IC卡計(jì)費(fèi)供水控制器畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、摘要摘 要本文介紹了一個(gè)射頻卡計(jì)費(fèi)控制器的設(shè)計(jì)方案。本設(shè)計(jì)是以射頻技術(shù)為核心，以單片機(jī)為控制器的非接觸式ic卡讀寫器在消費(fèi)系統(tǒng)中的應(yīng)用。文章詳細(xì)介紹了該系統(tǒng)的硬件組成、軟件數(shù)據(jù)處理。非接觸式ic卡計(jì)費(fèi)控制器是一種集計(jì)量功能及控制功能為一體的裝置，是一種利用現(xiàn)代微電子技術(shù)、現(xiàn)代傳感技術(shù)、非接觸式ic卡技術(shù)對(duì)用水量進(jìn)行計(jì)量并能進(jìn)行用水?dāng)?shù)據(jù)傳遞及結(jié)算交易的新型裝置。首先本文介紹了射頻識(shí)別技術(shù)和射頻卡系統(tǒng)的概況，詳細(xì)說(shuō)明了非接觸式射頻卡的結(jié)構(gòu)、原理及mifare1射頻卡與讀寫器間的通信。重點(diǎn)介紹了射頻卡讀寫器的硬件電路設(shè)計(jì)，包括設(shè)計(jì)單片機(jī)和閱讀芯片mf rc500之間的連接和控制方式；mf rc500

2、與天線之間的連接控制方式；顯示電路模塊設(shè)計(jì)；水量檢測(cè)及電磁閥控制設(shè)計(jì)；余額不足報(bào)警及有ic卡顯示電路設(shè)計(jì)。軟件主要內(nèi)容是對(duì)射頻卡讀寫操作程序的設(shè)計(jì)開發(fā)，給出了終端讀寫器主程序和各功能模塊的軟件設(shè)計(jì)以及總體流程、各分支流程。最后，對(duì)課題中所作的工作進(jìn)行了總結(jié)。關(guān)鍵詞：非接觸式射頻卡，mf rc500芯片，流量計(jì)費(fèi)，單片機(jī)- 41 -abstractabstractthis paper introduces a design scheme of rf ic card charging controller. the design is based on the radio frequency te

3、chnology as the core, to single-chip microcomputer as the controller of contactless ic card reader in expense system application. the paper introduces the hardware composition, software data processing. non contact type ic card charging controller is a set of measurement functions and control functi

4、ons of the device, is a use of modern microelectronic technology, modern sensor technology, non-contact ic card technology the use of water metering and water use data transfer and settlement transaction model. firstly, this paper introduces the radio frequency identification technology and radio fr

5、equency card system overview, a detailed description of the non-contact radio frequency card structure, principle and mifare1rf card and reader communication. mainly introduces the radio frequency card reader hardware circuit design, including the design of mcu and mf chip rc500read and a connection

6、 between the control mode; mf rc500and connected between the antenna control display circuit module; design; water detection and electromagnetic valve control design; balance deficiency alarm and display circuit design of ic card. software is the main content of rf card read and write operations pro

7、gram design and development, gives the terminal reader main program and each function module of the software design and the overall process, each branch of the process. finally, on the subject of the work are summarized.keyword: radio fequency card, mf rc500 chip，flow metering,single chip microcontr

8、oller目錄目錄摘 要iabstractii第一章 概述11.1課題的背景1第二章 射頻識(shí)別卡22.1 引言22.2 射頻識(shí)別應(yīng)用系統(tǒng)的基本構(gòu)成22.3 非接觸式射頻卡42.3.1 mifare 1射頻卡的工作原理42.3.2 mifare 1卡的組成42.3.3射頻卡的通信7第三章 射頻卡讀寫器的硬件電路設(shè)計(jì)83.1射頻卡計(jì)費(fèi)供水控制器的方案選擇83.1.1 方案一概述83.1.2 方案二概述93.2 射頻卡計(jì)費(fèi)供水控制器的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)103.2.1 硬件系統(tǒng)組成方案103.3 mcu模塊113.4 通訊模塊113.4.1 通訊模塊的選擇113.4.2 max485簡(jiǎn)介123.5 電磁閥驅(qū)

9、動(dòng)模塊設(shè)計(jì)133.6 報(bào)警電路設(shè)計(jì)143.7 流量檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)15 3.7.1原理分析153.8 時(shí)鐘電路模塊設(shè)計(jì)163.9 顯示電路模塊設(shè)計(jì)17 3.9.1驅(qū)動(dòng)器的選擇及max7219簡(jiǎn)介173.10 電源模塊設(shè)計(jì)193.10.1 x34063芯片簡(jiǎn)介193.10.2 dc12v電源轉(zhuǎn)換電路203.10.3 dc5v電源轉(zhuǎn)換電路213.11 讀寫電路模塊設(shè)計(jì)213.11.1 mfrc500芯片簡(jiǎn)介213.11.2 mf rc500與at89s52接口電路243.11.3 天線設(shè)計(jì)25第四章 射頻卡讀寫器的軟件設(shè)計(jì)264.1總體流程264.1.1 用戶卡處理流程264.2對(duì)ic卡操作流程29結(jié)

10、論31參考文獻(xiàn)32致謝33附錄34第一章 概述第一章 概述1.1課題背景我們的社會(huì)在不斷進(jìn)步，科技更新的速度也越來(lái)越快，人們對(duì)水的需求也越來(lái)越多，但是，伴隨著一天天加劇的污染問題，我們所能喝到的干凈水也逐漸減少。根據(jù)調(diào)查顯示，淡水使用的數(shù)量與日俱增，已經(jīng)是過(guò)去淡水使用量的很多倍。在當(dāng)今時(shí)代，平均來(lái)說(shuō)，5人當(dāng)中可能就有一個(gè)人因?yàn)闆]有水資源而困擾。根據(jù)研究表明，中國(guó)有多數(shù)城市面臨著水資源的缺乏。城市中居民缺少水的使用。對(duì)于這樣的水資源缺乏的現(xiàn)狀，全球各國(guó)都在尋找合適方式來(lái)解決這個(gè)問題。這個(gè)時(shí)候水的就充分體現(xiàn)出來(lái)。杜絕水資源浪費(fèi)，通過(guò)價(jià)格方式來(lái)管理水資源問題就顯得尤其重要。正因如此，我們需要利用高科

