射頻卡水控終端的設(shè)計

　　隨著水資源的日益短缺，節(jié)水已成為各個用水單位、整個國家以及世界各國的重要課題。在我國，用水存在著巨大浪費(fèi),這既有政策方面的問題也有技術(shù)層面的原因。要實現(xiàn)用水的現(xiàn)代化管理，水控終端的研制和改進(jìn)是一個重要課題。一個具備較高自動化程度的水控終端所要解決的技術(shù)問題很多，包括：閥門控制、身份認(rèn)證、水費(fèi)支付、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理等。隨著計算機(jī)、微電子以及工業(yè)數(shù)據(jù)通信技術(shù)的發(fā)展，這些問題已有較好的解決方法,本文介紹一種基于CAN總線和射頻卡技術(shù)的水控終端的設(shè)計方案。

　　一、射頻卡技術(shù)簡介

　　目前常用的IC卡有兩種：接觸式和非接觸式IC卡。接觸式IC卡通過機(jī)械觸點從讀寫器中獲取能量和交換數(shù)據(jù)，應(yīng)用比較廣泛，但有時機(jī)械觸點接通不可靠，且觸點容易被腐蝕和污染，在有些領(lǐng)域應(yīng)用受到限制；非接觸式IC卡通過線圈射頻感應(yīng)從讀寫器獲取能量和交換數(shù)據(jù)（又稱射頻卡），它存儲量大，成本低，適用于某些有特殊要求的場所。非接觸識別已經(jīng)逐步發(fā)展成為一個獨(dú)立的跨學(xué)科的專業(yè)領(lǐng)域，涉及高頻技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、數(shù)據(jù)保護(hù)、密碼學(xué)、電信等，它將大量來自不同專業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)綜合在一起,應(yīng)用已經(jīng)趨于成熟。

　　射頻卡卡片的電氣部分由一個天線和ASIC組成。卡片的天線是有幾組繞線的線圈，適于封裝到卡片中。卡片的ASIC由一個高速（106KB波特率）RF接口，一個控制單元和一個8K位EEPROM組成。卡分為16個扇區(qū)，每個扇區(qū)由4塊（塊0、塊1、塊2、塊3）組成，將16個扇區(qū)的64個塊按絕對地址編號為0～63。卡片的存儲內(nèi)容由用戶根據(jù)需要自己定義，下面是一種身份識別系統(tǒng)的存儲方案，如圖1所示：

　　二、水控終端硬件設(shè)計

　　水控終端主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示、用戶身份識別、消費(fèi)數(shù)據(jù)存儲、參數(shù)存儲、黑/白名單檢索、CAN數(shù)據(jù)通信、流量脈沖采集、電磁閥驅(qū)動等功能。其硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示：

　　1. 射頻卡驅(qū)動電路：

　　選用復(fù)旦微電子公司的FM1702或飛利浦的RC500，這兩種芯片都是基于ISO14443 標(biāo)準(zhǔn)的非接觸卡讀卡機(jī)的專用芯片，支持ISO14443 typeA 非接觸通信協(xié)議，支持MIFARE 標(biāo)準(zhǔn)的加密算法。芯片內(nèi)部高度集成了模擬調(diào)制解調(diào)電路，只需少量的外圍電路就可以構(gòu)成讀寫卡電路。

　　天線諧振頻率的調(diào)整難度較大，有條件最好使用阻抗分析儀，可精確獲得天線阻容元件的匹配參數(shù)，但阻抗分析儀價格昂貴，沒有這種設(shè)備條件的設(shè)計者一般可使用雙蹤示波器采用李沙育圖形法或根據(jù)經(jīng)驗公式數(shù)據(jù)反復(fù)試湊也可獲得較好的讀卡效果。

　　2. CAN通信電路：

　　由CAN通信控制器SJA1000(數(shù)據(jù)鏈路層芯片) 和電平轉(zhuǎn)換器82C250（物理層芯片）組成。SJA1000的外圍電路和通信程序都有很成熟的方案和資料可以借鑒，這里不再介紹。為充分發(fā)揮CAN總線技術(shù)的優(yōu)勢，應(yīng)盡量采用CAN2.0B方式，以提高通信效率。波特率的選取要根據(jù)通信距離而定，不要盲目追求高波特率，過高的波特率會造成通訊錯誤增多，反而會降低通信效率。

　　CAN總線不提供應(yīng)用層協(xié)議規(guī)范，一個強(qiáng)壯的應(yīng)用層協(xié)議對應(yīng)用系統(tǒng)是至關(guān)重要的，如果應(yīng)用層協(xié)議較復(fù)雜，可參考CANOPEN或DEVICENET等標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。

　　3. 數(shù)據(jù)存儲電路：

　　由鐵電存儲器FM24C256和FLASH存儲器AT24C256組成。使用鐵電存儲器FM24C256存儲消費(fèi)數(shù)據(jù)，雖然成本較高，但寫入次數(shù)可達(dá)10億次，保證了數(shù)據(jù)存儲的可靠性。選擇FLASH存儲器AT24C256存儲黑名單信息，是考慮到這部分?jǐn)?shù)據(jù)寫入并不是很頻繁和AT24C256成本較低。