一、射頻卡技術(shù)簡介

　　目前常用的IC卡有兩種：接觸式和非接觸式IC卡。接觸式IC卡通過機(jī)械觸點(diǎn)從讀寫器中獲取能量和交換數(shù)據(jù)，應(yīng)用比較廣泛，但有時機(jī)械觸點(diǎn)接通不可靠，且觸點(diǎn)容易被腐蝕和污染，在有些領(lǐng)域應(yīng)用受到限制；非接觸式IC卡通過線圈射頻感應(yīng)從讀寫器獲取能量和交換數(shù)據(jù)（又稱射頻卡），它存儲量大，成本低，適用于某些有特殊要求的場所。非接觸識別已經(jīng)逐步發(fā)展成為一個獨(dú)立的跨學(xué)科的領(lǐng)域，涉及高頻技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、數(shù)據(jù)保護(hù)、密碼學(xué)、電信等，它將大量來自不同領(lǐng)域的技術(shù)綜合在一起,應(yīng)用已經(jīng)趨于成熟。

　　射頻卡卡片的電氣部分由一個天線和ASIC組成?？ㄆ奶炀€是有幾組繞線的線圈，適于封裝到卡片中。卡片的ASIC由一個高速（106KB波特率）RF接口，一個控制單元和一個8K位EEPROM組成?？ǚ譃?6個扇區(qū)，每個扇區(qū)由4塊（塊0、塊1、塊2、塊3）組成，將16個扇區(qū)的64個塊按地址編號為0～63?？ㄆ拇鎯?nèi)容由用戶根據(jù)需要自己定義，下面是一種身份識別系統(tǒng)的存儲方案，如下圖所示：

二、水控終端硬件設(shè)計

　　水控終端主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示、用戶身份識別、消費(fèi)數(shù)據(jù)存儲、參數(shù)存儲、黑/白名單檢索、CAN數(shù)據(jù)通信、流量脈沖采集、電磁閥驅(qū)動等功能。其硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下；圖所示：

1. 射頻卡驅(qū)動電路：

　　選用復(fù)旦微電子公司的FM1702或飛利浦的RC500，這兩種芯片都是基于ISO14443 標(biāo)準(zhǔn)的非接觸卡讀卡機(jī)的專用芯片，支持ISO14443 typeA 非接觸通信協(xié)議，支持MIFARE 標(biāo)準(zhǔn)的加密算法。芯片內(nèi)部高度集成了模擬調(diào)制解調(diào)電路，只需少量的外圍電路就可以構(gòu)成讀寫卡電路。

　　天線諧振頻率的調(diào)整難度較大，有條件使用阻抗分析儀，可獲得天線阻容元件的匹配參數(shù)，但阻抗分析儀價格昂貴，沒有這種設(shè)備條件的設(shè)計者一般可使用雙蹤示波器采用李沙育圖形法或根據(jù)經(jīng)驗公式數(shù)據(jù)反復(fù)試湊也可獲得較好的讀卡效果。

2. CAN通信電路：

　　由CAN通信控制器SJA1000(數(shù)據(jù)鏈路層芯片) 和電平轉(zhuǎn)換器82C250（物理層芯片）組成。SJA1000的外圍電路和通信程序都有很成熟的方案和資料可以借鑒，這里不再介紹。為充分發(fā)揮CAN總線技術(shù)的優(yōu)勢，應(yīng)盡量采用CAN2.0B方式，以提高通信效率。波特率的選取要根據(jù)通信距離而定，不要盲目追求高波特率，過高的波特率會造成通訊錯誤增多，反而會降低通信效率。

　　CAN總線不提供應(yīng)用層協(xié)議規(guī)范，一個強(qiáng)壯的應(yīng)用層協(xié)議對應(yīng)用系統(tǒng)是至關(guān)重要的，如果應(yīng)用層協(xié)議較復(fù)雜，可參考CANOPEN或DEVICENET等標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。

3. 數(shù)據(jù)存儲電路：

　　由鐵電存儲器FM24C256和FLASH存儲器AT24C256組成。使用鐵電存儲器FM24C256存儲消費(fèi)數(shù)據(jù)，雖然成本較高，但寫入次數(shù)可達(dá)10億次，保證了數(shù)據(jù)存儲的可靠性。選擇FLASH存儲器AT24C256存儲黑名單信息，是考慮到這部分?jǐn)?shù)據(jù)寫入并不是很頻繁和AT24C256成本較低。

4. 顯示電路：

　　使用七段數(shù)碼管或液晶顯示模塊均可。這要視用戶現(xiàn)場的使用環(huán)境而定。如果使用環(huán)境溫度保持在10-30攝氏度范圍內(nèi) ，且不存在特殊的機(jī)械強(qiáng)度、防水密封等要求，建議使用液晶顯示模塊，因為液晶顯示模塊具有顯示內(nèi)容豐富、直觀、外形美觀、低功耗等的諸多優(yōu)點(diǎn)。但如果使用現(xiàn)場是環(huán)境溫度變化范圍較大、并存在防水密封要求的場合（例如浴池等場所），則顯示器件盡量選用數(shù)碼管。