11、技技術(shù)，利用現(xiàn)代化手段來(lái)解決我們所面臨的水資源匱乏問題。ic卡在市場(chǎng)的應(yīng)用和推廣就能把讓這個(gè)問題更加簡(jiǎn)單有效。 在當(dāng)今社會(huì)中，越來(lái)越多的使用著形形色色的卡，如常見的乘車卡、飯卡和電話卡。對(duì)于這些卡，以其記錄信息的方式不同可以分為光點(diǎn)卡、磁卡、磁條卡、條碼卡和ic卡。在以上各種卡中f，ic卡具有更高的數(shù)據(jù)安全性，因而應(yīng)用最為廣泛。伴隨著信息和服務(wù)產(chǎn)業(yè)的全球化進(jìn)程的加快，人類已經(jīng)熟悉了方便，便捷的東西。對(duì)安全的要求也比較高。所以這個(gè)時(shí)候，ic卡的出現(xiàn)就更能直接體現(xiàn)出它的方便、安全的作用。這種非接觸式ic卡就是通過(guò)射頻電磁感應(yīng)原理而產(chǎn)生的。它應(yīng)用起來(lái)十分方便，就是把它放到所匹配的讀卡器附近感應(yīng)讀取而

12、獲得數(shù)據(jù)。它在使用中非常方便、快捷，不易損壞。有廣泛的應(yīng)用前景。盡管對(duì)射頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)手段依然有很多不同的意見，但是現(xiàn)實(shí)中我們發(fā)現(xiàn)，ic卡智能水表已經(jīng)遍布大街小巷。從最近的情況來(lái)看，許多大型城市已經(jīng)開始著手改造ic水表的工程。很多大型企事業(yè)單位，公共場(chǎng)所也在如火如荼的進(jìn)行ic卡水表工程的改造。這樣大的市場(chǎng)潛力已經(jīng)被很多商家所發(fā)現(xiàn)，所以ic卡工程及其火爆。另外。ic卡智能水表經(jīng)歷了多年的發(fā)展，無(wú)論是技術(shù)上還是市場(chǎng)上，都已經(jīng)具有為其開發(fā)應(yīng)用的條件。第二章 射頻識(shí)別卡2.1 概述 ic卡是集成電路卡（integrated circuit card)的英文簡(jiǎn)稱,有些國(guó)家和地區(qū)稱之為靈巧卡( smart c

13、ard) 、芯片卡(chipcard) 或稱為智能卡( intelligent card) 。就是將一片專用集成電路鑲嵌于符合iso/iec7816標(biāo)準(zhǔn)的基片中，即制成一片ic卡，它包含了微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù),作為一種成熟的高技術(shù)產(chǎn)品,ic卡提高了人們生活和工作的現(xiàn)代化程度,已成為一個(gè)國(guó)家科技發(fā)展水平的標(biāo)志之一。而ic卡分為接觸式與非接觸式。非接觸ic卡又稱射頻卡、感應(yīng)卡，是世界上近幾年發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)，同時(shí)也是射頻識(shí)別技術(shù)和ic卡技術(shù)有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物。它由ic芯片和感應(yīng)天線組成，并完全密封在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)尺寸的卡片中，無(wú)外露部分，而且它的讀寫通過(guò)射頻電磁波的發(fā)射與接受來(lái)完成，解決了無(wú)源(卡中無(wú)

14、電源) 和免接觸這一難題,是電子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的一大突破。 在很多領(lǐng)域中，射頻卡都是應(yīng)用其中，而且十分廣泛。目前在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)(isoiec 14443a標(biāo)準(zhǔn))中mifare 1 rf(以下簡(jiǎn)稱mfl)非接觸式接口標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)所列其中。在中國(guó)與mfl技術(shù)相關(guān)的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛?，F(xiàn)在的很多學(xué)校、企業(yè)已經(jīng)把一卡通平臺(tái)作為平時(shí)運(yùn)行所必備的，利用射頻卡進(jìn)行日常生活中所用觸及的應(yīng)用，把整個(gè)平臺(tái)的統(tǒng)一性和規(guī)范性體現(xiàn)出來(lái)，大大改善了學(xué)校，企業(yè)的運(yùn)行規(guī)范。射頻識(shí)別技術(shù)(radio frequency identify,簡(jiǎn)稱“rfid”) ,原理是一定頻率的射頻信號(hào)在閱讀器通過(guò)天線發(fā)出，這是進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流的標(biāo)簽?zāi)?/p>

15、夠獲得能量，把自身編碼等信息發(fā)送出去，然后被讀取器所讀取并且解碼后送出去進(jìn)行微處理。2.2 射頻識(shí)別應(yīng)用系統(tǒng)的基本構(gòu)成一般來(lái)說(shuō)，射頻識(shí)別應(yīng)用系統(tǒng)包括三部分：標(biāo)簽（tag）、閱讀器（reader）和天線（antenna）。射頻識(shí)別應(yīng)用系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。 標(biāo)簽標(biāo)簽由耦合元件和ic芯片組成，每個(gè)標(biāo)簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標(biāo)識(shí)目標(biāo)對(duì)象。rfid標(biāo)簽被分為主動(dòng)標(biāo)簽和被動(dòng)標(biāo)簽。對(duì)于主動(dòng)標(biāo)簽來(lái)說(shuō)，它自己有電池對(duì)其提供電力，占據(jù)空間較大并且傳輸距離較遠(yuǎn)，比被動(dòng)標(biāo)簽的成本要高很多，也稱為有源標(biāo)簽。另外，對(duì)于被動(dòng)標(biāo)簽來(lái)說(shuō)，它是能夠獲得由閱讀器產(chǎn)生的磁場(chǎng)中工作所需的能量，所以成本較低并且還擁有

16、較長(zhǎng)的使用壽命，比起主動(dòng)標(biāo)簽來(lái)說(shuō)它所占據(jù)空間很小，重量很輕，所讀寫的距離較近，也稱為無(wú)源標(biāo)簽。圖2-1射頻識(shí)別系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)圖 閱讀器 閱讀器也叫信號(hào)接收機(jī)，它的作用是讀?。ㄓ袝r(shí)還可以寫入）標(biāo)簽信息的設(shè)備，可設(shè)計(jì)為手持式或固定式 天線 天線的作用是發(fā)送并接收射頻無(wú)線電波，以便將標(biāo)簽的編碼信息傳到閱讀器。需要注意的是，在實(shí)際應(yīng)用中，除了系統(tǒng)功率，天線的形狀和相對(duì)位置也會(huì)影響數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。2.3 非接觸式射頻卡 2.3.1 mifare 1射頻卡的工作原理 工作原理：非接觸式ic卡本身是無(wú)源的，當(dāng)讀寫器對(duì)卡進(jìn)行操作時(shí)，讀寫器發(fā)出的信號(hào)由兩部分組成：一部分是供電基波，讀寫器向mf 1卡發(fā)一組固定

