1 引言

    射頻卡(RF卡)是一種新式非接觸式IC卡，它應(yīng)用電磁感應(yīng)原理，只需將卡片放在讀寫器附近一定的距離之內(nèi)就能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，讀寫方便、快捷，在公交車收費(fèi)、車庫(kù)與樓字管理等很多領(lǐng)域都得到廣泛的應(yīng)用。在我國(guó)北方地區(qū)大面積機(jī)井灌溉用水的管理上一直是個(gè)難題，通過(guò)IC卡管理水費(fèi)合理方便，是—個(gè)有效的方法，有利于提高管理效率。

2 硬件組成

圖1 硬件原理圖

    整個(gè)系統(tǒng)由主控芯片、射頻模塊、存儲(chǔ)器、語(yǔ)音芯片、時(shí)鐘芯片、顯示模塊、水流量傳感器以及電機(jī)保護(hù)和控制電路幾大部分組成，如圖1所示。流量傳感器采集的脈沖信號(hào)送到主控芯片，主控芯片記錄脈沖數(shù)量并進(jìn)行換算、計(jì)量出用水量和費(fèi)用，并更新數(shù)據(jù)到EEPROM以防止中途非正常斷電，根據(jù)射頻IC卡讀出的用戶信息控制機(jī)井電機(jī)的工作狀態(tài)。

    (1)主控芯片采用89C52，它片內(nèi)集成8KB的ROM，256字節(jié)的RAM，三個(gè)可工作在四種不同方式下的16位定時(shí)／計(jì)數(shù)器，具有低功耗的待機(jī)模式和掉電工作模式，完全符合整個(gè)系統(tǒng)要求.

表1 Mifareone卡的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)

    (2)非接觸式IC卡選用Mfare one射頻IC卡，其內(nèi)部包括高速CM08 EEPROM、數(shù)字邏輯模塊和高效率射頻天線模塊，卡片無(wú)源，工作時(shí)使用的電源能量由卡片讀寫器天線發(fā)送無(wú)線電載波信號(hào)耦合到卡片上的天線產(chǎn)生。Mifare one卡片的存儲(chǔ)容量為1K*8位字長(zhǎng)，采用EEPROM作為存儲(chǔ)介質(zhì)，整個(gè)結(jié)構(gòu)劃分為l6個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)4個(gè)塊，每個(gè)塊包含l6個(gè)字節(jié)，全部存儲(chǔ)空間共有64個(gè)塊。Mifare one卡的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)如表1所示。在Mifare one的64個(gè)塊中，扇區(qū)0的第0塊用于存儲(chǔ)該卡的序列號(hào)和生產(chǎn)廠商的標(biāo)志信息，該塊是只讀。其余扇區(qū)的塊0、塊l和塊2用于保存數(shù)據(jù)，塊3用于對(duì)該扇區(qū)的控制，被稱為控制塊。在這l6個(gè)字節(jié)中，包括了密匙A、B和控制字，其具體結(jié)構(gòu)如下：

    (3)顯示部分采用HD7279A芯片，HD7279A是一片具有串行接口的，可同時(shí)驅(qū)動(dòng)8位共陰數(shù)碼管的智能顯示驅(qū)動(dòng)芯片，該芯片同時(shí)還可連接多達(dá)64鍵的鍵盤矩陣，單片即可完成LED顯示，鍵盤接口的全部功能。HD7279A 內(nèi)部含有譯碼器可直接接受 BCD碼或l6進(jìn)制編碼并同時(shí)具有2種譯碼方式，此外還具有多種控制指令，如消隱、閃爍、左移、右移、段尋址等。HD7279A還具有片選信號(hào)可方便地實(shí)現(xiàn)多于8位的顯示，可以完成用水量、費(fèi)用以及余額的顯示。

    (4)存儲(chǔ)器芯片采用24CXX系列，24CXX系列EEPROM是串行接口器件，嚴(yán)格遵守II C總線的時(shí)序和數(shù)據(jù)格式，由于89C52芯片內(nèi)沒(méi)有IIC總線接口，可以用89C52的兩根I／O線P1．4和P1．5模擬IIC的時(shí)序，實(shí)現(xiàn)IIC總線的功能，其中P1．4作為串行時(shí)鐘控制線，P1．5作為串行數(shù)據(jù)傳輸線。

