиннее, потому что время, украденное для младших битов, добавляется к старшим битам (сравните значения От 0LO и 1LO до 0HI и 1HI в приведенном выше примере, чтобы увидеть разницу). Если бы входной сигнал представлял собой прямоугольную волну с резкими вертикальными краями и усилитель имел бы идеальный отклик, то время перехода от высокого состояния к низкому (и наоборот) было бы незначительным, но это не так.
Сначала я подумал, что этот эффект связан только с проблемой в конструкции усилителя, но потом я понял, что есть дополнительная причина. В классическом тексте Card-O-Rama: Magnetic Stripe Technology and Beyond говорится, что выходной сигнал магнитной головки при прокрутке магнитной дорожки представляет собой прямоугольную волну, однако это не так. Фактический результат состоит из последовательности чередующихся положительных и отрицательных пиков, см. Этот документ (альтернативное расположение) для подробного объяснения, включая графики, а также см. Мой новый ридер - страница для некоторых изображений реальных данных (но примите во внимание, что эти данные захватываются звуковой картой и, таким образом, неявно фильтруются с узкой полосой пропускания, отсюда и разница с графиками другого документа). Следовательно, после пика низкого уровня есть время, соответствующее биту низкого уровня, в которое устройство чтения переходит в состояние по умолчанию, то есть высокий уровень, и, таким образом, сокращает продолжительность бита низкого уровня (и увеличивает соседний бит высокого уровня).
Конечно, если вы проведете карту достаточно быстро, особенно если это дорожка с высокой плотностью записи, цепочка пиков будет напоминать прямоугольную волну, как вы увидите на моих реальных изображениях данных (обратите внимание на разницу между профилями высокой и низкой плотности). То же самое произошло бы, если бы усилитель плохо реагировал на высокие частоты (как в моей конструкции). Таким образом, эффект может быть компенсирован, и он менее опасен, чем можно было бы ожидать вначале. Чтобы исправить другую проблему, асимметрию, я учел ее в программном обеспечении, измерив длительность битов с использованием двух разных переменных: одна для битов низкого уровня, а другая - для битов высокого уровня (суффиксы LO и HI переменных как показано выше). Вот почему мой читатель действительно работает, потому что обе проблемы можно исправить. Тем не менее, ридер (аппаратный и программный) все еще можно улучшить несколькими способами, но я не буду этого делать, потому что считаю этот проект закрытым до тех пор, пока я перешел на свою новую и более простую читалку. Я просто приведу несколько идей с теоретической точки зрения, и ваша работа будет их проверить, потому что они могут иметь пагубные побочные эффекты или требовать некоторой настройки.
Очевидно, что одним из лучших улучшений было бы использование более совершенной схемы. Вы можете попробовать один из вариантов дизайна на моей странице устройства чтения / записи магнитных полос, если вы найдете их лучше, чем мои (вы все равно можете использовать мое программное обеспечение). Предполагая, что вы выберете мой усилитель (в основном из-за его простоты, я полагаю), есть несколько модификаций, которые, как я считаю, исправят проблему асимметрии и дадут другие преимущества (большую простоту и защиту порта ПК). Конструкция была бы проще, если бы мы удалили стабилитрон Z1 параллельно с выходом, который является единственным экзотическим компонентом (ну, на самом деле, не так уж экзотично
, кроме магнитной головки, которая неизбежна, и поставим нормальный диод последовательно. с таким выводом:Выход усилителя o ----- | <| ----- o Порт ПК
Диод D1
Это обеспечивает идеальную защиту порта ПК, поскольку обратное напряжение пробоя нормального диода составляет несколько сотен вольт. Обратите внимание, что теперь состояние высокого уровня по умолчанию поддерживается внутренним подтягивающим резистором порта, а не коллектором транзистора Q2. Постоянный ток, который раньше протекал от коллектора Q2 к порту ПК при считывании бита высокого состояния, теперь останавливается диодом D1. Этот ток больше не нужен, потому что порт уже находится в высоком состоянии из-за подтягивающего резистора. Однако, когда считывается бит низкого уровня, D1 позволяет току течь от порта ПК к коллектору Q2 (а оттуда на землю), тем самым изменяя состояние порта с высокого на низкое. Это было первое улучшение, которое я пробовал, но я не публиковал его, потому что у него есть плохой побочный эффект: оно ухудшает асимметрию.
