【正文】 第 21 頁 共 44 頁 圖 系統(tǒng)水控閥示意圖 流量計量模塊 系統(tǒng)需要對用戶用水的總量進行計量，因此需要選用相應傳感器來進行測量。 電磁水控閥控制芯片 L9910 如圖 所示： 圖 L9910 芯片示意圖 系統(tǒng)的水控閥的示意圖如圖 所示： 通過將 L9910 的輸入端接單片機，便可以控制直流電磁閥的正反轉(zhuǎn)。 5 號引腳和 8 號引腳為芯片的共地端。 芯片 L9110 共有 8 個引腳。芯片的 A/B 兩個輸出端直接連接到驅(qū)動電機控制驅(qū)動電機的正反向運行。目前水控閥有以下幾種形式：當采用電磁閥時，驅(qū)動電路比較簡單；使用球形閥時，需要考慮換向的問題，相應的驅(qū)動電路就會相對來說比較復雜，可以采用單刀雙擲繼電器來實現(xiàn)對球形閥的驅(qū)動，但是由于繼電器的接點的使用年限問題，因此常常采用四只三極管來實現(xiàn)換向供電的球形閥驅(qū)動電路，由于分離式的四個三極管制作較為麻煩而且在運行過程中很容易出現(xiàn)觸點接觸不良的問題而且制作的成功率不夠高，因此本系統(tǒng)采用集成芯片 L9110，提高整個系統(tǒng)的運行穩(wěn)定 性。 按鍵功能如圖 所示： 圖 按鍵部分示意圖 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 20 頁 共 44 頁 電磁水控閥部分 讀寫器系統(tǒng)要最終實現(xiàn)對水的開關(guān)的控制，需要添加閥門驅(qū)動電路。因此可以斷定系統(tǒng)可以預設(shè)的水量最多為 元，最少可設(shè)置 元。系統(tǒng)中將最小 元作為使用水量的分度，即最少可以控制釋放 元的水量。放水的總量通過扣除射頻卡中的錢的數(shù)量決定，即可以通過預先設(shè)置所需要的水量的錢數(shù)，在系統(tǒng)中設(shè)置好，系統(tǒng)將在水量到達所設(shè)置的值的時候自動停止放水。為了提高整個按鍵的抗干擾和防攪動能力，需要在按鍵的兩端并聯(lián)一個高頻濾波電容。 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 第 19 頁 共 44 頁 鍵盤輸入模塊 鍵盤電路的設(shè)計十分簡單，由上拉電阻和開關(guān)按鍵構(gòu)成。通過動態(tài)控制 4 位 7 端 LED 數(shù)碼管，將其交替點亮，在任意時刻只連通一個二極管時期發(fā)光，利用人眼的視覺停留效果，就能夠顯示出 “連續(xù) ”的字符信息。 在 LED 數(shù)碼管的顯示狀態(tài)又分為靜態(tài)顯示和動態(tài)掃描顯示。通過控制 LED 數(shù)碼管中每一個發(fā)光二極管的另一個管腳來控制每一段的亮滅。每一段的亮滅可以單獨進行控制。 本系統(tǒng)采用 LED 數(shù)碼管作為顯示部分的顯示元件。單片機的中斷 0 引腳（ INT0 引腳）與 MFRC530 的 IRQ 中斷 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 18 頁 共 44 頁 請求口連接，通過給出相應的中斷請求來對射頻模塊芯片進行控制，射頻模塊的數(shù)據(jù)接口（ D0D7）將讀取到的應答器中的相關(guān)信息傳動給單片機數(shù)據(jù)端口 P0，來完成數(shù)據(jù)從射頻卡到單片機的傳輸。此單片機能夠兼容 8051 系列的指令，因此設(shè)計人員能夠方便的完成編程設(shè)計，加速開發(fā)的過程。每個 I/O 口的驅(qū)動能力都可以到達 20mA，但整個芯片不可以超過 120mA； ? 有 EEPROM 功能； ? 看門狗電路； ? 內(nèi)部集成專用復位電路； ? 外部掉電檢測電路：在 口有一個低電壓門檻比較器； ? 有 3 個時鐘輸出口； ? 兩路 PWM； ? A/D 轉(zhuǎn)換， 10 位精度 ADC，共 8 路，轉(zhuǎn)換速度可以達到每秒鐘 25 萬次。 外部晶振電路如圖 所示： 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 17 頁 共 44 頁 圖 單片機外部晶振 STC12C5A60S2 特點： ? 指令代碼完全兼容傳統(tǒng)的 8051，但是運算速度加快； ? 