    (5)射頻IC卡讀寫模塊采用PHILIPS公司的非接觸技術(shù)設(shè)計(jì)的微型嵌入式非接觸式IC卡讀寫模塊，內(nèi)嵌MF RC500射頻基站，整個(gè)模塊也是采用IIC協(xié)議與主控芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

    (6)語(yǔ)音模塊；為了使系統(tǒng)更加人生化，除了LED顯示外，本系統(tǒng)采用芯片ISD4004對(duì)各項(xiàng)操作進(jìn)行語(yǔ)音向?qū)Щ蚓嫣崾尽?ISD4004語(yǔ)音模塊與單片機(jī)之間采用SPI串行通訊方式。

    (7)流量傳感器采用靈敏度較高的渦街流量傳感器，它的脈沖信號(hào)經(jīng)光電耦合傳給主控芯片的TO口。

    (8)電機(jī)控制系統(tǒng)由交流接觸器完成，交流接觸器通過(guò)主控芯片的PI．6 El間接控制，同時(shí)還受到電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的控制，電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)中交流互感器采集到電流信號(hào)并加以分析處理，當(dāng)電機(jī)供電系統(tǒng)中出現(xiàn)缺相、倒序、過(guò)流、欠壓等不正常隋況時(shí)電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)采取保護(hù)措施斷開(kāi)交流接觸器。

3 軟件設(shè)計(jì)

3．1 主程序

    主程序主要完成系統(tǒng)的初始化，循環(huán)檢測(cè)射頻IC卡讀寫器的天線周圍是否有卡，讀取卡上的數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，記錄脈沖，計(jì)算用水費(fèi)用，顯示用水量及余額。本系統(tǒng)采用2KB的24C02作為存儲(chǔ)器，主要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)有：四字節(jié)的用戶卡編號(hào)、六字節(jié)的密碼、五字節(jié)的金額。程序流程如圖2所示。

圖2 程序流程圖

3．2 對(duì)射頻lC卡的操作程序

圖3 射頻卡讀寫器對(duì)IC卡的讀寫流程圖

    如圖3所示為射頻IC卡讀寫器對(duì)IC卡的讀寫流程，Mifare one卡讀寫器上電后會(huì)不斷地尋卡，嘗試對(duì)在其有效工作范圍內(nèi)的射頻IC卡按事先準(zhǔn)備好的協(xié)議進(jìn)行通訊，檢驗(yàn)該卡是否為Mifare one卡，如果在讀寫器操作范圍內(nèi)有多張卡片，防沖突機(jī)制會(huì)檢測(cè)到所有卡片的序列號(hào)以便對(duì)各張卡片進(jìn)行區(qū)分，選中其中一張卡片對(duì)其進(jìn)行下一步操作。在選定卡片之后，讀寫器根據(jù)命令選擇要訪問(wèn)的扇區(qū)號(hào)，并對(duì)該扇區(qū)的密匙進(jìn)行校驗(yàn)，其方式為三次認(rèn)證令牌機(jī)制，如果密碼驗(yàn)證通過(guò)就可以通過(guò)加密流進(jìn)行通信，對(duì)扇區(qū)中的各個(gè)塊進(jìn)行讀塊、寫塊、加

值、減值等操作了，如果改變扇區(qū)需重復(fù)密匙驗(yàn)證。

3．3 顯示程序

    顯示采用HD7279A芯片，該芯片提供了詳細(xì)的單片機(jī)接口程序，并且可以很方便的進(jìn)行鍵盤的擴(kuò)展。

4 結(jié)束語(yǔ)

    由于采用了HD7279A芯片，該管理機(jī)預(yù)留鍵盤接口，根據(jù)需要稍作修改就可以完成對(duì)IC卡的充值管理。經(jīng)過(guò)實(shí)際應(yīng)用，本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)符合可靠．陛、安全性要求，可以應(yīng)付各種較復(fù)雜的環(huán)境，具有一定的使用價(jià)值。

    參考文獻(xiàn)：
    陳林林、孫仁云等．基于89C52的IC卡讀／寫器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用．四川工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，

2004(增刊)：ll6一ll9
    張培仁．基于C語(yǔ)言編程MCS一5l單片機(jī)原理與應(yīng)用．北京，清華大學(xué)出版社，2002

    作者簡(jiǎn)介：肖健華(1981--)，男，在讀研究生，研究方向：智能控制與智能系統(tǒng)。