非接觸式IC卡節(jié)水控制器的設計與實現(xiàn)

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/寫選通 復用地 址總線 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）天線電路設計

天線電路由4個部分組成，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。該頻率由一個石英晶振產(chǎn)生用于驅動MFRC500以及作為驅動天線的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，必須對輸出信號進行適當?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電勢作為RX腳的輸入電勢。為了提供一個穩(wěn)定的參考電壓，還必須在VMID腳接一個對地的電容C4。讀卡器的接收部分在RX和VMID腳之間連接了一個分壓器。天線線圈和分壓器之間使用了一個串接電容。 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，這里設計成一個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。

對天線線圈的電感量的精確計算是不可行的?？梢酝ㄟ^下面的公式來估算，天線一般設 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)一圈的長度；D1為導線直徑或者PCB板上導體的寬度； 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水控器進行參數(shù)設置和讀取消費額。管理員卡在使用前要在裝有系統(tǒng)管理軟件的PC機上進行設置，在IC卡的一個分區(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的需要， MFRC500的初始化即對MFRC500的內(nèi)部寄存器進行設置。當有IC卡靠近讀寫器時，先讀取系統(tǒng)識別碼（判斷該卡是否適用于該系統(tǒng)），然后判斷卡類型并進入相對應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，因而設置有寫卡累計次數(shù)限制流程，如果寫卡累計6 次仍不能成功則退出并報警。