【正文】 立電磁耦合之后，由天線部分拾取經(jīng)由射頻卡發(fā)射回來(lái)的信息，在射頻模塊 內(nèi)部進(jìn)行解調(diào)操作之后通過(guò)串口傳送給單片機(jī)進(jìn)行下一步操作； 單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心。選擇單片機(jī)時(shí)要考慮到單片機(jī)的串口數(shù)量以及是否單 片 機(jī) 數(shù) 據(jù) 庫(kù) 通信電路 RS485 LED顯示電路 水控閥 流量計(jì) 時(shí)鐘電路 電源電路 鍵盤(pán)電路 讀寫(xiě)器 看門(mén)狗電路 報(bào)警蜂鳴 數(shù)據(jù)交換 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 5 頁(yè) 共 44 頁(yè) 內(nèi)部集成一定量的存儲(chǔ)空間。當(dāng)數(shù)據(jù)傳遞給單片機(jī)之后，單片機(jī)將數(shù)據(jù)發(fā)送給顯示模塊，在顯示模塊上顯示相應(yīng)的信息，方便用戶進(jìn)行操作。單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。并且讀取用戶由鍵盤(pán)模塊鍵入的信息，發(fā)送指令給水控閥模塊進(jìn)行放水操作； 控制是否開(kāi)始放水的裝置為電磁閥。是由芯片 L9901 來(lái)驅(qū)動(dòng)的同步電機(jī)。 L9901 芯片能夠接收單片機(jī)發(fā)送的開(kāi)始發(fā)水或停止放水指令，驅(qū)動(dòng)同步電機(jī)進(jìn)行正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)，以此來(lái)進(jìn)行 控制放水操作； 在放水的過(guò)程中，需要利用傳感器來(lái)統(tǒng)計(jì)放水的總量。傳感器采用脈沖式水表，脈沖式水表能夠?qū)⑺啃畔⑥D(zhuǎn)化成為數(shù)字脈沖信號(hào)傳輸給單片機(jī)進(jìn)行處理。單片機(jī)進(jìn)行比較操作之后再驅(qū)動(dòng) L9901 芯片來(lái)控制是否繼續(xù)放水； 另外，系統(tǒng)所采用的芯片和元件主要采用 5V 和 12V 電壓進(jìn)行供電。系統(tǒng)采用的供電方式為將民用 220V 交流電進(jìn)行降壓整流逆變以及穩(wěn)壓操作之后，為系統(tǒng)提供 5V 或者 12V 直流電壓來(lái)為系統(tǒng)提供電能供應(yīng)。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 6 頁(yè) 共 44 頁(yè) 3 硬件電路設(shè)計(jì) 基于射頻卡的水控器設(shè)計(jì)的硬件電路主要包括射頻卡讀寫(xiě)器，水控裝置，與數(shù)據(jù)庫(kù)的連接電路以 及整個(gè)系統(tǒng)的供電單元。 讀寫(xiě)器的射頻模塊 讀寫(xiě)器主要負(fù)責(zé)與電子便簽的雙向通信，同時(shí)接收來(lái)自與 PC 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的指令。在整個(gè)系統(tǒng)中，讀寫(xiě)器占有很大的比重。系統(tǒng)要求整個(gè)系統(tǒng)的頻率和射頻卡的頻率必須與讀寫(xiě)器的頻率相一致。另一方面，讀寫(xiě)器功率的大小決定了系統(tǒng)的工作距離 [7]。從結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)，讀寫(xiě)器是由射頻模塊，天線部分以及邏輯控制單元構(gòu)成。同時(shí)一個(gè)完善的射頻卡讀寫(xiě)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具有其他的數(shù)據(jù)接口來(lái)進(jìn)行后期的拓展，使得整個(gè)系統(tǒng)的應(yīng)用面更廣泛，后期的拓展成本更低。 系統(tǒng)的運(yùn)行還基于對(duì)射頻卡的信息通信。射頻卡通信依靠射頻卡 內(nèi)部的 IC 芯片和天線，又被稱(chēng)為電子標(biāo)簽 [8]。射頻卡能夠通過(guò)諧振天線通過(guò)電感耦合或者電磁耦合原理與讀寫(xiě)器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。