【正文】 食品行業(yè)，由于食品在運(yùn)送的過程中容易發(fā)生腐壞，因此需要時(shí)時(shí)監(jiān)控食品的狀態(tài)，射頻卡能夠發(fā)揮其最大作用；在醫(yī)藥行業(yè)中，一些血液或者特殊的藥品，通過將存儲(chǔ)在射頻卡上并隨藥品一起運(yùn)輸，能 夠使得藥品等的信息不會(huì)丟失，并能時(shí)時(shí)追蹤，帶來了很大的方便。另外，基于射頻卡的水控器，采用單片機(jī)作為控制核心，其他的模塊也都可以找到相應(yīng)的集成模塊，后期的維修和升級的成本會(huì)很小，而且會(huì)快捷方便。作為一種自動(dòng)識別的方法，最初在商品的供應(yīng)鏈管理方面、零售業(yè)、倉庫的管理、物流管理以及制造業(yè)和軍事應(yīng)用程序中得到了廣泛的應(yīng)用 [3]。 非接觸式 IC 卡智能水控器采用射頻識別技術(shù)為技術(shù)核心?；谏漕l卡的節(jié)水灌溉系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)用水方面得到廣泛的推廣，對解決農(nóng)業(yè)水資源浪費(fèi)的問題提供了很大的幫助。射頻卡的通信遵循一定的標(biāo)準(zhǔn)，通訊的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了單片機(jī)的工作距離，工作頻率以及編碼方式。并且讀取用戶由鍵盤模塊鍵入的信息，發(fā)送指令給水控閥模塊進(jìn)行放水操作； 控制是否開始放水的裝置為電磁閥。在整個(gè)系統(tǒng)中，讀寫器占有很大的比重。在射頻卡與讀寫器進(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。在 IC 卡內(nèi)部，有一個(gè)匝數(shù)為 3~6 匝的線圈作為天線。該模塊能夠完全支持 下的所有類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基于 MF RC530構(gòu)建的讀寫器進(jìn)行讀寫。同時(shí)， MF RC530 還具有能夠護(hù)理 ISO14443A 幀和錯(cuò)誤檢測的功能，錯(cuò)誤檢測主要通過奇偶校驗(yàn)以及 CRC 的方式來進(jìn)行。因此為芯片帶來了更加出色的電磁通信性能。引腳部分介紹見表 ： 表 芯片射頻天線部分引腳 引腳號 引腳名稱 類型 功能 5 TX1 O 發(fā)送端 的載波或者經(jīng)過調(diào)試的載波 7 TX2 O 發(fā)送端 2，功能同發(fā)送端 1 29 RX I 接收信號輸入端，天線回路接收到卡負(fù)載調(diào)試信號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。并行接口引腳介紹見表 ： 表 并行接口引腳 引腳號 引腳名稱 類型 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)為低電平時(shí)選通AD0~AD5 至內(nèi)部地址鎖存器 2 IRQ O 中斷請求輸出 d） 振蕩器 系統(tǒng)采用 的晶振。在獲取到芯片內(nèi)部的數(shù)據(jù)之后，需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)處理并發(fā)送到 I/O 接口，最后由單片機(jī)進(jìn)行后續(xù)操作。天線電路的設(shè)計(jì)完成。 經(jīng)過分析， MCU 采用 8 位單片機(jī)即可滿足要求。在外部的時(shí)鐘信號接入時(shí)，為了能夠成功的使用，因此需要在單片機(jī)和晶振之間加入一個(gè)高增益的放大器對信號就行放大。每個(gè) I/O 口的驅(qū)動(dòng)能力都可以到達(dá) 20mA，但整個(gè)芯片不可以超過 120mA； ? 有 EEPROM 功能； ? 看門狗電路； ? 內(nèi)部集成專用復(fù)位電路； ? 外部掉電檢測電路：在 口有一個(gè)低電壓門檻比較器； ? 有 3 個(gè)時(shí)鐘輸出口； ? 兩路 PWM； ? A/D 轉(zhuǎn)換， 10 位精度 ADC，共 8 路，轉(zhuǎn)換速度可以達(dá)到每秒鐘 25 萬次。每一段的亮滅可以單獨(dú)進(jìn)行控制。 顯示部分的示意圖如圖 所示 ： 圖 顯示部分示意圖 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 19 頁 共 44 頁 鍵盤輸入模塊 鍵盤電路的設(shè)計(jì)十分簡單，由上拉電阻和開關(guān)按鍵構(gòu)成。