【正文】 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(shí)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(shí)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)。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 38 頁 共 44 頁 參 考 文 獻(xiàn) 1 林蔥， 蔡秀珊 .校園 一卡通系統(tǒng)的 設(shè)計(jì)與管理 .科 技廣場， Science ,07 2 趙國柱 .符合 iso/iec 180006 type c 標(biāo)準(zhǔn)的 rfid 讀寫器協(xié)議處理模塊設(shè)計(jì)，[學(xué)位論文 ],天津 :天津大學(xué) ,20xx 3 Ba?ar 214。 最后，誠摯地感謝為評(píng)閱本文而付出辛勤勞動(dòng)的各位老師。 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。 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。在現(xiàn)在各類卡遍地的時(shí)代，每個(gè)特定方面都需要一個(gè)單獨(dú)的射頻卡在日常生活中帶來了極大的不便。這是本次設(shè)計(jì)的一個(gè)遺憾和缺陷。滿足了一開始的設(shè)計(jì)初衷。 在系統(tǒng)運(yùn)行的安全保障方面，使用外部振蕩信號(hào)接入，使得整個(gè)系統(tǒng)所采用的時(shí)鐘信號(hào)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。通過單片機(jī)能夠直接進(jìn)行驅(qū)動(dòng)和讀取相關(guān)的信息，系統(tǒng)的運(yùn)行能夠更友好的進(jìn)行。在放水的過程中，通過脈沖式水表將水量轉(zhuǎn)化為脈沖信號(hào)發(fā)送給單片機(jī)進(jìn)行處理。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。 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)。整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行過程結(jié)束。單片機(jī)運(yùn)行結(jié)束后，控制水控閥來進(jìn)行放水操作，并計(jì)量放水的總量。系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)的為射頻卡讀寫器。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。在傳輸線內(nèi)部傳輸時(shí)，需要電平的類型為差分電平的方式，但是在單片機(jī)和 PC 端口處則需要電平為 TTL 電平，因此 MAX485 的任務(wù)就是將信號(hào)在這兩種不同的電平方式之間轉(zhuǎn)換。 單片機(jī)程序流程圖如圖 所示： 開始 單片機(jī)啟動(dòng)， 單片機(jī)完成初始化操作 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 31 頁 共 44 頁 復(fù)位電路重啟 N 發(fā)出讀取指令到鍵盤模塊等待用戶鍵入預(yù)先設(shè)置放水量，發(fā)送寫入指令到顯示器顯示預(yù)設(shè)值 發(fā)送讀取指令到鍵盤電路，當(dāng)接收到來自 KEY1的一個(gè)脈沖時(shí)，開始放水，接收Y N 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 32 頁 共 44 頁 圖 單片機(jī)程序流程圖 電磁水控閥，流量表的程序流程如圖 ： 開始 等待單片機(jī)啟動(dòng)，等待其他程序運(yùn)行，初始化操作 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 33 頁 共 44 頁 圖 電磁水控閥和流量表的程序流程 通信模塊 單片機(jī)與 PC 數(shù)據(jù)庫之間的通信采用 RS485 通信原則，主控的芯片為 MAX485 芯片。 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。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。同理在按鍵使用之前，要先等待單片機(jī)的啟動(dòng)，等到單片機(jī)啟動(dòng)之后，對鍵盤模塊進(jìn)行初始化設(shè)置之后，就可以使用鍵盤模塊進(jìn)行鍵入操作。初始化，最后才能進(jìn)行寫操作。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。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。芯片對于射頻卡的讀寫操作完成之后，能夠通過 8 位串行口將數(shù)據(jù)傳送到單片機(jī)，即整個(gè)讀寫器的控制中心等待下一步操作。芯片通過 TX1 管腳和 TX2 管腳射頻天線進(jìn)行控制，射頻天線負(fù)責(zé)向射頻卡提供能量以及與射頻卡進(jìn)行讀寫操作。運(yùn)行至此時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的完整運(yùn)行流程結(jié)束。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。放水結(jié)束后，需要單片機(jī)扣除相應(yīng)的水量值，并且將新的余額的值寫入射頻卡。后者在用戶鍵入水量時(shí)，系統(tǒng)需要對用戶鍵入的值與射頻卡內(nèi)部的余額進(jìn)行對比操作。