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射频卡水控终端的设计

李玉红 甄玉杰 巴一?? 2008年08月29日 ?? 收藏0

  随着水资源的日益短缺,节水已成为各个用水单位、整个国家以及世界各国的重要课题。在我国,用水存在着巨大浪费,这既有政策方面的问题也有技术层面的原因。要实现用水的现代化管理,水控终端的研制和改进是一个重要课题。一个具备较高自动化程度的水控终端所要解决的技术问题很多,包括:阀门控制、身份认证、水费支付、数据采集、数据管理等。随着计算机、微电子以及工业数据通信技术的发展,这些问题已有较好的解决方法,本文介绍一种基于CAN总线和射频卡技术的水控终端的设计方案。

  一、射频卡技术简介

  目前常用的IC卡有两种:接触式和非接触式IC卡。接触式IC卡通过机械触点从读写器中获取能量和交换数据,应用比较广泛,但有时机械触点接通不可靠,且触点容易被腐蚀和污染,在有些领域应用受到限制;非接触式IC卡通过线圈射频感应从读写器获取能量和交换数据(又称射频卡),它存储量大,成本低,适用于某些有特殊要求的场所。非接触识别已经逐步发展成为一个独立的跨学科的专业领域,涉及高频技术、半导体技术、数据保护、密码学、电信等,它将大量来自不同专业领域的技术综合在一起,应用已经趋于成熟。

  射频卡卡片的电气部分由一个天线和ASIC组成。卡片的天线是有几组绕线的线圈,适于封装到卡片中。卡片的ASIC由一个高速(106KB波特率)RF接口,一个控制单元和一个8K位EEPROM组成。卡分为16个扇区,每个扇区由4块(块0、块1、块2、块3)组成,将16个扇区的64个块按绝对地址编号为0~63。卡片的存储内容由用户根据需要自己定义,下面是一种身份识别系统的存储方案,如图1所示:

存储方案

  二、水控终端硬件设计

  水控终端主要实现数据显示、用户身份识别、消费数据存储、参数存储、黑/白名单检索、CAN数据通信、流量脉冲采集、电磁阀驱动等功能。其硬件系统结构框图如图2所示

硬件系统结构框图

  图2

  1.?????? 射频卡驱动电路:

  选用复旦微电子公司的FM1702或飞利浦的RC500,这两种芯片都是基于ISO14443 标准的非接触卡读卡机的专用芯片,支持ISO14443 typeA 非接触通信协议,支持MIFARE 标准的加密算法。芯片内部高度集成了模拟调制解调电路,只需少量的外围电路就可以构成读写卡电路。

  天线谐振频率的调整难度较大,有条件最好使用阻抗分析仪,可精确获得天线阻容元件的匹配参数,但阻抗分析仪价格昂贵,没有这种设备条件的设计者一般可使用双踪示波器采用李沙育图形法或根据经验公式数据反复试凑也可获得较好的读卡效果。

  2.?????? CAN通信电路:

  由CAN通信控制器SJA1000(数据链路层芯片) 和电平转换器82C250(物理层芯片)组成。SJA1000的外围电路和通信程序都有很成熟的方案和资料可以借鉴,这里不再介绍。为充分发挥CAN总线技术的优势,应尽量采用CAN2.0B方式,以提高通信效率。波特率的选取要根据通信距离而定,不要盲目追求高波特率,过高的波特率会造成通讯错误增多,反而会降低通信效率。

  CAN总线不提供应用层协议规范,一个强壮的应用层协议对应用系统是至关重要的,如果应用层协议较复杂,可参考CANOPEN或DEVICENET等标准协议。

  3.?????? 数据存储电路:

  由铁电存储器FM24C256和FLASH存储器AT24C256组成。使用铁电存储器FM24C256存储消费数据,虽然成本较高,但写入次数可达10亿次,保证了数据存储的可靠性。选择FLASH存储器AT24C256存储黑名单信息,是考虑到这部分数据写入并不是很频繁和AT24C256成本较低。

  4.?????? 显示电路:

  使用七段数码管或液晶显示模块均可。这要视用户现场的使用环境而定。如果使用环境温度保持在10-30摄氏度范围内 ,且不存在特殊的机械强度、防水密封等要求,建议使用液晶显示模块,因为液晶显示模块具有显示内容丰富、直观、外形美观、低功耗等的诸多优点。但如果使用现场是环境温度变化范围较大、并存在防水密封要求的场合(例如浴池等场所),则显示器件尽量选用数码管。

  5.?????? 采样电路:

  流量计量方式的水控终端通常配接脉冲发讯式水表,采样电路主要由限流电阻和光电耦合器组成。


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射频卡? 水控终端? CAN总线? 球阀驱动?

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