17、頻率的電磁波，卡片內(nèi)有一個(gè)lc串聯(lián)諧振電路，從讀寫器中所發(fā)射出的頻率與此頻率相似，lc諧振電路能夠在電磁波的刺激下產(chǎn)生共振，于是電容內(nèi)部產(chǎn)生電荷，在這個(gè)電容的一旁，連接著一個(gè)二極管，可以將電容內(nèi)的電荷傳輸?shù)搅硪粋€(gè)電容內(nèi)儲(chǔ)存，這是如果所達(dá)到電荷達(dá)到2v時(shí)，這個(gè)電容可以當(dāng)做電源，為其它電路工作電壓。另一部分則是組合數(shù)據(jù)信號(hào)，ic卡接收后解調(diào)出各命令和數(shù)據(jù)，進(jìn)而按照命令要求接收或發(fā)送數(shù)據(jù)。2.3.2mifare 1 射頻卡的組成 mifare 1 ic s50由射頻電路和數(shù)字部分組成。（1）射頻接口部分 射頻接口電路部分中，射頻無(wú)線電基波在接收到的13.56mhz后將被送 往整流濾波模塊，然后為了能

18、夠給ic卡供電，它經(jīng)過(guò)電壓調(diào)節(jié)模塊輸出；同時(shí)還會(huì)將其被送到調(diào)制/解調(diào)模塊當(dāng)中去，由于在解調(diào)后調(diào)制/解調(diào)模塊得到載波通信數(shù)據(jù)，在其他元件的配合下送到數(shù)字電路部分。相比較從其傳出的數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，這些也都是經(jīng)過(guò)調(diào)制解調(diào)模塊把數(shù)據(jù)搭載在射頻信號(hào)當(dāng)中發(fā)射出來(lái)的。波形轉(zhuǎn)換模塊的功能是把正弦波轉(zhuǎn)換為方波，讓它成為標(biāo)準(zhǔn)的邏輯電平。上電復(fù)位控制模塊的作用就是對(duì)ic卡上的各個(gè)電路模塊進(jìn)行上電復(fù)位，并讓各部分電路開始運(yùn)行。（2） 數(shù)字電路部分 <1> 復(fù)位應(yīng)答和接觸式ic卡一樣的是，非接觸卡ic卡也有復(fù)位應(yīng)答信息（answer to request, atr）,復(fù)位應(yīng)答模塊的功能就是依據(jù)工作中的狀態(tài)給出復(fù)位

19、應(yīng)答信息。如果一張ic卡處在讀寫器的天線的工作范圍之內(nèi)時(shí)，如果讀寫器向ic卡發(fā)出了請(qǐng)求命令后，ic卡的atr將啟動(dòng)，并將ic卡中block 0 中的2bic卡類型（tag type）傳給讀寫器，建立ic卡與讀寫器的第一步通信聯(lián)絡(luò)。<2> 防沖突 如果有多張mifare型ic卡處在讀寫器的天線的工作范圍之內(nèi)時(shí)，防沖突模塊將啟動(dòng)。讀寫器將會(huì)首先與每一張ic卡進(jìn)行通信，取得每一張ic卡的序列號(hào)。由于每張ic卡的序列號(hào)都是唯一的，因此讀寫器可以根據(jù)卡的序列號(hào)來(lái)識(shí)別區(qū)分并已選中的ic卡。安裝于讀寫器上的非接觸式ic卡接口集成電路也具有防沖突功能。被選中的ic卡將直接與讀寫器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，未被

20、選擇的ic卡處于等待狀態(tài)，隨時(shí)準(zhǔn)備與讀寫器進(jìn)行通信。 防沖突模塊啟動(dòng)工作時(shí)，讀寫器將得到ic卡的序列號(hào)。序列號(hào)儲(chǔ)存在ic卡的block0中，共5b，實(shí)際上序列號(hào)只有4b，有1b為序列號(hào)的效驗(yàn)字節(jié)（crc碼）。<3> 選擇應(yīng)有 用于ic卡的選中。當(dāng)ic卡與讀寫器完成了上述的兩個(gè)步驟的聯(lián)絡(luò)后，讀寫器還必須對(duì)ic卡進(jìn)行選擇（即發(fā)送select命令）。讀寫器將收到從被選中的ic卡傳送出的容量字節(jié)(size:88h,存儲(chǔ)于block 0)。當(dāng)讀寫器收到這一字節(jié)后，就可以對(duì)ic卡進(jìn)行進(jìn)一步的操作了，如進(jìn)行密碼驗(yàn)證等操作。 <4>認(rèn)證與訪問控制 在對(duì)ic卡進(jìn)行讀、寫操作之前，必須與i

21、c卡的密碼進(jìn)行認(rèn)證。如果認(rèn)證正確，則允許進(jìn)行讀、寫操作。mifare 1型ic卡共有16個(gè)分區(qū)，每個(gè)分區(qū)都可分別設(shè)置各自的密碼，互不干涉。因此每個(gè)分區(qū)可獨(dú)立地作為某一種應(yīng)用。<5>控制及運(yùn)算單元對(duì)ic卡中的各電路模塊進(jìn)行微操作控制，使各模塊進(jìn)行微操作控制，使各模塊協(xié)調(diào)工作。同時(shí)，它還完成對(duì)各收發(fā)數(shù)據(jù)的算數(shù)運(yùn)算處理、加值/減值處理、crc運(yùn)算處理等。 <6>ram/rom 單元 ram的作用主要是配合控制及算術(shù)運(yùn)算單元，將運(yùn)算的結(jié)果進(jìn)行暫時(shí)儲(chǔ)存，如果某些數(shù)據(jù)需要儲(chǔ)存到eeprom，則由控制及運(yùn)算單元取出送到eeprom存儲(chǔ)器中：如果某些數(shù)據(jù)需要傳送給讀寫器，則由控制及算術(shù)

22、運(yùn)算單元取出，經(jīng)過(guò)射頻接口電路的處理，再通過(guò)ic卡的天線傳送給讀寫器。ram中的數(shù)據(jù)在ic卡掉電后（ic卡離開讀寫器天線的有效工作范圍內(nèi)）將丟失。por復(fù)位應(yīng)答標(biāo)準(zhǔn)（request standard）復(fù)位應(yīng)答（request）防沖突機(jī)制(anti collision loop)選擇卡片(select tag)三次相互驗(yàn)證(authentication)讀塊(read)寫塊(write)加值(increment)減值(decrement)恢復(fù)（restore）終止（halt）轉(zhuǎn)換（transfer）2.3.3 射頻卡的通信在iso/iec14443標(biāo)準(zhǔn)中，定義了兩種射頻調(diào)幅調(diào)制的信號(hào)類型，即ty

23、pe a和type b。type a一般用于邏輯加密存儲(chǔ)卡，type b一般用于cpu卡。按照iso/iec14443標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格的說(shuō)，讀寫器中的發(fā)送電磁波的部分電路被稱為pcd（proximity coupling device）;ic卡中接收電磁波的部分電路稱為picc（proximity integrated card).（1）讀寫器到ic卡的數(shù)據(jù)傳輸 表2-3 閱讀器（pcd）到卡(picc)的數(shù)據(jù)傳輸pcdpicca型b型調(diào)制ask100%ask10%(鍵控度8%-12%)位編碼改進(jìn)的miller編碼nrz編碼同步位級(jí)同步(幀起始，幀結(jié)束標(biāo)記)每個(gè)字節(jié)有一個(gè)起始位一個(gè)結(jié)結(jié)位 （2）ic

