【正文】 功能均由單片機(jī)進(jìn)行自動控制，能夠借助計算機(jī)管理技術(shù)來實現(xiàn)購水、查詢、統(tǒng)計等日常管理功能，將控制和管理相統(tǒng)一結(jié)合，實現(xiàn)了節(jié)水灌溉。單片機(jī)負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理和操作控制工作，并且能夠與 PC 數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)更新和上傳。對于射頻卡的通訊標(biāo)準(zhǔn)，各個生產(chǎn)射頻卡的公司有自己的規(guī)定。選擇單片機(jī)時要考慮到單片機(jī)的串口數(shù)量以及是否單 片 機(jī) 數(shù) 據(jù) 庫 通信電路 RS485 LED顯示電路 水控閥 流量計 時鐘電路 電源電路 鍵盤電路 讀寫器 看門狗電路 報警蜂鳴 數(shù)據(jù)交換 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 5 頁 共 44 頁 內(nèi)部集成一定量的存儲空間。是由芯片 L9901 來驅(qū)動的同步電機(jī)。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 直流電壓來為系統(tǒng)提供電能供應(yīng)。系統(tǒng)要求整個系統(tǒng)的頻率和射頻卡的頻率必須與讀寫器的頻率相一致。 系統(tǒng)的運行還基于對射頻卡的信息通信。系統(tǒng)工作時，讀寫器提供兩者的能量，能量通過耦合天線傳遞給射頻卡，其中一部分能量被用來驅(qū)動射頻卡內(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)制后反射回讀寫器 [9]。本文設(shè)計的射頻卡讀取系統(tǒng)應(yīng)用于 ISO14443 標(biāo)準(zhǔn)的射頻卡。所設(shè)計的讀卡器是針對于通信接口為 A 型的射頻卡，而對于 A 型的射頻卡來說，使用經(jīng)過調(diào)制的 847kHz 副載波。射頻模塊通過射頻天線部分與卡片進(jìn)行連接，從而實現(xiàn)讀卡寫卡的操作。利用該芯片可以構(gòu)建一個體積較小、成本較低的讀寫系統(tǒng)。并且控制水控閥對水的開關(guān)進(jìn)行操作 [11]。此外，還支持射頻卡系統(tǒng)的安全算法，用來讀寫器的 射頻模塊 RS 485 通信電路 上位機(jī) 數(shù)據(jù)庫 單片機(jī) 射 頻 天 線 鍵 盤 電路 顯 示 電 路 報 警 器 射頻卡 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 8 頁 共 44 頁 識別 MIFARE 系列產(chǎn)品。在芯片內(nèi)部還包含有一個雙 FIFO 緩沖區(qū)并且還帶有一個可以自行配置的中斷輸出接口 [12]。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]。輸入 5V 電壓，作為外圍天線 TX1 和TX2 驅(qū)動輸出級電源正壓 8 TVSS 電源 驅(qū)動外圍天線電源地 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 11 頁 共 44 頁 模擬電路部分供電電源見表 ： 表 芯片的模擬電路供電引腳 引腳號 引腳名稱 類型 功能 26 AVDD 電源 模擬電路部分驅(qū)動電源正。該引腳需要接100nF 電容至地 外接的射頻天線通過 TX1 引腳和 TX2 引腳進(jìn)行驅(qū)動，載波采用 載波。單片機(jī)最終通過 MFRC530通過并行接口發(fā)送獲得 [14]。當(dāng)電位為低時開始一個存儲周期，結(jié)束實為高 23 A1 I 地址線 1，芯片寄存器的地址第 1位 24 A2 I 地址線 2，芯片寄存器地址的第 2位 10 NWR I 寫選通端。為讀或?qū)懼芷谶x通數(shù)據(jù)，低電平有效 9 NCS I 芯片片選端。外部晶振通過引腳 OSCIN 和 OSCOUT 連接芯片，期間需要經(jīng)過芯片內(nèi)部集成的緩沖區(qū)。用于輸出來自芯片接受通道的帶有副載波的曼徹斯特碼或曼徹斯特碼流，亦可輸出來自芯片發(fā)送通道的串行數(shù)據(jù) NR1 碼或修正密碼流 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 14 頁 共 44 頁 f） 其他引腳見表 表 其他引腳 引腳號 引腳名稱 類型 功能 31 RSTPD I Reset 和低功耗端。 射頻天線的設(shè)計 射頻模塊要獲得射頻卡內(nèi)部的信息，需要通過射頻天線。天線電路的設(shè)計如圖 所示： 圖 射頻天線部分 天線線圈中的電流產(chǎn)生磁通量并與射頻卡中的線圈進(jìn)行能量提供和數(shù)據(jù)的讀取，天線對信號進(jìn)行拾取操作。 MCU 單片機(jī)的選擇 在整個讀寫器的系統(tǒng)中，芯片 MFRC530 中集成了射頻模塊，模擬電路以及數(shù)字電路。 