非接触式IC卡节水控制器的设计与实现

图2 射频接口模块硬件电路图

2）单片机与MFRC500接口电路设计

单片机与MFRC500的接 口采用 了独立 读/写选通 复用地 址总线 的接口模式，将MFRC500的并口(P0~P7)与单片机的P0口连接，片选信号NCS与P2.7相连，MFRC500的中断与单片机的INT1相连，复位脚 RSTPD与单片机的P1.2相连。另外该模式下MFRC500的A2、A1、A0分别与GND、VCC、VCC相连，保证 A2、A1、A0的输入电平分别为低、高、高。

3）天线电路设计

天线电路由4个部分组成，即EMC(电磁兼容性)低通滤波器、接收电路、天线匹配电路和天线。

EMC低通滤波器由L0和C0组成。Mifare系统在13.56MHz频率下操作。该频率由一个石英晶振产生用于驱动MFRC500以及作为驱动天线的13.56MHz能量载波的基频。这样除了产生13.56MHz的发射功率而且会发射更高的谐波。国际EMC条例定义了在广播频段中发射功率的幅值。因此，必须对输出信号进行适当的滤波。接收电路由R1、R2、C3、C4组成。使用了内部产生的VMID电势作为RX脚的输入电势。为了提供一个稳定的参考电压，还必须在VMID脚接一个对地的电容C4。读卡器的接收部分在RX和VMID脚之间连接了一个分压器。天线线圈和分压器之间使用了一个串接电容。 EMC低通滤波器和接收电路的元件取值见下表1：

天线匹配电路由C1、C2a、C2b组成，这里设计成一个直接匹配天线的匹配电路，各元件的取值决定于天线的电气特性和环境的影响。

对天线线圈的电感量的精确计算是不可行的。可以通过下面的公式来估算，天线一般设 计成环形或者矩形。

表1 EMC滤波器和接收电路元件的取值

式中，I1为导体环一圈的长度；D1为导线直径或者PCB板上导体的宽度； K为天线形状因素（环行天线K=1.07，矩形天线K=1.47)；N1为圈数。

3. 软件设计方案

控制器采用的是Mifare 1 S50型非接触式IC卡，这里将IC卡设置成用户卡和管理员卡两种。用户卡即为买水用卡；而管理员用卡用于对水控器进行参数设置和读取消费额。管理员卡在使用前要在装有系统管理软件的PC机上进行设置，在IC卡的一个分区内写有管理员特征码，用于区分卡类型。

3.1 水控器总体流程

水控器总体流程图如图3所示。

图3 水控器总体流程图

系统初始化包括了单片机的初始化、读24C01A操作、显示处理、以及MFRC500初始化。其中读24C01A操作是为了显示单价的需要， MFRC500的初始化即对MFRC500的内部寄存器进行设置。当有IC卡靠近读写器时，先读取系统识别码（判断该卡是否适用于该系统），然后判断卡类型并进入相对应的用户卡或管理员卡处理流程。在用户卡以及管理员卡处理流程中考虑长期使用可能出现坏卡，因而设置有写卡累计次数限制流程，如果写卡累计6 次仍不能成功则退出并报警。