24、卡到讀寫器的傳輸 表2-3 卡(picc)到閱讀器（pcd）的數(shù)據(jù)傳輸piccpcda型b型調(diào)制ask10%ask10%m位編碼manchester編碼bpsk（二相制相移鍵控）編碼同步幀同步（一幀包含若干字節(jié)，字節(jié)之間有奇偶校驗(yàn)位，每幀只有一個(gè)幀起始位和幀結(jié)束位）字節(jié)同步，即每個(gè)字節(jié)有一個(gè)起始位和一個(gè)結(jié)束位的同步方式第三章 射頻卡讀寫器的硬件電路設(shè)計(jì)第三章 射頻卡計(jì)費(fèi)控制器的硬件電路設(shè)計(jì)3.1射頻卡計(jì)費(fèi)供水控制器的方案本設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心，配以非接觸式射頻ic卡并與流量相結(jié)合組成供水計(jì)費(fèi)控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)供水流量的控制、ic卡內(nèi)金額的扣除、充值、密碼設(shè)定等功能，同時(shí)采用數(shù)碼管顯示ic卡內(nèi)的余額和

25、剩余。同時(shí)具有多機(jī)聯(lián)網(wǎng)通訊控制功能。3.1.1 方案一概述 結(jié)構(gòu)框圖下所示： 單片機(jī)電磁閥接口流量檢測(cè)模塊電源電路rs-232通信讀寫器模塊led顯示 （1） 通訊模塊中選擇max202芯片通信。利用rs-232總線接口適用于設(shè)備之間的通信距離不大于15m的場(chǎng)合，使用時(shí)必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。而且進(jìn)行通信傳輸時(shí)經(jīng)常會(huì)受到外界的電氣打擾而使信號(hào)發(fā)生錯(cuò)誤（2） 讀寫器模塊采用高度集成讀寫卡芯片mfrc522射頻基站。mfrc522采用串行通信方式與主機(jī)通信，可根據(jù)用戶需求，選用工作模式，有利于減少連線，縮小pcb板面積； 高度集成的調(diào)制解調(diào)電路，采用少量外部器件，即可將輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)接至天線；支 持獨(dú)立的多

26、組電源供電，避免相互干擾；支持isoiec 14443 typea接口和mifare通信協(xié)議：另外用戶不用過(guò)分擔(dān)心射頻基站復(fù)雜的控制方法，只要通過(guò)簡(jiǎn)單的命令集就可以對(duì)卡的進(jìn)行完全操作。但價(jià)格較方案二中的讀寫器模塊價(jià)格要昂貴。3.1.2 方案二概述 結(jié)構(gòu)框圖如下： 單片機(jī)電磁閥接口流量檢測(cè)模塊電源電路rs-485通信基于mfrc500的讀寫器模塊led顯示 （1）通信模塊選擇max485芯片，rs-485比rs-232傳輸距離長(zhǎng)、速度快，其傳輸速率最大可達(dá)10mb/s，最大距離可達(dá)1200m，且適宜大量設(shè)備聯(lián)網(wǎng)。(2) 射頻讀寫器模塊是采用自行設(shè)計(jì)的讀寫器。本模塊選用philip公司的mfrc5

27、00作為射頻卡讀寫核心模塊，該模塊是非接觸式ic卡專用的接口集成電路，而且目前這一型號(hào)的專用接口集成電路應(yīng)用最廣。mfrc500完全集成了在13.56mhz頻率下所有類型的被動(dòng)非接觸通信方式和協(xié)議,用其內(nèi)部的射頻接口部分直接驅(qū)動(dòng)近距離天線，操作距離可達(dá)10cm；接受器部分的解調(diào)電路可用與所有和iso/iec14443a標(biāo)準(zhǔn)中的type a協(xié)議相兼容的應(yīng)答器；此外它還具有方便的并行和串行接口可直接連接任何一種8位微處理器，這樣給讀卡器的設(shè)計(jì)提供了極大靈活性；所以mfrc500滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。以上方案基于非接觸式mifare one卡片存儲(chǔ)用戶號(hào)碼和可用金額等基本信息，mcu控制器通過(guò)非接觸式讀

28、寫芯片mrc500讀取和修改卡片中的金額信息，通過(guò)流量傳感器來(lái)計(jì)量用戶的用水量，并用電磁閥控制作為供水開關(guān)，每次用水時(shí)通過(guò)數(shù)碼管顯示用戶的余額和該次消費(fèi)金額，并在卡片和系統(tǒng)的信息存儲(chǔ)器中循環(huán)記錄用戶號(hào)碼、余額、消費(fèi)金額，消費(fèi)時(shí)間等信息。其中電源模塊為各模塊所用芯片提供供電電源；通訊模塊用以實(shí)現(xiàn)多機(jī)聯(lián)網(wǎng)的通信控制功能。3.2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.2.1 硬件系統(tǒng)組成方案射頻卡計(jì)費(fèi)供水控制器的總體設(shè)計(jì)方案如圖3-1所示。rs485總線電磁閥進(jìn)水流量傳感器rs232/485轉(zhuǎn)換低額報(bào)警電路時(shí)鐘電路水控接口電路pc機(jī)管理卡射頻場(chǎng)讀寫頭電路mfrc500max485射頻卡 單片機(jī)at89s52用戶卡電源電路

29、數(shù)碼顯示電路 圖3-1 總體方案框圖3.3 mcu模塊 水控器的核心mcu模塊選用內(nèi)置功能強(qiáng)大，且具有具有8k字節(jié)的系統(tǒng)可編程flash存儲(chǔ)器；1000次擦寫周期；0hz-33mhz全靜態(tài)操作；三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器；32個(gè)可編程i/o口線；三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；全雙工uart串行通道；低功耗空閑和掉電模式；掉電后中斷可喚醒；看門狗定時(shí)器；雙數(shù)據(jù)指針；掉電標(biāo)識(shí)符 ；片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器含256字節(jié)的ram，；3個(gè)可編程定時(shí)器；中斷系統(tǒng)是具有8個(gè)中斷源、6個(gè)中斷矢量、2級(jí)優(yōu)先權(quán)的中斷結(jié)高性價(jià)比的at89s52單片機(jī)，另外mcu的外接電路，如：數(shù)碼顯示電路可采用max7219驅(qū)動(dòng)數(shù)碼顯示。為了降低裝置的