工作電壓為與 MF RC 相同。其中選擇 的晶振，使得單片機進行串口通信時，減小誤差，提高準確性。在外部連接石英晶體和電容組合完成的 LC 并聯(lián)電路 [17]。在外部的時鐘信號接入時，為了能夠成功的使用，因此需要在單片機和晶振之間加入一個高增益的放大器對信號就行放大。相對于外部 振蕩信號來說，內(nèi)部的振蕩的信號會很容易發(fā)生偏移，在穩(wěn)定性方面要稍遜色一些，溫度的改變會使得頻率發(fā)生變化。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 16 頁 共 44 頁 圖 STC12C5A60S2 最小系統(tǒng) 時鐘信號，時鐘作為單片機和其他的芯片內(nèi)部的各種微操作的時間基準信號。運算速度上能過達到一代 8051 單片機的 812 倍但是在編程指令卻能完全兼容 8051 系列單片機。 經(jīng)過分析， MCU 采用 8 位單片機即可滿足要求。 在選用單片機時，應當考慮到系統(tǒng)的時鐘頻率是否統(tǒng)一、單片機的運算速度能否滿足需求、 單片機的處理能力、兼容性以及系的整體設(shè)計問題，例如是否需要另外的存儲擴展，單片機的借口是否足夠以及為后期拓展和維修提供方便。因此 MCU 在整個讀寫器系統(tǒng)中占有舉足輕重的作用，是射頻卡讀寫器中的核心控制部分。通過外接的天線能夠通過電磁感應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。天線電路的設(shè)計完成。 MFRC530 通過引腳 RX 接入天線，因此天線將拾取的信號經(jīng)由 RX 引腳發(fā)送給芯片進行下一步操作。此外作為一個通信的媒介，需要天線部分應當有足夠的帶寬 [15]。射頻天線可以通過直接在MFRC 外部連接相應的電子器件構(gòu)成。在獲取到芯片內(nèi)部的數(shù)據(jù)之后，需要對數(shù)據(jù)進行解調(diào)處理并發(fā)送到 I/O 接口，最后由單片機進行后續(xù)操作。該引腳為高電平時，電路處于低功耗狀態(tài)，下跳變時芯片復位 27 AUX O 輔助輸出端。外接 石英晶體，也可以作為外部時鐘信號（ ）的輸入端 32 OSCOUT O 振蕩器輸出端 e） MIFARE 接口引腳介紹見表 ： 表 MIFARE 引腳 引腳號 引腳名稱 類型 功能 3 MFIN I MIFARE 接口輸入端可接受帶有副載波調(diào)制的曼徹斯特碼或者曼徹斯特碼串行數(shù)據(jù) 4 MFOUT O MIFARE 接口輸出端。如果需要采用外部的晶振提供時鐘信號，直接連接OSCIN 引腳。當為低電平時選通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。用于選擇和激活芯片的微控制接口，低電平有效 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 13 頁 共 44 頁 續(xù)表 引腳號 引腳名稱 類型 功能 21 ALE I 地址鎖存控制。選通來自芯片寄存器的讀數(shù)據(jù)，低電平有效 NDS I 數(shù)據(jù)選通端。選通寫數(shù)據(jù)（ D0~D7）進入芯片寄存器，低電平有效 R/NW I 讀 /寫端。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。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 12 頁 共 44 頁 c） 并行接口 并行接口共包括 16 個引腳，其中 8 個引腳為雙向數(shù)據(jù)總線， 3 個為地址線。在芯片內(nèi)部進行相應的解調(diào)處理。發(fā)送的信號經(jīng)過芯片內(nèi)部的寄存器的設(shè)定來進行調(diào)制。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)部基準電壓輸出端。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表 ： 表 芯片數(shù)字電路部分供電引腳 引腳號 引腳名稱 類型 功能 25 DVDD 電源 數(shù)字電路部分驅(qū)動電源正。