非接觸式IC卡節水控制器的設計與實(shí)現

1.引言

非接觸式IC卡節水控制器（簡(jiǎn)稱(chēng)水控器或水控機），就是采用非接觸式IC卡讀寫(xiě)器控制出水，對用水實(shí)行無(wú)人收費管理]。它是一種集計量功能及控制功能為一體的裝置，是一種利用現代微電子技術(shù)、現代傳感技術(shù)、非接觸式IC卡技術(shù)對用水量進(jìn)行計量并能進(jìn)行用水數據傳遞及結算交易的新型裝置。有水龍頭流水的場(chǎng)所都可以利用控制器達到節水的目的。如：浴室、集體和個(gè)人公寓、開(kāi)水房等場(chǎng)所。該裝置采用國內最常見(jiàn)的Philips公司生產(chǎn)的Mifare1 S50非接觸式IC卡作為通訊卡，具有體積小、攜帶方便、防水防潮、堅固耐磨等優(yōu)點(diǎn)，并且能方便的配合售飯機、門(mén)禁系統、考勤系統等一起使用，構成校園一卡通、企業(yè)一卡通系統。

2.基于非接觸式IC卡的節水控制器總體方案及硬件設計

2.1 總體方案

由圖1的系統框圖可以看出，水控器主要以AT89C51主控MCU為核心，輔以射頻接口模塊、流量計量模塊、水控接口模塊、開(kāi)關(guān)電源電路、數碼顯示電路、數據存儲電路、蜂鳴器報警電路等組成。

圖1非接觸式IC卡節水控制器系統框圖

只要在讀卡器讀卡范圍內有IC卡，則通過(guò)單片機控制射頻接口電路對IC卡進(jìn)行操作，判斷IC卡的類(lèi)型（用戶(hù)卡或管理員卡），根據卡內的信息內容進(jìn)行相應的處理，并根據需求通過(guò)水控接口電路來(lái)控制電磁閥的狀態(tài)（開(kāi)或關(guān)），系統運作過(guò)程中的有關(guān)信息通過(guò)數碼顯示電路顯示出來(lái)或將有關(guān)數據記錄到數據存儲器中。另外水表在用水的過(guò)程中通過(guò)流量傳感器發(fā)出脈沖信號，單片機接收脈沖信號進(jìn)行運算和處理然后對IC卡進(jìn)行相應的扣款處理并通過(guò)數碼顯示電路顯示有關(guān)信息，并在用水的過(guò)程中進(jìn)行實(shí)時(shí)監控，若IC卡的余額過(guò)低則通過(guò)蜂鳴器發(fā)聲報警。水控器的各部分協(xié)調運作從而可以實(shí)現用水的自動(dòng)化管理。

2.2 水控器硬件設計

2.2.1 MCU模塊

水控器的核心MCU模塊選用內置功能強大，且具有高性?xún)r(jià)比的AT89C51單片機，它是一個(gè)低電壓、高性能CMOS 8位單片機，片內含4k bytes的可反復擦寫(xiě)的Flash只讀程序存儲器和128 bytes的隨機存取數據存儲器（RAM），采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)，兼容標準MCS-51指令系統。另外MCU的外接電路，如：數據存儲器采用AT24C01A作為非易失的數據存儲（用于存儲設置參數和消費數據，如水價(jià)、累計消費等）。

數碼顯示電路可采用74HC164驅動(dòng)數碼顯示。為了降低裝置的功耗和發(fā)熱，采用了開(kāi)關(guān)電源作為供電電源，可選用L4962E/A的降壓型PWM控制開(kāi)關(guān)穩壓集成電路，它具有輸出電壓可調、過(guò)流保護、過(guò)熱保護和軟啟動(dòng)功能。報警電路將蜂鳴器與MCU基本I/O口相連主要實(shí)現余額不足報警等功能。水控接口電路利用AT89C51單片機的基本I/O口輸出控制信號，經(jīng)放大后用以控制電磁閥的開(kāi)啟與關(guān)閉。來(lái)自流量傳感器的水流信號經(jīng)前置電路處理后，轉換為一系列可供測量的電壓脈沖信號，這些脈沖信號可由單片機的定時(shí)器進(jìn)行捕獲并由中斷服務(wù)程序實(shí)時(shí)記錄，經(jīng)過(guò)計算處理可以準確轉換成用戶(hù)的耗水量，進(jìn)而通過(guò)將耗水量轉換成用戶(hù)所要支付的金額并控制射頻接口模塊對IC卡進(jìn)行扣款操作。

2.2.2射頻接口模塊

該模塊主要由MFRC500芯片及其天線(xiàn)電路組成。

1）MFRC500簡(jiǎn)介

MFRC500是Philips公司于2000年給出的應用于13.56MHz非接觸式通信中高集成讀卡IC系列中的一員。利用了先進(jìn)的調制和解調概念，符合ISO/IEC1443標準中TYPE A協(xié)議的規定，完全集成了在13.56MHz下所有類(lèi)型的被動(dòng)非接觸式通信方式和協(xié)議。它具有以下一些特點(diǎn)：

?內部的發(fā)送器部分不需要增加有源電路就能夠直接驅動(dòng)近操作距離的天線(xiàn)(可達100mm)。
?接收器部分提供一個(gè)堅固而有效的解調和解碼電路，用于ISO14443A兼容的應答信號。
?數字部分處理ISO14443A幀和錯誤檢測（奇偶CRC）；此外，它還支持快速CRYPTO1加密算法用于驗證MIFARE系列產(chǎn)品。 方便的并行接口可直接連接到任何8位微處理器，這樣給讀卡器/終端的設計提供了極大的靈活性。