30、功耗和發(fā)熱，采用了開關(guān)電源作為供電電源可選用x34063，該芯片內(nèi)包含有溫度補(bǔ)償帶隙基準(zhǔn)源。報(bào)警電路將蜂鳴器與mcu基本i/o口相連主要實(shí)現(xiàn)余額不足報(bào)警等功能。水控接口電路利用at89s52單片機(jī)的基本i/o口輸出控制信號(hào)，經(jīng)放大后用以控制電磁閥的開啟與關(guān)閉。來(lái)自流量傳感器的水流信號(hào)經(jīng)前置電路處理后，轉(zhuǎn)換為一系列可供測(cè)量的電壓脈沖信號(hào)，這些脈沖信號(hào)可由單片機(jī)的定時(shí)器進(jìn)行捕獲并由中斷服務(wù)程序?qū)崟r(shí)記錄，經(jīng)過(guò)計(jì)算處理可以準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換成用戶的耗水量，進(jìn)而通過(guò)將耗水量轉(zhuǎn)換成用戶所要支付的金額并控制射頻接口模塊對(duì)ic卡進(jìn)行扣款操作。3.4通訊模塊 3.4.1 通訊模塊的選擇在自動(dòng)化領(lǐng)域，隨著分布式控制系統(tǒng)的發(fā)

31、展，迫切需要一種總線能適合遠(yuǎn)距離的數(shù)字通信。在rs-422標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，eia研究出了一種支持多節(jié)點(diǎn)、遠(yuǎn)距離和接收高靈敏度的rs-485總線標(biāo)準(zhǔn)。 rs-485標(biāo)準(zhǔn)采有用平衡式發(fā)送，差分式接收的數(shù)據(jù)收發(fā)器來(lái)驅(qū)動(dòng)總線，具體規(guī)格要求： · 接收器的輸入電阻rin12k · 驅(qū)動(dòng)器能輸出±7v的共模電壓 · 輸入端的電容50pf · 在節(jié)點(diǎn)數(shù)為32個(gè)，配置了120的終端電阻的情況下，驅(qū)動(dòng)器至少還能輸出電壓1.5v（終端電阻的大小與所用雙絞線的參數(shù)有關(guān)） · 接收器的輸入靈敏度為200mv（即（v+）-（v-）0.2v，表示信號(hào)“0”；（v+

32、）-（v-）-0.2v，表示信號(hào)“1”） 3.4.2 max485芯片簡(jiǎn)介 圖3-31 max485引腳和結(jié)構(gòu)圖1.其引腳結(jié)構(gòu)圖如圖3-31所示。接收器的輸出端，與單片機(jī)的rxd腳相連；驅(qū)動(dòng)器的輸入端，與單片機(jī)的txd腳相連；接受使能端，為邏輯“0”時(shí)器件處于接收狀態(tài)；發(fā)送使能端，為邏輯“1”時(shí)器件處于發(fā)送狀態(tài)，因?yàn)閙ax485工作在半雙工狀態(tài)，所以只需用單片機(jī)的一個(gè)管腳控制這兩個(gè)引腳即可；端、端接收和發(fā)送的差分信號(hào)端,當(dāng)a引腳的電平高于b時(shí)，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為1；當(dāng)a的電平低于b端時(shí)，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為0。在a、b兩端之間要加一個(gè)匹配電阻，一般選100的電阻。 為了實(shí)現(xiàn)rs485通訊，需要使用通

33、訊芯片max485，將單片機(jī)的ttl電平轉(zhuǎn)變成485電平。max485接口芯片是maxim公司的一種rs485芯片。max485是用于rs-485與rs-422通信的低功耗收發(fā)器。max485的驅(qū)動(dòng)器擺率不受限制, 可以實(shí)現(xiàn)最高2.5mbps的傳輸速率。這些收發(fā)器在驅(qū)動(dòng)器禁用的空載或滿載狀態(tài)下，吸取的電源電流在120a至500a之間。所有器件都工作在5v單電源下。驅(qū)動(dòng)器具有短路電流限制，并可以通過(guò)熱關(guān)斷電路將驅(qū)動(dòng)器輸出置為高阻狀態(tài)。接收器輸入具有失效保護(hù)特性，當(dāng)輸入開路時(shí)，可以確保邏輯高電平輸出。具有較高的抗干擾性能。max485是市面上最為常見的rs422芯片，亦是用量最大的rs422芯片，

34、性價(jià)比高在與單片機(jī)連接時(shí)接線非常簡(jiǎn)單，如圖3-32所示。 圖3-2通訊模塊電路3.5 電磁閥驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì) 低壓直流的可以用兩個(gè)三級(jí)管組成達(dá)林頓放大驅(qū)動(dòng)電磁閥（但要加續(xù)流二級(jí)管）。所以本設(shè)計(jì)采用的是用一個(gè)三極管來(lái)控制一個(gè)繼電器的線圈，用繼電器的一對(duì)觸點(diǎn)來(lái)控制電磁閥的開和閉。在繼電器線圈兩端并接一個(gè)續(xù)流二極管，作用是當(dāng)繼電器線圈失電后，將線圈儲(chǔ)存的能量釋放，二極管導(dǎo)通，防止燒壞三極管。 必須再加一個(gè)反相器，使的當(dāng)單片機(jī)上電時(shí)電磁閥不動(dòng)作。硬件電路原理圖如圖3-15所示。圖中r2、r4為上拉電阻，由于單片機(jī)提供高電平的能力有限，需要一個(gè)上拉電阻將電平嵌位在高電平，同時(shí)這個(gè)電阻還有限流作用，一般取經(jīng)驗(yàn)

35、值5.1k。圖3-15 電磁閥驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)3.6 報(bào)警電路設(shè)計(jì) 當(dāng)卡中的余額低于一定值時(shí)，本系統(tǒng)設(shè)定為當(dāng)卡中余額低于0.1元時(shí)，蜂鳴器便會(huì)發(fā)出報(bào)警，報(bào)警的器件選用蜂鳴器。由于單片機(jī)的i/o口驅(qū)動(dòng)能力有限，故通過(guò)三極管來(lái)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，用at89s52單片機(jī)的p2.0引腳來(lái)控制蜂鳴器的發(fā)聲，電路如圖3-16所示。蜂鳴器的正極性的一端聯(lián)接到5v電源上面，另一端聯(lián)接到三極管的集電極，三極管的基級(jí)由單片機(jī)的p2.0管腳來(lái)控制，當(dāng)p2.0管腳為高時(shí)，三極管導(dǎo)通，這樣蜂鳴器的電流形成回路，發(fā)出聲音。當(dāng)p2.0管腳為低時(shí)，三極管截止，蜂鳴器不發(fā)出聲音。為了防止系統(tǒng)上電時(shí)峰鳴器發(fā)出聲音，以為系統(tǒng)復(fù)位以后，i/o口

