基于單片機的ic卡預收費水表系統硬件(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 頻天線模塊。卡片本身不帶電池供電，工作時將卡片放在讀寫器的有效工作區域，卡片讀寫器的天線發送無線電載波信號耦合到卡片上的天線提供電源能量，其電壓可達2V以上，足以滿足卡片上的IC電路供電需要。在信道保證和數據完整性方面，Mifare 1標準還提供了信道檢測、存儲數據冗余校驗、三次傳遞認證以及防沖突機制等功能，保證了數據交換過程的安全。Mifare 1射頻IC卡的主要性能指標如下。（1）1KB的EEPROM，分為16個扇區，每個扇區分為4塊，每塊16B，以塊為存取單位。（2）每個扇區有獨立的一組（2個）密碼及存取權限設置。（3）每張卡有唯一的32位序列號。（4）具有防沖突機制、支持多卡操作。（5）無電源，自帶天線，內含加密控制邏輯和通信邏輯電路。（6）數據可保存10年，可反復寫10萬次。（7）。（8）106kbps 的快速數據傳輸速率。（9）讀寫距離最大可達10cm（取決于天線設計）。（10）工作溫度范圍：20 +50。C。Mifare 1射頻卡包含了兩個部分：RF射頻接口電路和數字電路部分。（1）RF射頻接口電路在RF射頻接口電路中，主要包括波形轉換模塊和POR模塊。，一方面送調制/解調模塊，另一方面進行波形轉換，將正弦波轉換為方波，然后對其整流濾波，由電壓調節模塊對電壓進行進一步的處理，包括穩壓等，最終輸出供給卡片上的各電路。POR模塊主要是對卡片上的各個電路進行POWERONRESET（上電復位），使各電路同步啟動工作。（2）數字電路部分模塊ATR模塊：Answer to Request (“請求之應答”)當一張Mifare 1卡片處在卡片讀寫器的天線的工作范圍之內時，程序員控制讀寫器向卡片發出REQUEST all（或REQUEST std）命令后，卡片的ATR將啟動，將卡片Block 0 中的卡片類型（TagType）號共2個字節傳送給讀寫器，建立卡片與讀寫器的第一步通信聯絡。如果不進行第一步的ATR工作，讀寫器對卡片的其他操作（Read/Write等）將不會進行。Anticollision模塊：防止（卡片）重疊功能 如果有多張Mifare 1卡片處在卡片讀寫器的天線的工作范圍之內時，AntiCollision模塊的防重疊功能將被啟動工作，在程序員控制下的卡片讀寫器會與每一張卡片進行通信，取得每一張卡片的系列號。由于Mifare 1卡片每一張都具有唯一的系列號，決不會相同，因此卡片讀寫器根據卡片的序列號來識別、區分已選的卡片。卡片讀寫器中的MCM中的Anticollision防重疊功能配合卡片上的防重疊功能模塊，由程序員來控制讀寫器，根據卡片的序列號來選定一張卡片。被選中的卡片將直接與讀寫器進行數據交換，未被選擇的卡片處于等待狀態，隨時準備與卡片讀寫器進行通信。Anticollision模塊（防重疊功能）啟動工作時，卡片讀寫器將得到卡片的序列號Serial Number。序列號Serial Number存儲在卡片的Block 0中，共有5個字節，實際有用的為4個字節，另一個字節為序列號Serial Number的校驗字節。Select Application 模塊：主要用于卡片的選擇當卡片與讀寫器完成了上述的二個步驟，程序員控制的讀寫器要想對卡片進行讀寫操作，必須對卡片進行“SELECT”操作。以使卡片真正地被選中。被選中的卡片將卡片上存儲在BLOCK 0 中的卡片的容量“SIZE”字節傳送給讀寫器。當讀寫器收到這一字節后，可以對卡片進行深一步的操作，例如，可以進行密碼驗證等等。認證及存取控制模塊在確認了上述的三個步驟，確認已經選擇了一張卡片時，程序員對卡片進行讀寫操作之前，必須對卡上已經設置的密碼進行認證，如果匹配，則允許進一步的Read/Write操作。Mifare 1 卡片上有16個扇區，每個扇區都可分別設置各自的密碼，互不干涉。