非接觸式IC卡節水控制器的設計與實(shí)現

圖2 射頻接口模塊硬件電路圖

2）單片機與MFRC500接口電路設計

單片機與MFRC500的接 口采用 了獨立 讀/寫(xiě)選通 復用地 址總線(xiàn) 的接口模式，將MFRC500的并口(P0~P7)與單片機的P0口連接，片選信號NCS與P2.7相連，MFRC500的中斷與單片機的INT1相連，復位腳 RSTPD與單片機的P1.2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。

3）天線(xiàn)電路設計

天線(xiàn)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(xiàn)匹配電路和天線(xiàn)。

EMC低通濾波器由L0和C0組成。Mifare系統在13.56MHz頻率下操作。該頻率由一個(gè)石英晶振產(chǎn)生用于驅動(dòng)MFRC500以及作為驅動(dòng)天線(xiàn)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，必須對輸出信號進(jìn)行適當的濾波。接收電路由R1、R2、C3、C4組成。使用了內部產(chǎn)生的VMID電勢作為RX腳的輸入電勢。為了提供一個(gè)穩定的參考電壓，還必須在VMID腳接一個(gè)對地的電容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(xiàn)線(xiàn)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(jiàn)下表1：

天線(xiàn)匹配電路由C1、C2a、C2b組成，這里設計成一個(gè)直接匹配天線(xiàn)的匹配電路，各元件的取值決定于天線(xiàn)的電氣特性和環(huán)境的影響。

對天線(xiàn)線(xiàn)圈的電感量的精確計算是不可行的?？梢酝ㄟ^(guò)下面的公式來(lái)估算，天線(xiàn)一般設 計成環(huán)形或者矩形。

表1 EMC濾波器和接收電路元件的取值

式中，I1為導體環(huán)一圈的長(cháng)度；D1為導線(xiàn)直徑或者PCB板上導體的寬度； K為天線(xiàn)形狀因素（環(huán)行天線(xiàn)K=1.07，矩形天線(xiàn)K=1.47)；N1為圈數。

3. 軟件設計方案

控制器采用的是Mifare 1 S50型非接觸式IC卡，這里將IC卡設置成用戶(hù)卡和管理員卡兩種。用戶(hù)卡即為買(mǎi)水用卡；而管理員用卡用于對水控器進(jìn)行參數設置和讀取消費額。管理員卡在使用前要在裝有系統管理軟件的PC機上進(jìn)行設置，在IC卡的一個(gè)分區內寫(xiě)有管理員特征碼，用于區分卡類(lèi)型。

3.1 水控器總體流程

水控器總體流程圖如圖3所示。

圖3 水控器總體流程圖

系統初始化包括了單片機的初始化、讀24C01A操作、顯示處理、以及MFRC500初始化。其中讀24C01A操作是為了顯示單價(jià)的需要， MFRC500的初始化即對MFRC500的內部寄存器進(jìn)行設置。當有IC卡靠近讀寫(xiě)器時(shí)，先讀取系統識別碼（判斷該卡是否適用于該系統），然后判斷卡類(lèi)型并進(jìn)入相對應的用戶(hù)卡或管理員卡處理流程。在用戶(hù)卡以及管理員卡處理流程中考慮長(cháng)期使用可能出現壞卡，因而設置有寫(xiě)卡累計次數限制流程，如果寫(xiě)卡累計6 次仍不能成功則退出并報警。