36、輸出的是高電平，還可以采用一個(gè)非門， 當(dāng)有卡時(shí)，發(fā)光二極管便工作，顯示有卡。連接電路圖如圖3-17所示。 圖3-16 低額報(bào)警電路 圖3-17 有卡顯示單路3.7流量檢測(cè)電路模塊設(shè)計(jì)3.7.1 原理分析 霍爾器件是一種磁傳感器。用它們可以檢測(cè)磁場(chǎng)及其變化，可在各種與磁場(chǎng)有關(guān)的場(chǎng)合中使用?；魻柶骷曰魻栃?yīng)為其工作基礎(chǔ)。 霍爾器件具有許多優(yōu)點(diǎn)，它們的結(jié)構(gòu)牢固，體積小，重量輕，壽命長(zhǎng)，安裝方便，功耗小，頻率高（可達(dá)1mhz），耐震動(dòng)，不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕。 霍爾線性器件的精度高、線性度好；霍爾開關(guān)器件無(wú)觸點(diǎn)、無(wú)磨損、輸出波形清晰、無(wú)抖動(dòng)、無(wú)回跳、位置重復(fù)精度高（可達(dá)µ

37、m級(jí)）。取用了各種補(bǔ)償和保護(hù)措施的霍爾器件的工作溫度范圍寬，可達(dá)55150。 本設(shè)計(jì)選用水流量傳感器是利用霍爾元件的霍爾效應(yīng)來(lái)測(cè)量磁性物理量。在霍爾元件的正極串入負(fù)載電阻，同時(shí)通上5v的直流電壓并使電流方向與磁場(chǎng)方向正交。當(dāng)水通過(guò)渦輪開關(guān)殼推動(dòng)磁性轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生不同磁極的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，切割磁感應(yīng)線，產(chǎn)生高低脈沖電平。由于霍爾元件的輸出脈沖信號(hào)頻率與磁性轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速成正比，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速又與水流量成正比，根據(jù)水流量的大小啟動(dòng)燃?xì)鉄崴?。水流量傳感器主要由銅閥體、水流轉(zhuǎn)子組件、穩(wěn)流組件和霍爾元件組成。它裝在熱水器的進(jìn)水端用于測(cè)量進(jìn)水流量。當(dāng)水流過(guò)轉(zhuǎn)子組件時(shí)，磁性轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，并且轉(zhuǎn)速隨著流量成線性變化。霍爾元

38、件輸出相應(yīng)的脈沖信號(hào)反饋給控制器，由控制器判斷水流量的大小，調(diào)節(jié)控制比例閥的電流，從而通過(guò)比例閥控制燃?xì)鈿饬?，避免燃?xì)鉄崴髟谑褂眠^(guò)程中出現(xiàn)夏暖冬涼的現(xiàn)象。水流量傳感器從根本上解決了壓差式水氣聯(lián)動(dòng)閥啟動(dòng)水壓高以及翻板式水閥易誤動(dòng)作出現(xiàn)干燒等缺點(diǎn)。它具有反映靈敏、壽命長(zhǎng)、動(dòng)作迅速、安全可靠、連接方便。流量計(jì)與單片機(jī)接圖如圖3-13所示。圖3-13 流量與單片機(jī)連接圖3.8 時(shí)鐘電路模塊設(shè)計(jì) 時(shí)鐘電路是微型計(jì)算機(jī)的心臟，它控制著計(jì)算機(jī)的節(jié)奏。cpu就是通過(guò)復(fù)雜的時(shí)序電路完成不同的指令功能。at89s52的時(shí)鐘信號(hào)可以由兩種方式產(chǎn)生：一種是內(nèi)部方式，利用芯片內(nèi)部的振蕩電路，產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)；另一種為外部

39、方式，時(shí)鐘信號(hào)由外部引入。如果沒有時(shí)鐘電路來(lái)產(chǎn)生時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)單片機(jī)，單片機(jī)是無(wú)法工作的。 本設(shè)計(jì)采用串行時(shí)鐘芯片dsl302。dsl302 由雙電源中較大者供電，使系統(tǒng)在沒有主電源的情況下也能保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。片內(nèi)具有 31 個(gè)字節(jié)靜態(tài) ram，可用來(lái)保存重要數(shù)據(jù)。dsl302 具有引腳少、體積小、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛應(yīng)用從而成為最常用的時(shí)鐘芯片，dsl302外接鈕扣充電電池構(gòu)成時(shí)鐘電路. 圖3-12時(shí)鐘電路3.9 顯示電路模塊設(shè)計(jì)3.9.1 驅(qū)動(dòng)器的選擇及max7219簡(jiǎn)介本設(shè)計(jì)中選擇動(dòng)態(tài)顯示方式，動(dòng)態(tài)顯示的硬件連接較簡(jiǎn)單，但要考慮驅(qū)動(dòng)問題。本設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)器選擇max7219，比常規(guī)動(dòng)態(tài)顯示和

40、靜態(tài)顯示的硬件電路簡(jiǎn)單、顯示亮度高、不閃爍、軟件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。max7219 芯片是一個(gè)專用的高度集成的八位共陰極顯示驅(qū)動(dòng)串行接口。它片內(nèi)包括 bcd 譯碼器、多路掃描控制器、字和位驅(qū)動(dòng)器和8×8 靜態(tài)ram。外部只需要一個(gè)外接電阻就能設(shè)置所有 led 顯示器字段的電流。max7219 和微處理器與單片機(jī)的接口簡(jiǎn)單，只需三根導(dǎo)線即串行時(shí)鐘線、串行數(shù)據(jù)總線、芯片選通線連接可實(shí)現(xiàn)100mhz串行口，每位顯示數(shù)字有一個(gè)地址由微處理器寫入，就可以控制多個(gè)數(shù)碼管的顯示，因而操作簡(jiǎn)單。使用者還可選擇譯碼方式和譯碼位、停機(jī)模式、數(shù)字亮度的控制、從18 選擇掃描位數(shù)和對(duì)所有l(wèi)ed顯示器的測(cè)試模式。

41、 1. 引腳的介紹引腳如圖3-6所示。圖3-6 max7219引腳圖max7219各引腳的功能為： din：串行數(shù)據(jù)輸入端； dout：串行數(shù)據(jù)輸出端，用于級(jí)連擴(kuò)展； load：裝載數(shù)據(jù)輸入； clk：串行時(shí)鐘輸入； dig0dig7：8位led位選線，從共陰極led中吸入電流； seg aseg g dp：7段驅(qū)動(dòng)和小數(shù)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)； iset：通過(guò)一個(gè)10k電阻和vcc相連，設(shè)置段電流；2.工作原理max7219 和單片計(jì)算機(jī)連接有三條引線（din、clk、load） ，采用 16 位數(shù)據(jù)串行移位接收方式。即單片機(jī)將 16 位二進(jìn)制數(shù)逐位發(fā)送到din 端,在 clk 上升沿到來(lái)前準(zhǔn)備就緒，clk