在射頻卡與讀寫(xiě)器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時(shí)，需要先在天線和射頻卡之間建立一個(gè)電磁耦合通路，射頻卡的能量由天線所提供，從而進(jìn)行數(shù)據(jù)的通信和交換。系統(tǒng)工作時(shí)，讀寫(xiě)器提供兩者的能量，能量通過(guò)耦合天線傳遞給射頻卡，其中一部分能量被用來(lái)驅(qū)動(dòng)射頻卡內(nèi)部的電路進(jìn)行工作，另一部分能量則被射頻卡內(nèi)部保存的數(shù)據(jù)信息調(diào)制后反射回讀寫(xiě)器 [9]。由于讀寫(xiě)器和射頻卡組成的系統(tǒng)進(jìn)行信息通信時(shí)并不需要有物理的接觸，因此相對(duì)于其他的通信 方式來(lái)說(shuō)，具有很多的優(yōu)點(diǎn)，因此得到了廣泛的應(yīng)用。 目前，關(guān)于射頻卡的標(biāo)準(zhǔn)有 ISO 1053 ISO1444 ISO 15693 和 ISO18000。不同通信標(biāo)準(zhǔn)下的射頻卡具有不同的編碼方式和工作的距離。本文設(shè)計(jì)的射頻卡讀取系統(tǒng)應(yīng)用于 ISO14443 標(biāo)準(zhǔn)的射頻卡。在 ISO14443 標(biāo)準(zhǔn)下，分為 typeA 和 typeB 兩種通信接口。近耦合射頻卡的能量是通過(guò)讀寫(xiě)器發(fā)送頻率為 的交變磁場(chǎng)來(lái)提供。在 IC 卡內(nèi)部，有一個(gè)匝數(shù)為 3~6 匝的線圈作為天線。所設(shè)計(jì)的讀卡器是針對(duì)于通信接口為 A 型的射頻卡，而對(duì)于 A 型的射頻卡來(lái)說(shuō)，使用經(jīng)過(guò)調(diào)制的 847kHz 副載波。（ ）。在兩種傳輸方向上，波特率為 106kbit/s（ ）。 單片機(jī)與讀寫(xiě)器的射頻模塊相連接，聽(tīng)過(guò)讀寫(xiě)器射頻模塊來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的讀、寫(xiě)卡命 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 7 頁(yè) 共 44 頁(yè) 令并且與讀寫(xiě)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。射頻模塊通過(guò)射頻天線部分與卡片進(jìn)行連接，從而實(shí)現(xiàn)讀卡寫(xiě)卡的操作。單片機(jī)要實(shí)現(xiàn)與顯示模塊，報(bào)警電路以及幾盤(pán)電路進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并且單片機(jī)通過(guò) RS 485 通信電路與上位機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行連接。整個(gè)讀寫(xiě)器的示意圖如圖 所示： 圖 讀寫(xiě)器設(shè)計(jì)圖 MF RC530 是 Philips 公司推出的一種非接觸式 IC 讀寫(xiě)模塊。該模塊能夠完全支持 下的所有類(lèi)型的非接觸式通信方式和協(xié)議，凡是基于 ISO14443 標(biāo)準(zhǔn)的射頻卡均可以通過(guò)基于 MF RC530構(gòu)建的讀寫(xiě)器進(jìn)行讀寫(xiě)。利用該芯片可以構(gòu)建一個(gè)體積較小、成本較低的讀寫(xiě)系統(tǒng)。本文設(shè)計(jì)基于該芯片 [10]。 射頻卡芯片與讀寫(xiě)器的通信是通過(guò)射頻卡線圈與由射頻模塊控制的天線進(jìn)行共振來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換和傳遞。系統(tǒng)的各部分 都受到單片機(jī)的控制，單片機(jī)控制 MFRC530與射頻卡進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，顯示部分顯示相關(guān)信息以及讀取用戶由鍵盤(pán)輸入的相關(guān)信息。并且控制水控閥對(duì)水的開(kāi)關(guān)進(jìn)行操作 [11]。 射頻識(shí)別中心使用射頻卡專(zhuān)用的讀寫(xiě)處理芯片（ MF RC530）。 