5. 采樣電路：

　　流量計量方式的水控終端通常配接脈沖發(fā)訊式水表，采樣電路主要由限流電阻和光電耦合器組成。

6. 閥門驅(qū)動電路：

　　閥門驅(qū)動電路負(fù)責(zé)開關(guān)控水閥門，如控水閥采用電磁閥，驅(qū)動電路較簡單；如控水閥采用球閥，則要考慮換向的問題，驅(qū)動電路稍復(fù)雜一些，可采用單刀雙置型繼電器實現(xiàn)對球閥的驅(qū)動，由于繼電器接點(diǎn)使用壽命有限，常常采用四只三極管實現(xiàn)換向供電的球閥驅(qū)動電路。

7. 時鐘電路：

　　水控終端具有一個實時時鐘是有必要的，特別是在一卡通計費(fèi)系統(tǒng)當(dāng)中，消費(fèi)流水?dāng)?shù)據(jù)必須具有時標(biāo)，才能標(biāo)識出消費(fèi)數(shù)據(jù)發(fā)生的先后順序，以滿足各種結(jié)賬方式的要求。 本設(shè)計采用串行時鐘芯片DS1302，DS1302具有體 積小、價格低、接口簡單、提供涓流充電等優(yōu)點(diǎn)，從而成為常用的時鐘芯片，DS1302外接鈕扣充電電池構(gòu)成時鐘電路：

三、水控終端參數(shù)配置

　　下面簡單介紹水控終端的參數(shù)配置，以使讀者對水控終端的功能有一個較全面的認(rèn)識。由于用戶需求可能較復(fù)雜，且用戶要求終端參數(shù)能夠由管理中心在線靈活配置，這就要求終端參數(shù)能夠通過CAN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行設(shè)置并存儲在自己的非易失性存儲器內(nèi)。各參數(shù)具體意義如下：

　　1. 部門代碼：在上位機(jī)管理軟件中，已建立了各級用水部門的樹形結(jié)構(gòu)，并給每個部門分配了部門代碼。各個水控終端隸屬于某個部門，“部門代碼”屬性就表明了該終端位于何處。并且“部門代碼”也出現(xiàn)在該終端上傳的消費(fèi)數(shù)據(jù)中，以支持管理軟件實現(xiàn)按部門進(jìn)行用水量統(tǒng)計和結(jié)算。

　　2. 工作扇區(qū)：該屬性標(biāo)識終端要識別MF1射頻卡的哪個扇區(qū)。

　　3. 黑/白名單：該屬性標(biāo)識終端工作在黑名單模式還是白名單模式。

　　4. 開放狀態(tài)：該屬性決定終端是否響應(yīng)用戶的刷卡操作，這個屬性可用于遠(yuǎn)程關(guān)閉終端。

　　5. 濾波時間：由于終端接收的流量信號是寬度變化的脈沖序列（即韋根信號），可能受到雜波的干擾，該參數(shù)決定了終端的濾波常數(shù)，也就是終端能夠接收到的窄脈寬。

　　6. 脈沖當(dāng)量：該屬性標(biāo)識了每升水對應(yīng)的脈沖數(shù)量。

　　7. 球閥行程：該屬性決定了終端輸出開閥信號的時間長度，也就決定了球閥的開度。

　　8. 設(shè)備狀態(tài)：該屬性標(biāo)識了終端自身當(dāng)前的報警或工作狀態(tài)。

　　9. 無卡有脈沖報警：當(dāng)閥門或終端控制器閥門驅(qū)動電路故障時，可能出現(xiàn)即使用戶不刷卡也流水的情況，出現(xiàn)這種情況時，終端應(yīng)及時向上位機(jī)報警。該參數(shù)給出了產(chǎn)生“無卡有脈沖報警”的閥值。

　　10. 有卡無脈沖報警：當(dāng)流量發(fā)訊器或終端控制器采樣電路故障時，可能出現(xiàn)即使用戶刷卡不計費(fèi)的情況，出現(xiàn)這種情況時，終端也應(yīng)及時向上位機(jī)報警。該參數(shù)給出了產(chǎn)生“有卡無脈沖報警”的閥值。

　　11.終端地址：該屬性決定了終端設(shè)備在CAN網(wǎng)絡(luò)中的地址，并且是的。

　　12. 終端設(shè)備類型：該參數(shù)有三個備選項： 刷卡終端、遠(yuǎn)傳計量終端、門禁終端

　　13.終端計量類型：該參數(shù)有四個備選項：自來水、生活熱水、開水、恒溫洗浴水

　　14.終端賬戶類型：該參數(shù)有兩個備選項：公共賬戶終端、個人消費(fèi)終端用戶可能需要的所有種類的水控終端設(shè)備均可用上述三種類型組合描述。

　　15.用戶代碼和種子密鑰：這兩個屬性是和卡片加密有關(guān)的參數(shù)。

四、結(jié)束語

　　作為民用產(chǎn)品，價格因素顯得尤為重要。在方案設(shè)計和器件選型過程中，應(yīng)在功能夠用的前提下，盡量降低成本，但也必須考慮產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性指標(biāo)，這就要求設(shè)計者仔細(xì)斟酌技術(shù)方案，以求得的產(chǎn)品性價比。