42、 的每個(gè)上升沿將一位數(shù)據(jù)移入 max7219 內(nèi)移位寄存器，當(dāng) 16 位數(shù)據(jù)移入完，在 load 引腳信號(hào)上升沿將 16 位數(shù)據(jù)裝入max7219 內(nèi)的相應(yīng)位置，在max7219 內(nèi)部硬件動(dòng)態(tài)掃描顯示控制電路作用下實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示。 max7219在驅(qū)動(dòng)8 位以下 led顯示器時(shí)，它的 din、clk、load 端分別接單片機(jī) p0p3 口中的任意三條口線，注意在三條線上對(duì)地應(yīng)接幾十至幾百 pf 電容。在 p0 口作為 din、clk、load信號(hào)線時(shí)還應(yīng)接 10kÙ 左右的上拉電阻。在顯示器與微處理器連接線較長(zhǎng)時(shí)還應(yīng)考慮干擾的影響。3.10 電源模塊設(shè)計(jì)3.10.1 x34063芯片簡(jiǎn)

43、介 在設(shè)計(jì)中電磁閥和流量計(jì)選用的為dc 12v電源，其余芯片所需的電源為dc 5v, 因此要用到dc12v和dc5v的兩種電源轉(zhuǎn)換電路。本設(shè)計(jì)采用直流/直流變換器控制電路x34063。它具有以下特點(diǎn)：能在3.0v-40v輸入電壓下工作；短路電流限制；低靜態(tài)電流；輸出開關(guān)電流可達(dá)1.5a（無(wú)外接三極管）；輸出電壓可調(diào)；工作振蕩頻率從100hz至100khz；可構(gòu)成升壓、降壓或反向電源變換器。1. x34063的工作原理由于內(nèi)置有大電流的電源開關(guān)，x34063能夠控制的開關(guān)電流達(dá)到1.5a。內(nèi)部線路包含有參考電壓源、振蕩器、轉(zhuǎn)換器、邏輯控制線路和開關(guān)晶體管。參考電壓源是溫度補(bǔ)償?shù)膸痘鶞?zhǔn)源，振蕩器

44、的振蕩頻率由3腳的外接定時(shí)電容決定，開關(guān)晶體管由比較器的反相輸入端和與振蕩器相連的邏輯控制線路置成on，并由與振蕩器輸出同步的下一個(gè)脈沖置成off。電路原理：震蕩器通過(guò)恒流源對(duì)外接在ct管腳（3腳）上的定時(shí)電容不斷地充電放電，以產(chǎn)生振蕩波形。充電和放電電流都是恒定的，所以振蕩頻率僅取決于外接定時(shí)電熱的容量。與門的c輸入端在振蕩器外充電un時(shí)為高電平，d輸入端在比較器的輸入電平低于閾值電平時(shí)為高電平。當(dāng)c和d輸入端都變成高電平時(shí)，觸發(fā)器被置為高電平，輸出開關(guān)管導(dǎo)通。反之，當(dāng)振蕩器在放電期間，c輸入端為低電平，觸發(fā)器被復(fù)位，使得輸出開關(guān)管處于關(guān)閉狀態(tài)。電流限制si檢測(cè)端（5腳）通過(guò)檢測(cè)連接在v+和

45、5腳之間電阻上的壓降來(lái)完成功能。當(dāng)檢測(cè)到電阻上的電壓降接近超過(guò)300mv時(shí)，電流限制電路開始工作。這時(shí)通過(guò)ct管（3腳）對(duì)定時(shí)電容進(jìn)行快速充電，以減少充電時(shí)間和輸出開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間，結(jié)果是使得輸出開關(guān)管的關(guān)閉時(shí)間延長(zhǎng)。3.10.2 dc12v電源轉(zhuǎn)換電路圖3-3 dc12v電源轉(zhuǎn)換電路ac220v經(jīng)過(guò)變壓器轉(zhuǎn)化成ac15v，再經(jīng)過(guò)整流濾波部分（其中c1過(guò)濾低頻，取經(jīng)驗(yàn)值100uf；c2過(guò)濾高頻，取經(jīng)驗(yàn)值0.1uf）轉(zhuǎn)變成dc13.5v（0.9u），最后經(jīng)dc/dc變換器x34063降壓成dc12v。其中管腳4和管腳5有一個(gè)誤差放大器，管腳4有一個(gè)基準(zhǔn)電壓1.25v，為使誤差最小使得管腳5的輸入

46、電壓也為1.25v，r3可取值為1.2k，r4可取值為10k3.10.3 dc5v電源轉(zhuǎn)換電路圖3-5 dc5v電源轉(zhuǎn)換電路dc5v電源主要是供給單片機(jī)使用，它的最大負(fù)載電流大約是400ma，因此本電路中實(shí)際連接時(shí)選用兩個(gè)1的電阻并聯(lián)構(gòu)成0.5。3.11讀寫電路模塊設(shè)計(jì)3.11.1 mf rc500芯片簡(jiǎn)介mf rc500擁有32個(gè)引腳，采用s032封裝。引腳圖如圖3-18所示。 圖3-18 mf rc500引腳圖管腳符號(hào)類型描述1oscini晶體振蕩器反相放大器輸入，也作為外部時(shí)鐘輸入（f=13.56mhz）2irqo中斷請(qǐng)求信號(hào)3mfiniiso/iec14443a（mifare）串行數(shù)字

47、接口輸入4mfoutoiso/iec14443a（mifare）串行數(shù)字接口輸出5tx1o發(fā)送1，發(fā)送調(diào)制的13.56mhz載波6tvddpwr發(fā)送器電源，tx1和tx2的供電電源7tx2o發(fā)送2，發(fā)送調(diào)制的13.56mhz載波8tvsspwr發(fā)送器電源，tx1和tx2的供電電源的地線9ncsi片選10nwr(r/w,nwrite)i寫11nrd(nds,ndstrb)i讀12dvsspwr數(shù)字地13-20d0-d7oi/o8bit雙向數(shù)據(jù)總線21ale(as,nastrb)i地址鎖存使能，為高時(shí)將ad0-ad5鎖存為內(nèi)部地址22a0(nwait)i地址0.寄存器地址0，等待信號(hào)為低可以開始一

48、個(gè)存取周期，為高時(shí)停止23a1i地址1.寄存器地址124a2i地址2.寄存器地址225dvddpwr數(shù)字電源26avddpwr模擬電源27auxo輔助輸出?？梢赃x擇某一內(nèi)部信號(hào)輸出至此引腳以便調(diào)試28avsspwr模擬地29rxi接收器輸入，即由ic卡給出的應(yīng)答經(jīng)過(guò)天線電路耦合輸入的13.56mhz調(diào)制載波30vmidpwr內(nèi)部參考電壓輸出，必須對(duì)模擬地接一個(gè)100nf電容31rstpdi復(fù)位和掉電，為高時(shí)使振蕩器停振，下降沿啟動(dòng)內(nèi)部復(fù)位32oscouto晶體振蕩器反相放大器輸出3.11.2 mf rc500與at89s52與接口電路mf rc500中斷源通過(guò)int1引腳引入單片機(jī)。單片機(jī)與m

49、frc500的接 口采用 了獨(dú)立 讀/寫選通 復(fù)用地 址總線 的接口模 式，將mfrc500的并口(p0p7)與單片機(jī)的p0口連接，片選信號(hào)ncs與p2.7相連，mfrc500的中斷與單片機(jī)的int1相連。另外該模式下mfrc500的a2、a1、a0分別與gnd、vcc、vcc相連，保證 a2、a1、a0的輸入電平分別為低、高、高。單片機(jī)與mf rc500的接口電路如圖3-27所示。圖3-27 單片機(jī)與mf rc500的接口電路3.11.3 天線設(shè)計(jì)天線電路由4個(gè)部分組成，即emc(電磁兼容性)低通濾波器、接收電路、天線匹配電路和天線。emc低通濾波器由l0和c0組成。mifare系統(tǒng)在13.