MF RC530 完全支持ISO14443 所有層的通信方式，發(fā)送部分通過(guò)簡(jiǎn)單的外圍電路添加便可實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)近距離操作，當(dāng)射頻卡處在距離射頻天線 100mm 的范圍內(nèi)時(shí)，射頻天線能夠發(fā)送能量給射頻卡，并接收射頻卡反射回來(lái)的信號(hào)，通過(guò)內(nèi)部的模擬電路和數(shù)字電路進(jìn)行調(diào)制解調(diào)操作。同時(shí)， MF RC530 還具有能夠護(hù)理 ISO14443A 幀和錯(cuò)誤檢測(cè)的功能，錯(cuò)誤檢測(cè)主要通過(guò)奇偶校驗(yàn)以及 CRC 的方式來(lái)進(jìn)行。此外，還支持射頻卡系統(tǒng)的安全算法，用來(lái)讀寫(xiě)器的 射頻模塊 RS 485 通信電路 上位機(jī) 數(shù)據(jù)庫(kù) 單片機(jī) 射 頻 天 線 鍵 盤(pán) 電路 顯 示 電 路 報(bào) 警 器 射頻卡 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 8 頁(yè) 共 44 頁(yè) 識(shí)別 MIFARE 系列產(chǎn)品。 MFRC530 可以通過(guò)并行接口連接到處理器（單片機(jī)）上，在日常的使用和維修中帶來(lái)了極大的便利。綜上， MF RC530 主要特點(diǎn)有： ? 內(nèi)部含有集成的模擬電路，用于對(duì)接收到的信息或者發(fā)送出去的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制或解調(diào)操作；； ? 外圍天線電路構(gòu)建方便簡(jiǎn)單； ? 能夠支持 ISO14443 下的所有通信協(xié)議和所有層； ? 支持 MIFARE 典型協(xié)議； ? 通過(guò)非接觸方式通信，波特率最高能夠到達(dá) 424kHz； ? 能夠兼容 SPI 接口； ? 靈活的中斷處理機(jī)制； ? 可編程定時(shí)器； ? 可以實(shí)現(xiàn) 100mm內(nèi)的近距離通信； ? 低功耗的復(fù)位電路； ? 通過(guò)軟件就能夠?qū)崿F(xiàn)的掉電模式； ? 并行微處理接口帶有內(nèi)部地址鎖存； ? 能夠自行監(jiān)測(cè)微處理器并行接口的類(lèi)型； ? 64byt 發(fā)送和接收的 FIFO 緩沖區(qū)； ? 面向位和字節(jié)的幀； ? 具有唯一的序列號(hào)； ? 內(nèi)部可靠地非易失性密鑰存儲(chǔ)器； ? 采用和一般單片機(jī)同樣的 5V 供電電壓。 MF RC530 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 示： 并行微處理器接口類(lèi)型選擇 8bit 的并行接口，能夠兼容目前大部分的微處理器，為設(shè)計(jì)帶來(lái)了靈活性。在芯片內(nèi)部還包含有一個(gè)雙 FIFO 緩沖區(qū)并且還帶有一個(gè)可以自行配置的中斷輸出接口 [12]。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 9 頁(yè) 共 44 頁(yè) 圖 MFRC530 內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 MF RC530 引腳介紹 1) 引腳圖 MF RC530 芯片共有 32 個(gè)引腳。為了防止模擬電路、數(shù)字電路和整個(gè)芯片的運(yùn)行中出現(xiàn)干擾，因此芯片采用了三路電源進(jìn)行供電。因此為芯片帶來(lái)了更加出色的電磁通信性能。其內(nèi)部的模擬電路和數(shù)字電路也可以適用于不同的操作電壓，提供了更廣泛的應(yīng)用空間 [13]。芯片引腳圖如圖 所示。 