MCU 采用單片機(jī)芯片，主要負(fù)責(zé)控制商店之后對各個模塊進(jìn)行初始化設(shè)置，控制 MF RC530 模塊完成讀寫操作，控制通信模塊來完成與數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)通信和數(shù)據(jù)交換，并且驅(qū)動顯示模塊顯示相關(guān)的信息，控制報警裝置報警的各種操作，從而保證系統(tǒng)能夠穩(wěn)定的運行。根據(jù)市場上的單片機(jī)的性能、價格、應(yīng)用領(lǐng)域的不同以及其他的因素注入單片機(jī)程序存儲器的容量、外部中斷及定時中斷功能、開發(fā)工具的費用等因素，因此選取 STC12C5A60S2 單片機(jī)作為整個系統(tǒng)的 MCU. 單片機(jī) STC12C5A60S2 介紹 STC12C5A60S2 是 STC 生產(chǎn)的單 /時鐘周期的單片機(jī)，而且具備比第一代 8051 單片機(jī)更卓越的性能并且芯片的功耗水平和抗干擾能力得到了很大的提高。時鐘信號分為外部時鐘信號和內(nèi)部時鐘信號。對于 12 系列單片機(jī)，可以直接將晶振接入到引腳XTAL1 和 XTAL2，其內(nèi)部集成的反相放大器就能接入使得外部晶振能夠成功起振。單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖 所示。 單片機(jī) STC12C5A60S2 的引腳的分布與過去的 8051 系列的引腳相似，因此不過多介紹。 顯示模塊 作為系統(tǒng)的人機(jī)交互界面，要求顯示部分能夠在需要時能夠顯示系統(tǒng)要求的水量，系統(tǒng)錯誤等信息。 LED 數(shù)碼管有共陰極和共陽極兩部分。在本文中采用其動態(tài)掃描顯示的模式，輸入輸出口控制較少。按鍵的設(shè)置，主要是為了方便用戶在使用由讀寫器控制的水控器的方便。以達(dá)到節(jié)水和方便使用的目的。通過 KEY3 和 KEY4 兩個按鍵預(yù)先設(shè)置好所放水量之后，按動 KEY5 鍵，該鍵的功能為確定輸入的數(shù)值并且開始放水，直到到達(dá)所需水量之后停止。 L9910 芯片在運行過程中能夠完全兼容 TTL 電平和 CMOS 電平，具有很好的抗干擾能力。 2 號和 3 號引腳均為 Vcc 端，為芯片的供電端?？刂圃砗唵?，安裝方便而且經(jīng)濟(jì)可靠，安全性也較高。干簧管傳感器物理結(jié)構(gòu)上存在有缺陷，實際使用中影響數(shù)據(jù)的采集精度。在水表的外側(cè)的以一定的角度固定兩個干簧管。脈沖式水表能夠防止強(qiáng)磁場環(huán)境下對水量計量景區(qū)度的影響同時又避免了因為供水管道問題而帶來的計量誤差。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 22 頁 共 44 頁 圖 水量計量裝置 復(fù)位電路和蜂鳴報警器 單片機(jī)的復(fù)位電路作為單片機(jī)安全運行時必不可缺的一部分，它能夠在單片機(jī)上電運行發(fā)生故障時將單片機(jī)恢復(fù)到初始化的初始設(shè)定值，進(jìn)而避免了單片機(jī)再運行過程中可能出現(xiàn)的一些危險和問題，將系統(tǒng)及時快速地進(jìn)行復(fù)位操作。系 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 23 頁 共 44 頁 統(tǒng)中采用的報警裝置為蜂鳴器，在系統(tǒng)出現(xiàn)錯誤時，蜂鳴器蜂鳴進(jìn)行提醒，與此同時在LED 數(shù)碼管上進(jìn)行顯示。 蜂鳴器與單片機(jī)的連接模式如圖 示： 圖 蜂鳴報警器 由于蜂鳴器工作時電流較大，一般的 TTL 電平無法對其進(jìn)行驅(qū)動。因此為電源部分的設(shè)計提供了很大的方便。處于經(jīng)濟(jì)方面的考慮以及整個系統(tǒng)的長期運行，供電方式采用將民用 220V交流電進(jìn)行處理變?yōu)橄到y(tǒng)芯片運行所需的 5/12V 的直流電。整流完成后，通過濾波電阻來濾除電壓中較大的波紋成分，此時輸出的電壓即為 5V/12V 直流電壓，并且其中較大的波紋成分被電容濾除。單片機(jī)與數(shù)據(jù)庫的通信采用 RS485 通信標(biāo)準(zhǔn)。因此在傳輸端和接收端都需要對電平的類型進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 25 頁 共 44 頁 圖 RS485 通信電路 系統(tǒng)整體硬件電路圖見附錄 A。若系統(tǒng)自檢，各芯片的運行模式正常，則進(jìn)行下一步操作。如果用戶鍵入的值大于內(nèi)部的余額時，此時屬于邏輯上的錯誤，蜂鳴器發(fā)出蜂鳴報警，在顯示屏上顯示錯誤信息：“ Er02”，并且將要求用戶重新鍵入水量的值，知道用戶鍵入的水量的值滿足小于余額的要求為止?？鄢鄳?yīng)的水量之后，在返回用戶的余額時，如果用 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 28 頁 共 44 頁 戶的余額為零，則蜂鳴器進(jìn)行報警，提示用戶充值。