用戶采用的放水的方式主要有兩種模式可以選擇。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”。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 26 頁 共 44 頁 4 系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的主要工作流程圖如圖 所示： 開始 Y 系統(tǒng)自檢 元件運(yùn)行是否 出現(xiàn)故障 N 是否需要預(yù) 先設(shè)置水量 Y 鍵盤鍵入所需水量 鍵入金額 余額？ Y 打開水控閥開始放水 并計(jì)算流量 看門狗電路和 復(fù)位電路處理 提示錯(cuò)誤 Er01 Y Y N N 按 KEY1 鍵 提示錯(cuò)誤 Er02 復(fù)位成功？ 是否有卡片靠 近 扣除金額，返回剩余 金額 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 27 頁 共 44 頁 圖 系統(tǒng)總流程圖 系統(tǒng)的工作流程主要是當(dāng)檢測到有射頻卡靠近，處在系統(tǒng)的工作范圍之內(nèi)時(shí)，讀寫器啟動(dòng)開始工作。通信電路如圖 所示。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。但是在單片機(jī)和PC 內(nèi)部的電平類型則為 TTL 電平。在 RS485 是一個(gè)串行數(shù)據(jù)口通信的標(biāo)準(zhǔn)，具有經(jīng)濟(jì)、低噪聲、高速率、遠(yuǎn)距離以及易于控制等優(yōu)點(diǎn)。 圖 系統(tǒng)電源電路 通信電路 單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理之后，需要將消費(fèi)信息發(fā)送給 PC 數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)的同步和更新。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。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。整個(gè)供電部分需要的元器件 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 24 頁 共 44 頁 為電源變壓器，整流電路，濾波電路以及穩(wěn)壓電路構(gòu)成 [21]。第一種則為通過電池提供直流電，第二種則為將日常所采用的 220V 電壓經(jīng)過處理后為系統(tǒng)提供電壓。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。 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。需要對其額外增加一個(gè)電流增大的電路來進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，一個(gè)引腳很難對其進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。若無法通過系統(tǒng)內(nèi)部來進(jìn)行重啟復(fù)位，而需要通過外部的復(fù)位操作時(shí)，此時(shí)系統(tǒng)應(yīng)給出警報(bào)，即蜂鳴器蜂鳴報(bào)警，同時(shí)在顯示 LED 數(shù)碼管上提示錯(cuò)誤 Er01；用戶需要自行鍵入所需的水量時(shí)，在輸入之后，系統(tǒng)會(huì)對用戶輸入的數(shù)值與卡內(nèi)的余額進(jìn)行比較，若鍵入的金額比卡內(nèi)的余額多時(shí)，此時(shí)蜂鳴報(bào)警并且提示錯(cuò)誤 Er02；用戶放水結(jié)束后，系統(tǒng)扣除卡內(nèi)相應(yīng)金額，若卡內(nèi)剩余的余額為零，此時(shí)系 統(tǒng)應(yīng)報(bào)警提示用戶充值，此時(shí)系統(tǒng)顯示 Er03，蜂鳴器斷續(xù)蜂鳴報(bào)警。 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。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。為了保證單片機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和可靠性，必須在電源電壓穩(wěn)定之后，在進(jìn)行一定的延時(shí)操作之后才可以撤銷復(fù)位信號(hào)，防止由于外部干擾影響到系統(tǒng)的復(fù)位操作 [20]。流量傳感器如圖 所示。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(hào)進(jìn)行處理，處理后發(fā)送給單片機(jī) [19]。將水量的計(jì)量信號(hào)轉(zhuǎn)化成為數(shù)字脈沖信號(hào)給單片機(jī)進(jìn)行處理。當(dāng)磁體隨著水表的計(jì)量轉(zhuǎn) 盤旋轉(zhuǎn)到干簧管所在的位置是，兩個(gè)干簧管受到磁體的座位垂釣?zāi)沁M(jìn)行吸合，以此發(fā)出一個(gè)脈沖信號(hào)。具體做法是將磁極固定在水表的計(jì)量轉(zhuǎn)盤上，當(dāng)計(jì)量轉(zhuǎn)盤隨著水流轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，磁鐵也會(huì)跟著一起轉(zhuǎn)動(dòng)。因此系統(tǒng)采用脈沖式水表作為流量的計(jì)量模塊。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。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)