因此可以斷定系統(tǒng)可以預(yù)設(shè)的水量最多為 元，最少可設(shè)置 元。 芯片 L9110 共有 8 個(gè)引腳。光電傳感器和霍爾元件雖然靈敏度高而且沒有觸點(diǎn)，但是在現(xiàn)實(shí)的使用中存在功耗大的問題。將水量的計(jì)量信號轉(zhuǎn)化成為數(shù)字脈沖信號給單片機(jī)進(jìn)行處理。復(fù)位電路 如圖 所示 圖 復(fù)位電路 當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)錯(cuò)誤或者用戶的使用過程中出現(xiàn)邏輯錯(cuò)誤或者運(yùn)行錯(cuò)誤時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)該給予相應(yīng)的報(bào)警提示，提醒用戶相應(yīng)的錯(cuò)誤信息，為使用和后期的維修帶來方便。 電源電路 整個(gè)讀寫器系統(tǒng)的芯片所要求的電壓均為 5V，光電耦合的供電電壓為 12V。此時(shí)在使用由四個(gè)二極管構(gòu)成 的整流橋?qū)ψ儔韩@得的 5V/12V 交流電鎮(zhèn)流成為直流電。但是在單片機(jī)和PC 內(nèi)部的電平類型則為 TTL 電平。當(dāng)檢測到芯片的工作狀態(tài)不正常時(shí)，則通過看門狗電路和復(fù)位電路進(jìn)行復(fù)位重啟操作，若能夠操作成功，則進(jìn)行下一步；若未能從程序和芯片內(nèi)部重啟成功，需要外部進(jìn)行處理，則蜂鳴器發(fā)出蜂鳴警告，并且在 LED 上顯示錯(cuò)誤信息：“ Er01”。若處于斷網(wǎng)狀態(tài)，無法與數(shù)據(jù)庫取得通信，則將數(shù)據(jù)信息暫時(shí)保存在單片機(jī)內(nèi)部，等到下一次操作結(jié)束后再次進(jìn)行檢測，若聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)正常，則將芯片中存儲(chǔ)的信息以及新的信息統(tǒng)一發(fā)送給數(shù)據(jù)庫完成數(shù)據(jù)的更新操作。在射頻卡內(nèi)部寫入相關(guān)內(nèi)容 結(jié)束 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 29 頁 共 44 頁 顯示部分采用四位七段 LED 數(shù)碼管進(jìn)行顯示。因此單片機(jī)在系統(tǒng)中主要做為整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行核心的存在，負(fù)責(zé)控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行以及處理系統(tǒng)讀取到的一些數(shù)據(jù)或者需要發(fā)送的數(shù)據(jù)，并且承載著與 PC 數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的工作。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)斷開時(shí)，單片機(jī)將數(shù)據(jù)暫時(shí)存在內(nèi)部的存儲(chǔ)器內(nèi)部，等待下一次運(yùn)行完成，如果網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)，則將存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)和新的數(shù)據(jù)同時(shí)上傳給數(shù)據(jù)庫。 單片機(jī)選用和 8051 引腳和內(nèi)部結(jié)構(gòu)相同的 STC12C5A60S2 單片機(jī)。 在系統(tǒng)運(yùn)行的安全保障方面，使用外部振蕩信號接入，使得整個(gè)系統(tǒng)所采用的時(shí)鐘信號更加穩(wěn)定；設(shè)置看門狗電路和復(fù)位電路，配合報(bào)警蜂鳴器進(jìn)行使用，在系統(tǒng)的運(yùn)行出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)能夠及時(shí)的進(jìn)行復(fù)位操作以及蜂鳴報(bào)警。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 37 頁 共 44 頁 致 謝 本文是在導(dǎo)師于靜老師的悉心指導(dǎo)下完成的。 Expert Systems with (20xx) 230– 236 6 黃濤 , 丁俊進(jìn) . 