基于E5550卡的智能水表读卡控制器的研究

    2　基于E5550 智能水表的研制

    传统的收费由抄表人员抄表,工作量大,时间长,目前,国内以有许多厂家开始采用接触式IC 卡的水表,此类水表在易污染的环境长期使用,会造成接触不良现象,为了克服上述的缺点,所以我们研制了一种新型智能水表。该表采用现成的机械式水表为基表通过光电元件把水流量转换成电信号,输入单片机,并与表内由IC 卡预先读入存储器( EEPROM) 中的预置值进行计算扣除相应的量,在预置值减至最小设定值时,将发出信号提醒用户够水,否则预置值减为零后,水阀关闭,直至用户重新够水,经IC 卡读入水表,才会开阀供水。外部采用金属壳体对射频信号有屏蔽作用。 

    2.1 　电路工作原理

    为了实现水表的功能,图5 为读卡控制器硬件电路原理图,主要由U2270B 读卡模块、单片机、显示器、存储器、和监控电路、按键以及与PC 串行通信接口电路组成。我们这里主要介绍U22708B 读写器电路,其它的都是常规电路,不再作详细介绍。 

图5：读卡控制器硬件电路原理图

    1) 该公司生产芯片U22708 是与之配套的一种近距离非接触式读写基站芯片,配少量外围元件即可与单片机实现对接,他所产生的调制解调频率为100～150 kHz ,工作电压为5～10V。

    主要引脚功能: input ,outup 分别为串行输入,输出端; coil1 , coil2 分别为天线线圈端; Vbat , Vext ,Standby 分别为备份电源,外部电池及待机控制;OE ,CEF 分别为输出允许,载频控制;HAPISS ,RF ,DVs 分别为直流退耦,射频控制,天线驱动;CND ,DGND ,VS分别为模拟地、数字地、电源。

    由U2270B 芯片与89C52 构成的E5550 卡读写电路如图5 , P313 为输入端, P314 为控制端,C1 及天线线圈组成125 kHz 的谐振电路。D5 、R5 、R6 、C5 构成解调器对天线信号进行解调然后经C4 耦合输入芯片,在片内进行滤波,放大,整形等送入单片机。电阻R3 和R4 用于调节发射频率,D1～D4 构成输入反馈电路以稳定频率,C2 构成芯片退耦电路。

    2) 单片机采用89C52 作为控制芯片。它片内有8 KROM ,256 字节的RAM 以及有32 个I/ O 口。

    3) 显示部分采用LCD DCM212232B4 ,显示特性为SNT 正式反射模式、绿底蓝字、1/ 32 (1/ 6BIAS) 的驱动方式,通过按键循环显示要求的内容,可调电位器实现对比度的调节。

    4) 读写器中设计了存储器。存储器选用24CXX系列的串行E2PROM。主要存放卡号、个人密码等相对固定的信息和消费金额等有关可修改的参数。24C16 是一种廉价的2 K 8 位串行E2PROM ,与并行的E2PROM 相比,大大的节省空间。

    5) 监控电路采用DS1232L 芯片。它是个看门狗定时器, 其功能是: 上电和掉电时经89C52 产生RESTE 信号;看门狗对系统进行监控,防止死机。水表产生的计量脉冲后,引发耗水计数中断,当剩余量为临界值或为零时,置相应标志后返回主程序处理。

    6) 天线设计。根据经验,阅读器的阅读范围,即应答器能够被读出询问的范围,大致与发射天线半径相符。由此可以得出,给定系统阅读范围X max ,最佳天半径R 可以表示为R≈ X max  。根据IC 卡工作所需要的最小场强H ,由下面公式可算出所需的最小线圈匝数: 

    式中, N :线圈匝数; R :圆半径; X :沿线圈平面中心的垂直方向与线圈中心的距离。 

    2.2 　程序设计

    主程序完成系统变量的初始化,操作检测IC 卡,对水阀进行控制,对中断返回设置进行处理,将操作结果存储和显示。这里不作详细介绍。这里只给出了读卡、写卡程序流程(见图6 、7) 。 

图6：读卡流程

图7：写卡流程

    3 　结束语

    E5550 卡是一种成本低廉的非接触式卡,虽然容量较小,但能适合许多场合。我们用它设计的智能水表读写电路简单,经济性好,可靠性安全性较高。本文讨论了用E5550 卡设计智能水表读卡控制器的关键技术,该项技术也可用于智能煤气表、电表等其他场合,在智能化家庭、智能化小区、网络化管理以及其他一些工业场合都具有广泛的前景。

    (文/西华大学数控研究所,李军民,黎亚元,蒋建春)