基于射频卡芯片的水控器的设计毕业论文(编辑修改稿)

基于射频卡芯片的水控器的设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

I 地址线 2，芯片寄存器地址的第 2位 10 NWR I 写选通端。 选通写数据（ D0~D7）进入芯片寄存器，低电平有效 R/NW I 读 /写端。 在一个读或者写周期完成后选择读 /写 11 NRD I 读选通端。 选通来自芯片寄存器的读数据，低电平有效 NDS I 数据选通端。 为读或写周期选通数据，低电平有效 9 NCS I 芯片片选端。 用于选择和激活芯片的微控制接口，低电平有效 本 科 毕 业 设 计 第 13 页 共 44 页 续表 引脚号 引脚名称 类型 功能 21 ALE I 地址锁存控制。 锁存 AD0~AD5 至内部地址存储器 nAStrb I 地址选通。 当为低电平时选通AD0~AD5 至内部地址锁存器 2 IRQ O 中断请求输出 d） 振荡器 系统采用 的晶振。 外部晶振通过引脚 OSCIN 和 OSCOUT 连接芯片，期间需要经过芯片内部集成的缓冲区。 如果需要采用外部的晶振提供时钟信号，直接连接OSCIN 引脚。 振荡器引脚见表 ： 表 振荡器引脚 引脚号 引脚名称 类型 功能 1 OSCIN I 振荡器输入端。 外接 石英晶体，也可以作为外部时钟信号（ ）的输入端 32 OSCOUT O 振荡器输出端 e） MIFARE 接口引脚介绍见表 ： 表 MIFARE 引脚 引脚号 引脚名称 类型 功能 3 MFIN I MIFARE 接口输入端可接受带有副载波调制的曼彻斯特码或者曼彻斯特码串行数据 4 MFOUT O MIFARE 接口输出端。 用于输出来自芯片接受通道的带有副载波的曼彻斯特码或曼彻斯特码流，亦可输出来自芯片发送通道的串行数据 NR1 码或修正密码流 本 科 毕 业 设 计 第 14 页 共 44 页 f） 其他引脚见表 表 其他引脚 引脚号 引脚名称 类型 功能 31 RSTPD I Reset 和低功耗端。 该引脚为高电平时，电路处于低功耗状态，下跳变时芯片复位 27 AUX O 辅助输出端。 可以作为设计和测试只用 MFRC530 与单片机的连接通过 8 位串行口直接相连，通过 TX1 和 TX2 引脚驱动天线获得射频卡内部信息。 在获取到芯片内部的数据之后，需要对数据进行解调处理并发送到 I/O 接口，最后由单片机进行后续操作。 射频天线的设计 射频模块要获得射频卡内部的信息，需要通过射频天线。 射频天线可以通过直接在MFRC 外部连接相应的电子器件构成。 系统通过在天线中通入足够多的电流，从而产生能够进行数据通信和能量提供的磁通量进行通讯。 此外作为一个通信的媒介，需要天线部分应当有足够的带宽 [15]。 天线电路的设计如图 所示： 图 射频天线部分 天线线圈中的电流产生磁通量并与射频卡中的线圈进行能量提供和数据的读取，天线对信号进行拾取操作。 MFRC530 通过引脚 RX 接入天线，因此天线将拾取的信号经由 RX 引脚发送给芯片进行下一步操作。 操作完成之后就可以将数据发送给并行端口与 本 科 毕 业 设 计 第 15 页 共 44 页 单片机进行数据的通信，数据将由单片机做进一步的处理。 天线电路的设计完成。 MCU 单片机的选择 在整个读写器的系统中，芯片 MFRC530 中集成了射频模块，模拟电路以及数字电路。 通过外接的天线能够通过电磁感应的方式将能量传递给射频卡，并拾取射频卡反射回的信号，通过模拟电路以及 数字电路的处理，来完成读取射频卡内部信息的内容。 此后，芯片再将读取到的信息发送给 MCU，来进行进一步的处理。 因此 MCU 在整个读写器系统中占有举足轻重的作用，是射频卡读写器中的核心控制部分。 MCU 采用单片机芯片，主要负责控制商店之后对各个模块进行初始化设置，控制 MF RC530 模块完成读写操作，控制通信模块来完成与数据库的数据通信和数据交换，并且驱动显示模块显示相关的信息，控制报警装置报警的各种操作，从而保证系统能够稳定的运行。 在选用单片机时，应当考虑到系统的时钟频率是否统一、单片机的运算速度能否满足需求、 单片机的处理能力、兼容性以及系的整体设计问题，例如是否需要另外的存储扩展，单片机的借口是否足够以及为后期拓展和维修提供方便。 另外，由于涉及到需要将读卡器读取的信息发送到数据库中并且与数据库进行数据交换，因此还需要考虑到系统的通信速度以及通信方法。 经过分析， MCU 采用 8 位单片机即可满足要求。 根据市场上的单片机的性能、价格、应用领域的不同以及其他的因素注入单片机程序存储器的容量、外部中断及定时中断功能、开发工具的费用等因素，因此选取 STC12C5A60S2 单片机作为整个系统的 MCU. 单片机 STC12C5A60S2 介绍 STC12C5A60S2 是 STC 生产的单 /时钟周期的单片机，而且具备比第一代 8051 单片机更卓越的性能并且芯片的功耗水平和抗干扰能力得到了很大的提高。 运算速度上能过达到一代 8051 单片机的 812 倍但是在编程指令却能完全兼容 8051 系列单片机。 此外在 12 单片机内部还集成含有复位电路，模数转换电路等，为后期的使用带来了方便 [16]。 