50、56mhz頻率下操作。該頻率由一個(gè)石英晶振產(chǎn)生用于驅(qū)動(dòng)mfrc500以及作為驅(qū)動(dòng)天線的13.56mhz能量載波的基頻。這樣除了產(chǎn)生13.56mhz的發(fā)射功率而且會(huì)發(fā)射更高的諧波。國(guó)際emc條例定義了在廣播頻段中發(fā)射功率的幅值。因此，必須對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)臑V波。接收電路由r1、r2、c3、c4組成。使用了內(nèi)部產(chǎn)生的vmid電勢(shì)作為rx腳的輸入電勢(shì)。為了提供一個(gè)穩(wěn)定的參考電壓，還必須在vmid腳接一個(gè)對(duì)地的電容c4。讀卡器的接收部分在rx和vmid腳之間連接了一個(gè)分壓器。天線線圈和分壓器之間使用了一個(gè)串接電容。emc低通濾波器和接收電路的元件取值見下表1：天線匹配電路由c1、c2a、c2b組成，

51、這里設(shè)計(jì)成一個(gè)直接匹配天線的匹配電路，各元件的取值決定于天線的電氣特性和環(huán)境的影響。對(duì)天線線圈的電感量的精確計(jì)算是不可行的?？梢酝ㄟ^(guò)下面的公式來(lái)估算，天線一般設(shè) 計(jì)成環(huán)形或者矩形。 式中，i1為導(dǎo)體環(huán)一圈的長(zhǎng)度；d1為導(dǎo)線直徑或者pcb板上導(dǎo)體的寬度； k為天線形狀因素（環(huán)行天線k=1.07，矩形天線k=1.47)；n1為圈數(shù) 第四章 射頻卡讀寫器的軟件設(shè)計(jì) 首先，將ic卡分為用戶卡和管理員卡兩種。用戶卡即為買水用卡；管理員卡用于對(duì)水控器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和讀取消費(fèi)額。管理員卡在使用前，應(yīng)先在裝有系統(tǒng)管理軟件的pc機(jī)上進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置時(shí)只需將ic卡靠近水控器的讀寫天線去即可?？梢杂猛粡坕c

52、卡對(duì)多臺(tái)水控器進(jìn)行設(shè)置和數(shù)據(jù)采集，采集的數(shù)據(jù)被保存在卡內(nèi)，只有回到裝有系統(tǒng)管理軟件的pc機(jī)上用ic卡讀寫器讀寫后才會(huì)將采集數(shù)據(jù)清零。在ic卡的一個(gè)分區(qū)內(nèi)寫有管理員特征碼，以區(qū)分管理員卡和用戶卡。4.1總體流程 mf rc500的初始化就是對(duì)其內(nèi)的64個(gè)寄存器進(jìn)行初始化設(shè)置。當(dāng)識(shí)別出有ic卡靠近水控器時(shí)，即讀取到ic卡的系統(tǒng)標(biāo)識(shí)碼（系統(tǒng)標(biāo)識(shí)碼事先已寫入卡內(nèi)以區(qū)別是否屬于該系統(tǒng)），并判斷這張ic卡是用戶卡還是管理卡，根據(jù)判斷結(jié)果跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的處理程序。圖4-8為系統(tǒng)的總體流程圖。4.1.1用戶卡處理流程考慮到系統(tǒng)長(zhǎng)期使用后可能出現(xiàn)壞卡（即不能改寫），流程中設(shè)置有寫卡累積次數(shù)的限制流程。如寫卡累計(jì)次數(shù)

53、超過(guò)6次仍不能成功則退出并報(bào)警。 開機(jī)單片機(jī)初始化顯示處理mfrc500初始化是否讀寫卡是否校驗(yàn)系統(tǒng)標(biāo)識(shí)判斷卡類型用戶卡處理程序管理卡處理程序ynn圖4-8 總體流程圖讀卡中余額靜態(tài)顯示卡中扣費(fèi)前的余額扣除規(guī)定金額數(shù)動(dòng)態(tài)顯示卡中扣費(fèi)后的金額數(shù)將扣費(fèi)后的金額寫入ic卡是否寫卡成功開水閥退出寫卡累計(jì)次數(shù)加1累積次數(shù)小于等于6關(guān)水閥退出yn 圖4-12 消費(fèi)卡程序流程圖 4.2對(duì)ic卡操作流程mfrc500復(fù)位與初始化搜尋ic卡ic卡防沖突選擇ic卡認(rèn)證命令散轉(zhuǎn)讀塊寫塊加值減值暫停是否改變?cè)L問分區(qū)yn對(duì)ic卡的操作流程如圖所示圖對(duì)ic卡的基本操作流程要對(duì)ic卡進(jìn)行操作，首先應(yīng)對(duì)mfrc500進(jìn)行復(fù)位與初始化。流程圖如下。rc500復(fù)位成功？配置rc500內(nèi)部寄存器配置成功？返回參數(shù)出錯(cuò)結(jié)束rc500復(fù)位圖4-10 mf rc500初始化流程圖 結(jié)論 本文介紹了一種非接觸式ic卡節(jié)水控制器的設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行了系統(tǒng)方案的整體設(shè)計(jì)，并且對(duì)射頻讀寫模塊進(jìn)行了較詳細(xì)的設(shè)計(jì)，給出了射頻讀寫模塊的硬件電路圖，同時(shí)給出了系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)流程，以及對(duì)電子標(biāo)簽與讀寫器的通訊流程進(jìn)行了說(shuō)明。非接觸式ic卡節(jié)水控制器作為構(gòu)成校園一卡通、企業(yè)一卡通系統(tǒng)的一部分，越來(lái)越深入人們的生活，提供了人們對(duì)水資源的利用與管理的自動(dòng)化服務(wù)，為人們的生活帶來(lái)了便利。 本系統(tǒng)采用單片機(jī)對(duì)