1 引言

    射頻卡(RF卡)是一種新式非接觸式IC卡，它應用電磁感應原理，只需將卡片放在讀寫器附近一定的距離之內就能實現數據交換，讀寫方便、快捷，在公交車收費、車庫與樓字管理等很多領域都得到廣泛的應用。在我國北方地區大面積機井灌溉用水的管理上一直是個難題，通過IC卡管理水費合理方便，是—個有效的方法，有利于提高管理效率。

2 硬件組成

圖1 硬件原理圖

    整個系統由主控芯片、射頻模塊、存儲器、語音芯片、時鐘芯片、顯示模塊、水流量傳感器以及電機保護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送到主控芯片，主控芯片記錄脈沖數量并進行換算、計量出用水量和費用，并更新數據到EEPROM以防止中途非正常斷電，根據射頻IC卡讀出的用戶信息控制機井電機的工作狀態。

    (1)主控芯片采用89C52，它片內集成8KB的ROM，256字節的RAM，三個可工作在四種不同方式下的16位定時／計數器，具有低功耗的待機模式和掉電工作模式，完全符合整個系統要求.

表1 Mifareone卡的存儲結構

    (2)非接觸式IC卡選用Mfare one射頻IC卡，其內部包括高速CM08 EEPROM、數字邏輯模塊和高效率射頻天線模塊，卡片無源，工作時使用的電源能量由卡片讀寫器天線發送無線電載波信號耦合到卡片上的天線產生。Mifare one卡片的存儲容量為1K*8位字長，采用EEPROM作為存儲介質，整個結構劃分為l6個扇區，每個扇區4個塊，每個塊包含l6個字節，全部存儲空間共有64個塊。Mifare one卡的存儲結構如表1所示。在Mifare one的64個塊中，扇區0的第0塊用于存儲該卡的序列號和生產廠商的標志信息，該塊是只讀。其余扇區的塊0、塊l和塊2用于保存數據，塊3用于對該扇區的控制，被稱為控制塊。在這l6個字節中，包括了密匙A、B和控制字，其具體結構如下：

    (3)顯示部分采用HD7279A芯片，HD7279A是一片具有串行接口的，可同時驅動8位共陰數碼管的智能顯示驅動芯片，該芯片同時還可連接多達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 內部含有譯碼器可直接接受 BCD碼或l6進制編碼并同時具有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還具有片選信號可方便地實現多于8位的顯示，可以完成用水量、費用以及余額的顯示。

    (4)存儲器芯片采用24CXX系列，24CXX系列EEPROM是串行接口器件，嚴格遵守II C總線的時序和數據格式，由于89C52芯片內沒有IIC總線接口，可以用89C52的兩根I／O線P1．4和P1．5模擬IIC的時序，實現IIC總線的功能，其中P1．4作為串行時鐘控制線，P1．5作為串行數據傳輸線。

    (5)射頻IC卡讀寫模塊采用PHILIPS公司的非接觸技術設計的微型嵌入式非接觸式IC卡讀寫模塊，內嵌MF RC500射頻基站，整個模塊也是采用IIC協議與主控芯片進行數據通信。

    (6)語音模塊；為了使系統更加人生化，除了LED顯示外，本系統采用芯片ISD4004對各項操作進行語音向導或警告提示。 ISD4004語音模塊與單片機之間采用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，它的脈沖信號經光電耦合傳給主控芯片的TO口。

    (8)電機控制系統由交流接觸器完成，交流接觸器通過主控芯片的PI．6 El間接控制，同時還受到電機保護系統的控制，電機保護系統中交流互感器采集到電流信號并加以分析處理，當電機供電系統中出現缺相、倒序、過流、欠壓等不正常隋況時電機保護系統采取保護措施斷開交流接觸器。

3 軟件設計

3．1 主程序

    主程序主要完成系統的初始化，循環檢測射頻IC卡讀寫器的天線周圍是否有卡，讀取卡上的數據，存儲數據，記錄脈沖，計算用水費用，顯示用水量及余額。本系統采用2KB的24C02作為存儲器，主要存儲的數據有：四字節的用戶卡編號、六字節的密碼、五字節的金額。程序流程如圖2所示。

圖2 程序流程圖

3．2 對射頻lC卡的操作程序

圖3 射頻卡讀寫器對IC卡的讀寫流程圖

    如圖3所示為射頻IC卡讀寫器對IC卡的讀寫流程，Mifare one卡讀寫器上電后會不斷地尋卡，嘗試對在其有效工作范圍內的射頻IC卡按事先準備好的協議進行通訊，檢驗該卡是否為Mifare one卡，如果在讀寫器操作范圍內有多張卡片，防沖突機制會檢測到所有卡片的序列號以便對各張卡片進行區分，選中其中一張卡片對其進行下一步操作。在選定卡片之后，讀寫器根據命令選擇要訪問的扇區號，并對該扇區的密匙進行校驗，其方式為三次認證令牌機制，如果密碼驗證通過就可以通過加密流進行通信，對扇區中的各個塊進行讀塊、寫塊、加

值、減值等操作了，如果改變扇區需重復密匙驗證。

3．3 顯示程序

    顯示采用HD7279A芯片，該芯片提供了詳細的單片機接口程序，并且可以很方便的進行鍵盤的擴展。

4 結束語

    由于采用了HD7279A芯片，該管理機預留鍵盤接口，根據需要稍作修改就可以完成對IC卡的充值管理。經過實際應用，本系統的設計符合可靠．陛、安全性要求，可以應付各種較復雜的環境，具有一定的使用價值。

    參考文獻：
    陳林林、孫仁云等．基于89C52的IC卡讀／寫器的設計與應用．四川工業學院學報，

2004(增刊)：ll6一ll9
    張培仁．基于C語言編程MCS一5l單片機原理與應用．北京，清華大學出版社，2002

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