射頻卡水控終端的設計

　　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,這既有政策方面的問題也有技術層面的原因。要實現用水的現代化管理，水控終端的研制和改進是一個重要課題。一個具備較高自動化程度的水控終端所要解決的技術問題很多，包括：閥門控制、身份認證、水費支付、數據采集、數據管理等。隨著計算機、微電子以及工業(yè)數據通信技術的發(fā)展，這些問題已有較好的解決方法,本文介紹一種基于CAN總線和射頻卡技術的水控終端的設計方案。

　　一、射頻卡技術簡介

　　目前常用的IC卡有兩種：接觸式和非接觸式IC卡。接觸式IC卡通過機械觸點從讀寫器中獲取能量和交換數據，應用比較廣泛，但有時機械觸點接通不可靠，且觸點容易被腐蝕和污染，在有些領域應用受到限制；非接觸式IC卡通過線圈射頻感應從讀寫器獲取能量和交換數據（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。非接觸識別已經逐步發(fā)展成為一個獨立的跨學科的專業(yè)領域，涉及高頻技術、半導體技術、數據保護、密碼學、電信等，它將大量來自不同專業(yè)領域的技術綜合在一起,應用已經趨于成熟。

　　射頻卡卡片的電氣部分由一個天線和ASIC組成?？ㄆ奶炀€是有幾組繞線的線圈，適于封裝到卡片中?？ㄆ腁SIC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?？ㄆ拇鎯热萦捎脩舾鶕枰约憾x，下面是一種身份識別系統(tǒng)的存儲方案，如圖1所示：

　　二、水控終端硬件設計

　　水控終端主要實現數據顯示、用戶身份識別、消費數據存儲、參數存儲、黑/白名單檢索、CAN數據通信、流量脈沖采集、電磁閥驅動等功能。其硬件系統(tǒng)結構框圖如圖2所示：

　　1. 射頻卡驅動電路：

　　選用復旦微電子公司的FM1702或飛利浦的RC500，這兩種芯片都是基于ISO14443 標準的非接觸卡讀卡機的專用芯片，支持ISO14443 typeA 非接觸通信協議，支持MIFARE 標準的加密算法。芯片內部高度集成了模擬調制解調電路，只需少量的外圍電路就可以構成讀寫卡電路。

　　天線諧振頻率的調整難度較大，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，但阻抗分析儀價格昂貴，沒有這種設備條件的設計者一般可使用雙蹤示波器采用李沙育圖形法或根據經驗公式數據反復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(數據鏈路層芯片) 和電平轉換器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總線技術的優(yōu)勢，應盡量采用CAN2.0B方式，以提高通信效率。波特率的選取要根據通信距離而定，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總線不提供應用層協議規(guī)范，一個強壯的應用層協議對應用系統(tǒng)是至關重要的，如果應用層協議較復雜，可參考CANOPEN或DEVICENET等標準協議。

　　3. 數據存儲電路：

　　由鐵電存儲器FM24C256和FLASH存儲器AT24C256組成。使用鐵電存儲器FM24C256存儲消費數據，雖然成本較高，但寫入次數可達10億次，保證了數據存儲的可靠性。選擇FLASH存儲器AT24C256存儲黑名單信息，是考慮到這部分數據寫入并不是很頻繁和AT24C256成本較低。