車 載 儀 系 統(tǒng) 射頻 卡 讀 寫 器 的 研 究 . 武漢 理 工 大 學(xué) 學(xué)報(bào) ,20xx,27(5):166170 7 郭俐虹 .基于 RFID 技術(shù)的電子標(biāo)簽讀寫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) .武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào) , 20xx， 30(4)： 596 599 8 李和平 .基于 RFID 技術(shù)的實(shí)驗(yàn)樓智能安全管理系統(tǒng)設(shè)計(jì) .婁底職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào) ,20xx， 6(2)： 59 62 9 陳世夏 ,紀(jì)明霞 ,丁國臣 .基于 RFID 的打卡器和射頻卡設(shè)計(jì) .儀表技術(shù) ,20xx,(5):1922 10 占志彪 ,胡智文 .基于 MF RC500 芯片的無源 RFID 讀寫器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) .淮北煤炭師范學(xué)院學(xué)報(bào) ,20xx,31(3):4650 11 彭曙蓉 .射頻卡和指紋識別技術(shù)在數(shù)字校園系統(tǒng)中的應(yīng)用研究 ,[學(xué)位論文 ],湖南大學(xué) ,20xx 12 李乃瑋 ,黃靜 ,郭勇 .非接觸式 IC卡讀寫模塊 MFRC530的工作原理及其應(yīng)用 .電子器件 ,20xx,26(2):159162 13 楊洪亮 .校園一卡通系統(tǒng)的建設(shè)和實(shí)現(xiàn) ,[學(xué)位論文 ],山東科技大學(xué) ,20xx 14 李靜力 .基于 IC 卡的門禁管理系統(tǒng)在昆明供電局的應(yīng)用 .科技與企業(yè) ,20xx,15 15 尹寒 ,陳峰 .近耦合射頻識別系統(tǒng)的工作原理及天線設(shè)計(jì) .集成電路應(yīng)用 ,20xx,(12):6669 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 39 頁 共 44 頁 16 賈冬穎 ,王巍 .基于 STC 單片機(jī) LED 智能照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì) .照明工程學(xué)報(bào) ,20xx,(2)。 這里還要特別感謝在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)期間給我莫大幫助的老師和同學(xué)，在百忙之中抽時(shí)間為我解決遇到的問題，在此表示衷心的感謝。滿足了一開始的設(shè)計(jì)初衷。單片機(jī)通過讀取由射頻模塊讀取到的射頻卡內(nèi)部的信息并且讀取用戶由鍵盤輸入的模式信息來控制同步電機(jī)正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)來進(jìn)行放水操作，并能在放水 結(jié)束能夠與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行通信實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的更新。系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)的為射頻卡讀寫器。 電磁水控閥主要受到芯片 L9910 的控制，該芯片能夠接收到單片機(jī)發(fā)出的相應(yīng)指令來控制電磁閥的正反轉(zhuǎn)以此來實(shí)現(xiàn)對水開關(guān)的控制。需要完成的操作主要有：顯示卡內(nèi)的余額、當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，顯示錯(cuò)誤類型等。運(yùn)行至此時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的完整運(yùn)行流程結(jié)束。用戶采用的放水的方式主要有兩種模式可以選擇。轉(zhuǎn)換電平的芯片采用 MAX485 芯片，負(fù)責(zé)將發(fā)送端的 TTL 電平轉(zhuǎn)化為差分電平，在接收端則將差分電平轉(zhuǎn)化成為 TTL 電平。在電容后面再接一個(gè) 78L05/78L12 可調(diào)式三端集成穩(wěn)壓器，使得輸出的電壓穩(wěn)定在 5V/12V，此時(shí)，電路末端的電容 C3 兩端的電壓則為 5V 直流電壓， C6 連段的電壓為 12V 直流電壓，可以直接供給給各芯片及其他的元件使用。