Теперь у меня есть идея, как убрать асимметрию, но я не пробовал, но вы можете это проверить. Он основан на том, что я ранее делал в моем старом ЦАП-АЦП дизайн с успехом. Чтобы минимизировать время, необходимое для реверсирования потока низкого уровня для переключения порта из высокого в низкое состояние, мы должны уменьшить промежуток, который он должен преодолеть. Мы можем сделать это, просто отрегулировав (не считывая карту) сопротивление R6 так, чтобы выходное напряжение схемы было установлено на минимальном уровне, при котором порт ПК остается в высоком состоянии. Лучший способ добиться этого - настроить R6 при запуске программы, отслеживающей состояние порта (это может быть модифицированная версия программы для использования считывателя), вы дойдете до точки, в которой небольшая вариация R6 будет изменить статус порта. Оставьте R6 на этом этапе, но там, где состояние порта стабильно высокое, чтобы избежать ложных изменений на низкий уровень при чтении реальных данных.
Мы можем уменьшить проблему, вызванную тем, что входной сигнал (выходной сигнал из магнитной головки) представляет собой не прямоугольную волну, а последовательность пиков, добавив пару RC-фильтров нижних частот (также известных как интеграторы), чтобы пики медленно падали. Вы можете сделать это, добавив пару резисторов (которые мы назовем R9 и R10) последовательно со схемой и увеличив номиналы конденсаторов C4 и C6. Это будет примерно так (я рисую только затронутые части):
C3 R9 R10
... --- | | --- \ / \ / \ --- + --- ... ... --- \ / \ / \ --- + --- ...
_ | _ _ | _
C4 ___ C6 ___
| |
... ...
Вы должны выбрать R9 = R10 и C4 = C6, так что R9 (Ом) * C4 (Фарады) ~ 0,001 (секунды), что соответствует частоте среза 1 кГц. Это может быть достигнуто с помощью R9 = R10 = 1 кОм и C4 = C6 = 1 мкФ, однако я не уверен в оптимальных значениях, поэтому вы можете взять R9 и R10 в качестве переменных резисторов и выполнить некоторую точную настройку. Вы можете протестировать каждую настройку, считывая реальные треки и наблюдая, когда вы получаете лучшие результаты: увеличение количества успешных считываний и лучшие числа на выходе: 0LO ближе к 0HI и т. д. Конечно, если у вас есть осциллограф (или звук card, действующая как одна) тривиально, чтобы увидеть, будут ли результаты лучше или нет.
Независимо от того, пробуете вы это аппаратное усовершенствование или нет, в принципе вы можете решить две проблемы, о которых я упоминал выше (асимметрия и пики вместо прямоугольных волн), улучшив программное обеспечение. Обе проблемы не имеют значения, если мы измеряем расстояние между пиками (это метод, который я использовал с моим новым считывателем) вместо измерения длительности пиков или псевдопрямоугольных волн (метод, используемый с этим старым считывателем). Проблема здесь в том, что порт ПК не предоставляет информацию об относительном уровне входного сигнала, только выше или ниже порогового значения. Если мы предположим, что центр пиков расположен на полпути между последовательными изменениями статуса порта (это несколько рискованное предположение), тогда нам просто нужно измерить время между центрами прямоугольных волн, которые порт записывает, вместо измерения время между изменениями статуса уровня порта. Это довольно легко реализовать в моей программе, требуется лишь несколько модификаций.
Если вам удастся устранить обе проблемы с помощью аппаратных или программных улучшений, вы сможете упростить программное обеспечение, поскольку различную обработку битов высокого и низкого уровня можно пропустить, ими можно управлять как эквивалентами. Это сделало бы программное обеспечение более надежным, поскольку оно увеличивает статистику битов (мы примерно удваиваем ее). В конце концов, все лишнее для получения более надежного считывателя, который потребует меньше движений, чтобы прочитать карту без ошибок. Все эти советы, данные в этом последнем разделе, я не пробовал, и вы должны экспериментировать с ними, только если вы любите играть с электроникой. Если вы просто хотите читать карты с минимальными усилиями, вам следует забыть об этом устройстве и попробовать мой новый ридер.