他們的引腳分別是 外圍天線驅(qū)動電源見表 ： 表 芯片的外圍天線供電引腳 引腳號 引腳名稱 類型 功能 6 TVDD 電源 驅(qū)動外圍天線電源正。芯片引腳圖如圖 所示。因此為芯片帶來了更加出色的電磁通信性能。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 9 頁 共 44 頁 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 個引腳。 MF RC530 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 示： 并行微處理器接口類型選擇 8bit 的并行接口，能夠兼容目前大部分的微處理器，為設(shè)計帶來了靈活性。 MFRC530 可以通過并行接口連接到處理器（單片機）上，在日常的使用和維修中帶來了極大的便利。同時， MF RC530 還具有能夠護理 ISO14443A 幀和錯誤檢測的功能，錯誤檢測主要通過奇偶校驗以及 CRC 的方式來進行。 射頻識別中心使用射頻卡專用的讀寫處理芯片（ MF RC530）。系統(tǒng)的各部分 都受到單片機的控制，單片機控制 MFRC530與射頻卡進行數(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輸入的相關(guān)信息。本文設(shè)計基于該芯片 [10]。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 標準的射頻卡均可以通過基于 MF RC530構(gòu)建的讀寫器進行讀寫。單片機要實現(xiàn)與顯示模塊，報警電路以及幾盤電路進行數(shù)據(jù)交換，并且單片機通過 RS 485 通信電路與上位機數(shù)據(jù)庫進行連接。 單片機與讀寫器的射頻模塊相連接，聽過讀寫器射頻模塊來進行相應的讀、寫卡命 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 7 頁 共 44 頁 令并且與讀寫器進行數(shù)據(jù)交換。（ ）。在 IC 卡內(nèi)部，有一個匝數(shù)為 3~6 匝的線圈作為天線。在 ISO14443 標準下，分為 typeA 和 typeB 兩種通信接口。不同通信標準下的射頻卡具有不同的編碼方式和工作的距離。由于讀寫器和射頻卡組成的系統(tǒng)進行信息通信時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，因此得到了廣泛的應用。在射頻卡與讀寫器進行數(shù)據(jù)通信時，需要先在天線和射頻卡之間建立一個電磁耦合通路，射頻卡的能量由天線所提供，從而進行數(shù)據(jù)的通信和交換。射頻卡通信依靠射頻卡 內(nèi)部的 IC 芯片和天線，又被稱為電子標簽 [8]。同時一個完善的射頻卡讀寫系統(tǒng)應當具有其他的數(shù)據(jù)接口來進行后期的拓展，使得整個系統(tǒng)的應用面更廣泛，后期的拓展成本更低。另一方面，讀寫器功率的大小決定了系統(tǒng)的工作距離 [7]。在整個系統(tǒng)中，讀寫器占有很大的比重。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 6 頁 共 44 頁 3 硬件電路設(shè)計 基于射頻卡的水控器設(shè)計的硬件電路主要包括射頻卡讀寫器，水控裝置，與數(shù)據(jù)庫的連接電路以 及整個系統(tǒng)的供電單元。單片機進行比較操作之后再驅(qū)動 L9901 芯片來控制是否繼續(xù)放水； 另外，系統(tǒng)所采用的芯片和元件主要采用 5V 和 12V 電壓進行供電。 L9901 芯片能夠接收單片機發(fā)送的開始發(fā)水或停止放水指令，驅(qū)動同步電機進行正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)，以此來進行 控制放水操作； 在放水的過程中，需要利用傳感器來統(tǒng)計放水的總量。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行放水操作； 控制是否開始放水的裝置為電磁閥。當數(shù)據(jù)傳遞給單片機之后，單片機將數(shù)據(jù)發(fā)送給顯示模塊，