芯片內(nèi)部含有相應(yīng)的數(shù)字電路和模擬電路，能夠負(fù)責(zé)相應(yīng)的對數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制和解調(diào)的工作。主要是受到系統(tǒng)的主控元件單片機(jī)進(jìn)行直接控制。 LED 數(shù)碼管的程序流程圖如圖 所示： 圖 顯示部分程序流程 鍵盤模塊 系統(tǒng)提供兩種放水的模式進(jìn)行選擇，一種方式不需要原先設(shè)置放水的值，只通過直接按動 KEY1 按鍵來控制放水的開和關(guān)；另一種方式則是要求用戶提前設(shè)置好放水的值，系統(tǒng)自動放水，知道放水量到達(dá)預(yù)設(shè)的值后停止放水，這種方式需要用到按鍵 KEY2到按鍵 KEY5。因此，關(guān)于單片機(jī)的程序流程要更 加的復(fù)雜一些。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 34 頁 共 44 頁 該芯片主要實現(xiàn)在單片機(jī)和傳輸工程中進(jìn)行電平的在轉(zhuǎn)換。 通信模塊的程序流程設(shè)計如圖 所示： 圖 通信部分程序流程 開始 等待其他程 序運行 檢查網(wǎng)絡(luò)情況 等待單片機(jī)啟動，芯片初始化設(shè)置 將數(shù)據(jù)存儲在單片機(jī)內(nèi)部存儲器內(nèi) 網(wǎng)絡(luò)通暢？ N Y 傳送單片機(jī)存儲的數(shù)據(jù)和新的數(shù)據(jù)給數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)電平的轉(zhuǎn)換并發(fā)送到 PC 數(shù)據(jù)庫 結(jié)束 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 35 頁 共 44 頁 結(jié) 論 本文主要對基于射頻卡的水控器進(jìn)行設(shè)計，設(shè)計一個通過射頻卡和用戶選擇放水模式從而實現(xiàn)通過讀取射頻卡內(nèi)部的信息來實現(xiàn)在使用水是方便快捷的消費體驗。在消費過程結(jié)束之后，單片機(jī)與 PC數(shù)據(jù)庫進(jìn)行通信，將數(shù)據(jù)庫內(nèi)部的數(shù)據(jù)進(jìn)行時時更新。單片機(jī)在系統(tǒng)中負(fù)責(zé)對系統(tǒng)采集到的各種信息進(jìn)行處理并作為整個系統(tǒng)的控制中心。 對于系統(tǒng)的交互界面則選用 LCD 顯示器和鍵盤來進(jìn)行。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 36 頁 共 44 頁 系統(tǒng)能夠滿足方便快捷的進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀取并且能夠為用戶提供一個良好的應(yīng)用界面來進(jìn)行用水的消費，并且能夠同數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)的更新。 射頻卡技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，因為其方便快捷，不采用物 理接觸的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；但是科技迅速發(fā)展，射頻技術(shù)在使用中也存在著其劣勢的地方。從論文選題、設(shè)計思路、硬件提供、軟件設(shè)計和論文總體把握及最后審閱、修改等，于老師都給了我 很大 的幫助，在此向于老師表示最衷心的感謝和 最崇高的敬意。工作順利，身體健康。7173 17 董會英 ,閆昆 .化工行業(yè)數(shù)字計量泵控制系統(tǒng)設(shè)計 .商情 ,20xx,(42):141142 18 李延琴 ,張本華 .溫室小型農(nóng)業(yè)機(jī)具行走機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)設(shè)計 .農(nóng)機(jī)化研究 ,20xx,(2):104106 19 劉玉潔 . 基 于 非 接 觸 式 IC 卡 的 智 能 水 控 器 設(shè) 計 . 電 子 元 器 件 應(yīng)用 ,20xx,13(2):1416 20 夏明革 ,劉明忠 ,張輝 .基于 ATmega8515單片機(jī)的 CAN總線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) .測控技術(shù) ,20xx,27(4):2932 21 郝立軍 .直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計方法 .農(nóng)業(yè)機(jī)械化與電氣化 ,20xx,(1):4950 22 張欣 ,李愛軍 ,單鵬 .RS485 電路的匹配和保護(hù)性設(shè)計研究 .航天計算技術(shù) ,20xx,37(5):8082