Cryptol 安全密鑰存儲(chǔ)器 模擬電路， 能夠?qū)崿F(xiàn) 位信號(hào) 的調(diào)制和 解調(diào)， 帶有 天線驅(qū)動(dòng) 狀態(tài)和控制單元 帶有 64bit FIFO 緩沖的 微控制器 接口和 帶有 64bit FIFO 的 SPI 接口 天線 數(shù)據(jù)總線 控制總線 數(shù)據(jù)處理并行 /串 行轉(zhuǎn)換 CRC/奇偶 產(chǎn)生與檢測(cè) 幀產(chǎn)生與檢測(cè) 位編碼和譯碼 地址總線 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 10 頁(yè) 共 44 頁(yè) 圖 MFRC530 引腳圖 2) 引腳功能 MF RC530 共有 32 個(gè)引腳，引 腳可以分為以下幾部分 a) 電源部分 MF RC530 中有三個(gè)獨(dú)立的電源分別來(lái)對(duì)外圍的射頻天線、模擬電路以及數(shù)字電路來(lái)進(jìn)行供電。他們的引腳分別是 外圍天線驅(qū)動(dòng)電源見(jiàn)表 ： 表 芯片的外圍天線供電引腳 引腳號(hào) 引腳名稱(chēng) 類(lèi)型 功能 6 TVDD 電源 驅(qū)動(dòng)外圍天線電源正。輸入 5V 電壓，作為外圍天線 TX1 和TX2 驅(qū)動(dòng)輸出級(jí)電源正壓 8 TVSS 電源 驅(qū)動(dòng)外圍天線電源地 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 11 頁(yè) 共 44 頁(yè) 模擬電路部分供電電源見(jiàn)表 ： 表 芯片的模擬電路供電引腳 引腳號(hào) 引腳名稱(chēng) 類(lèi)型 功能 26 AVDD 電源 模擬電路部分驅(qū)動(dòng)電源正。輸入 5V 電壓，作為振蕩器、模擬解調(diào)器和解碼器的供電電源 28 AVSS 電源 模擬電路部分電源地 數(shù)字電路部分供電電源見(jiàn)表 ： 表 芯片數(shù)字電路部分供電引腳 引腳號(hào) 引腳名稱(chēng) 類(lèi)型 功能 25 DVDD 電源 數(shù)字電路部分驅(qū)動(dòng)電源正。 12 DVSS 電源 數(shù)字電路電源地 b） 射頻天線部分 非接觸式天線主要由四個(gè)引腳來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)和接收，從而實(shí)現(xiàn)位信息的調(diào)制和解調(diào)以及送入芯片進(jìn)行處理。引腳部分介紹見(jiàn)表 ： 表 芯片射頻天線部分引腳 引腳號(hào) 引腳名稱(chēng) 類(lèi)型 功能 5 TX1 O 發(fā)送端 的載波或者經(jīng)過(guò)調(diào)試的載波 7 TX2 O 發(fā)送端 2，功能同發(fā)送端 1 29 RX I 接收信號(hào)輸入端，天線回路接收到卡負(fù)載調(diào)試信號(hào)后送入芯片的輸入端 30 VMID 模擬電源 內(nèi)部基準(zhǔn)電壓輸出端。該引腳需要接100nF 電容至地 外接的射頻天線通過(guò) TX1 引腳和 TX2 引腳進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，載波采用 載波。發(fā)送的信號(hào)經(jīng)過(guò)芯片內(nèi)部的寄存器的設(shè)定來(lái)進(jìn)行調(diào)制。 射頻卡經(jīng)過(guò) RF 場(chǎng)的的負(fù)載調(diào)制將信號(hào)進(jìn)行發(fā)射，發(fā)射回來(lái)的信號(hào)能夠被射頻天線獲得并送回到 RX 引腳。在芯片內(nèi)部進(jìn)行相應(yīng)的解調(diào)處理。單片機(jī)最終通過(guò) MFRC530通過(guò)并行接口發(fā)送獲得 [14]。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 12 頁(yè) 共 44 頁(yè) c） 并行接口 并行接口共包括 16 個(gè)引腳，其中 8 個(gè)引腳為雙向數(shù)據(jù)總線， 3 個(gè)為地址線。另外 5個(gè)引腳用來(lái)對(duì)芯片的讀寫(xiě)進(jìn)行控制以及進(jìn)行片選等。并行接口引腳介紹見(jiàn)表 ： 表 并行接口引腳 引腳號(hào) 引腳名稱(chēng) 類(lèi)型 功能 13~20 D0~D7 I/O 8 位雙向數(shù)據(jù)線 AD0~AD7 I/O 8 位雙向地址線 /數(shù)據(jù)線 22 A0 I 地址線 0，芯片寄存器地址的第 0位 nWait O 等待控制線。當(dāng)電位為低時(shí)開(kāi)始一個(gè)存儲(chǔ)周期，結(jié)束實(shí)為高 23 A1 I 地址線 1，芯片寄存器的地址第 1位 24 A2