電源部分主要是為系統(tǒng)中的各 芯片提供運(yùn)行所需要的基準(zhǔn)電壓。 系統(tǒng)在開始進(jìn)行運(yùn)行之后需要對整個(gè)系統(tǒng)的元件運(yùn)行情況進(jìn)行自檢，若元件的運(yùn)行狀態(tài)不正常，需要通過復(fù)位電路來對系統(tǒng)整個(gè)進(jìn)行重啟復(fù)位。將干簧管發(fā)出的脈沖給一個(gè)光電二極管，使得二極管發(fā)光，在另一側(cè)設(shè)置一個(gè)光電接收，構(gòu)成光電耦合裝置，將光電耦合裝置的輸出信號進(jìn)行處理，處理后發(fā)送給單片機(jī) [19]。因此系統(tǒng)采用脈沖式水表作為流量的計(jì)量模塊。 5 號引腳和 8 號引腳為芯片的共地端。 按鍵功能如圖 所示： 圖 按鍵部分示意圖 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 20 頁 共 44 頁 電磁水控閥部分 讀寫器系統(tǒng)要最終實(shí)現(xiàn)對水的開關(guān)的控制，需要添加閥門驅(qū)動(dòng)電路。為了提高整個(gè)按鍵的抗干擾和防攪動(dòng)能力，需要在按鍵的兩端并聯(lián)一個(gè)高頻濾波電容。通過控制 LED 數(shù)碼管中每一個(gè)發(fā)光二極管的另一個(gè)管腳來控制每一段的亮滅。此單片機(jī)能夠兼容 8051 系列的指令，因此設(shè)計(jì)人員能夠方便的完成編程設(shè)計(jì)，加速開發(fā)的過程。在外部連接石英晶體和電容組合完成的 LC 并聯(lián)電路 [17]。運(yùn)算速度上能過達(dá)到一代 8051 單片機(jī)的 812 倍但是在編程指令卻能完全兼容 8051 系列單片機(jī)。通過外接的天線能夠通過電磁感應(yīng)的方式將能量傳遞給射頻卡，并拾取射頻卡反射回的信號，通過模擬電路以及 數(shù)字電路的處理，來完成讀取射頻卡內(nèi)部信息的內(nèi)容。射頻天線可以通過直接在MFRC 外部連接相應(yīng)的電子器件構(gòu)成。如果需要采用外部的晶振提供時(shí)鐘信號，直接連接OSCIN 引腳。選通寫數(shù)據(jù)（ D0~D7）進(jìn)入芯片寄存器，低電平有效 R/NW I 讀 /寫端。發(fā)送的信號經(jīng)過芯片內(nèi)部的寄存器的設(shè)定來進(jìn)行調(diào)制。芯片引腳圖如圖 所示。 MFRC530 可以通過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了極大的便利。本文設(shè)計(jì)基于該芯片 [10]。（ ）。由于讀寫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，因此相對于其他的通信 方式來說，具有很多的優(yōu)點(diǎn)，因此得到了廣泛的應(yīng)用。另一方面，讀寫器功率的大小決定了系統(tǒng)的工作距離 [7]。 L9901 芯片能夠接收單片機(jī)發(fā)送的開始發(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)，以此來進(jìn)行 控制放水操作； 在放水的過程中，需要利用傳感器來統(tǒng)計(jì)放水的總量。在本文中，讀寫器主要基于 ISO14443 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且卡的類型為 typeA 型。本系統(tǒng)因其操作簡單運(yùn)行靈活方便、同時(shí)具有強(qiáng)大的管理功能及可靠性，非常適用于農(nóng)田機(jī)井自動(dòng)灌溉。在這些學(xué)校內(nèi)統(tǒng)一使用校園一卡通系統(tǒng)，智能水控器被安裝在有水龍頭流水的場合。在供應(yīng)鏈管理方面，射頻卡識別系統(tǒng)能夠得到很大的應(yīng)用。 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 射頻識別采用無線射頻方式進(jìn)行非接觸式通信，從而達(dá)到能夠識別射頻卡并且能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)的通信和交換。設(shè)計(jì)由射頻卡所控制的水控器能夠迅速的讀取用戶的信息，保證用戶方便的用水并且能夠時(shí)時(shí)與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)