因此每個扇區可獨立地應用于一個應用場合。整個卡片可以設計成“一卡通”形式來應用。控制及算術運算單元這一單元是整個卡片的控制中心，是卡片的“頭腦”。它主要進行對整個卡片的各個單位進行微操作控制，協調卡片的各個步驟。同時它還對各種收/發的數據進行算術運算處理，遞增/遞減處理，CRC運算處理，等等。是卡片中內建的中央微處理機（MCU)單元。RAM/ROM 單元RAM主要配合控制及算術運算單元，將運算的結果進行暫時的存儲。如果某些數據需要存儲到EEPROM，則由控制及算術運算單元取出送到EEPROM存儲器中；如果某些數據需要傳送給讀寫器，則由控制及算術運算單元取出，經過RF射頻接口電路的處理，通過卡片上的天線傳送給卡片讀寫器。RAM中的數據在卡片失掉電源后（卡片離開讀寫器天線的有效工作范圍內）將被清除。同時，ROM中還固化了卡片運行所需要的必要的程序指令，由控制及算術運算單元取出去對每個單元進行微指令控制，使卡片能有條不紊地與卡片的讀寫器進行數據通信。數據加密單元 該單元完成對數據的加密處理及密碼保護。存儲器及其接口電路該單元主要用于存儲數據。EEPROM中的數據在卡片失掉電源后（卡片離開讀寫器天線的有效工作范圍內）仍將被保持，用戶所要存儲的數據被存放在該單元中。Mifare 1卡片中的這一單元容量為8196bit（1Kbyte），分為16個扇區，64個塊。 H6152讀寫模塊11 10 H201014x20 ○1○○○○○○○J317○○○○J414圖3 H6152基本結構示意圖H6152的基本結構如圖3所示。圖中，對外通信的接口為J3和J4。J3口共有7針，包括RS232/422的接口引腳和讀寫器模塊的電源端，接地端，具體的功能定義如下：（1）引腳1：保留引腳（2）引腳 2：＋5V電源腳（3）引腳 3：接地端（4）引腳 4：A路串行接收RxD（RS232/422）（5）引腳 5：A路串行發送TxD（RS232/422）（6）引腳 6：B路串行接收RxD（RS422）（7）引腳 7：B路串行發送TxD（RS422）J4口為4針接口，提供電源和操作狀態的LED燈指示信號，具體的定義如下：（1）引腳1：讀過程LED指示的正端。（2）引腳2：讀過程LED指示的負端。（3）引腳3：供電LED指示的正端。（4）引腳4：供電LED指示的負端。H6152讀寫模塊操作簡單方便，讀寫過程穩定有效。它集成了PCB板載天線電路和RS232/422接口的集成讀寫模塊，還提供了RS232/422接口與TTL接口的轉換電路。H6152需外界+5V電源供電。主要性能指標如下：（1）工作頻率：。（2）串行通信波特率：9600bps、19200bps、38400bps和57600bps4種可選。（3）接口：RS232/422/485。（4）天線輸出阻抗：50K歐姆。（5）天線尺寸：45mm70mm。（6）電源電壓：+5V。（7）電流供應：80mA。（8）工作溫度：40～+85℃.（9）最大讀寫距離：50mm。 IC卡讀寫電路的原理及說明IC卡應用系統的硬件設計結構框圖如圖4所示，總體原理圖見附錄1。單片機AT89C51是本設計的核心器件，它主要完成了對射頻卡（MIFARE 1卡）的讀寫操作。H6152讀寫器對射頻卡進行讀寫后通過串口電平轉換電路將RS－232電平轉換為單片機所識別的TTL電平，從而達到了使用AT89C51單片機來控制射頻卡的讀寫過程。單片機AT89C51串口電平轉換電路IC卡讀寫器報警電路Mifare1射頻卡圖4 硬件設計結構框圖硬件電路由單片機模塊、串口電平轉換模塊和H6152讀寫模塊3部分電路組成，其工作原理分別如圖圖圖7所示。圖5 單片機模塊圖6 串口電平轉換模塊圖7 H6152讀寫模塊U1為單片機芯片AT89C51，它控制H6152的工作狀態，該引腳為高電平時，H6152停止工作；，為低電平時，蜂鳴器發出蜂鳴聲。XTAL0 和 XTAL1 分別為反向放大器的輸