非接觸式IC卡節(jié)水控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

圖2 射頻接口模塊硬件電路圖

2）單片機(jī)與MFRC500接口電路設(shè)計(jì)

單片機(jī)與MFRC500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(P0~P7)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，復(fù)位腳 RSTPD與單片機(jī)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）天線電路設(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13.56MHz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，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^下面的公式來估算，天線一般設(shè) 計(jì)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(dǎo)體環(huán)一圈的長度；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)。

3. 軟件設(shè)計(jì)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(shè)置成用戶卡和管理員卡兩種。用戶卡即為買水用卡；而管理員用卡用于對(duì)水控器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和讀取消費(fèi)額。管理員卡在使用前要在裝有系統(tǒng)管理軟件的PC機(jī)上進(jìn)行設(shè)置，在IC卡的一個(gè)分區(qū)內(nèi)寫有管理員特征碼，用于區(qū)分卡類型。

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(tǒng)初始化包括了單片機(jī)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(duì)MFRC500的內(nèi)部寄存器進(jìn)行設(shè)置。當(dāng)有IC卡靠近讀寫器時(shí)，先讀取系統(tǒng)識(shí)別碼（判斷該卡是否適用于該系統(tǒng)），然后判斷卡類型并進(jìn)入相對(duì)應(yīng)的用戶卡或管理員卡處理流程。在用戶卡以及管理員卡處理流程中考慮長期使用可能出現(xiàn)壞卡，因而設(shè)置有寫卡累計(jì)次數(shù)限制流程，如果寫卡累計(jì)6 次仍不能成功則退出并報(bào)警。