本 科 毕 业 设 计 第 16 页 共 44 页 图 STC12C5A60S2 最小系统 时钟信号，时钟作为单片机和其他的芯片内部的各种微操作的时间基准信号。 时钟信号分为外部时钟信号和内部时钟信号。 相对于外部 振荡信号来说，内部的振荡的信号会很容易发生偏移，在稳定性方面要稍逊色一些，温度的改变会使得频率发生变化。 因此采用外部的振荡信号接入，使得整个单片机系统运行在稳定的频率下，工作更加稳定。 在外部的时钟信号接入时，为了能够成功的使用，因此需要在单片机和晶振之间加入一个高增益的放大器对信号就行放大。 对于 12 系列单片机，可以直接将晶振接入到引脚XTAL1 和 XTAL2，其内部集成的反相放大器就能接入使得外部晶振能够成功起振。 在外部连接石英晶体和电容组合完成的 LC 并联电路 [17]。 晶振产生的时钟信号在谐振电路中产生自激振 荡。 其中选择 的晶振，使得单片机进行串口通信时，减小误差，提高准确性。 单片机最小系统如图 所示。 外部晶振电路如图 所示： 本 科 毕 业 设 计 第 17 页 共 44 页 图 单片机外部晶振 STC12C5A60S2 特点：  指令代码完全兼容传统的 8051，但是运算速度加快；  工作电压为与 MF RC 相同。 同为 5V；  工作频率为 0~35MHz，相当于普通 8051 的 0~420MHz；  片内集成用户应用程序存储空间；  片内集成 1280 字节 RAM；  具有通用的 I/O 口。 每个 I/O 口的驱动能力都可以到达 20mA，但整个芯片不可以超过 120mA；  有 EEPROM 功能；  看门狗电路；  内部集成专用复位电路；  外部掉电检测电路：在 口有一个低电压门槛比较器；  有 3 个时钟输出口；  两路 PWM；  A/D 转换， 10 位精度 ADC，共 8 路，转换速度可以达到每秒钟 25 万次。 单片机 STC12C5A60S2 的引脚的分布与过去的 8051 系列的引脚相似，因此不过多介绍。 此单片机能够兼容 8051 系列的指令，因此设计人员能够方便的完成编程设计，加速开发的过程。 MCU 的控制原理： 单片机 STC12C5A60S2 通过对射频读写模块 MF RC530 内部的寄存器 的读写操作来控制读写模块的运作。 单片机的中断 0 引脚（ INT0 引脚）与 MFRC530 的 IRQ 中断 本 科 毕 业 设 计 第 18 页 共 44 页 请求口连接，通过给出相应的中断请求来对射频模块芯片进行控制，射频模块的数据接口（ D0D7）将读取到的应答器中的相关信息传动给单片机数据端口 P0，来完成数据从射频卡到单片机的传输。 显示模块 作为系统的人机交互界面，要求显示部分能够在需要时能够显示系统要求的水量，系统错误等信息。 本系统采用 LED 数码管作为显示部分的显示元件。 每个 LED 数码管共有 7 个发光二极管构成。 每一段的亮灭可以单独进行控制。 LED 数码管有共阴极和共阳极两部分。 通过控制 LED 数码管中每一个发光二极管的另一个管脚来控制每一段的亮灭。 LED 数码管作为显示器件，具有亮度高、价格便宜、集成度高和安装较为方便等特点。 在 LED 数码管的显示状态又分为静态显示和动态扫描显示。 在本文中采用其动态扫描显示的模式，输入输出口控制较少。 通过动态控制 4 位 7 端 LED 数码管，将其交替点亮，在任意时刻只连通一个二极管时期发光，利用人眼的视觉停留效果，就能够显示出 “连续 ”的字符信息。 将相应管脚连接到单片机上，就可以实现系统的显示功能。 显示部分的示意图如图 所示 ： 图 显示部分示意图 本 科 毕 业 设 计 第 19 页 共 44 页 键盘输入模块 键盘电路的设计十分简单，由上拉电阻和开关按键构成。 按键的设置，主要是为了方便用户在使用由读写器控制的水控器的方便。 为了提高整个按键的抗干扰和防搅动能力，需要在按键的两端并联一个高频滤波电容。 按键设置 5 个： KEY1 开始 /结束放水（此开关不需要设置水量即可使用水控器，即在需要放水时按动按键一次，开始放水；当到达所需要的水量时，再次按动按键，停止放水）； KEY2 预先设置放水总量， KEY2 键的功能类似于模式选择，当按动 KEY2 键一次时，可以使用预先设置水量的模式放水再次按动 KEY2 时，则使用原先即开即用的模式进行放水； KEY3KEY4 用来设置总量的数值。 放水的总量通过扣除射频卡中的钱的数量决定，即可以通过预先设置所需要的水量的钱数，在系统中设置好，系统将在水量到达所设置的值的时候自动停止放水。 以达到节水和方便使用的目的。 系统中将最小 元作为使用水量的分度，即最少可以控制释放 元的水量。 设置水量的方法与电子表中调节时间的方法类似， KEY3 和 KEY4 按键功能分别是： KEY3 切换所设置所放水量的个位，十分位，百分位； KEY4 的功能则为上翻，即当 KEY4 被按动一次时，当前所被选定的位数上的数值将往上 +1 到达所需要的数值。 因此可以断定系统可以预设的水量最多为 元，最少可设置 元。 通过 KEY3 和 KEY4 两个按键预先设置好所放水量之后，按动 KEY5 键，该键的功能为确定输入的数值并且开始放水，直到到达所需水量之后停止。 按键功能如图 所示： 图 按键部分示意图 本 科 毕 业 设 计 第 20 页 共 44 页 电磁水控阀部分 读写器系统要最终实现对水的开关的控制，需要添加阀门驱动电路。 阀门驱动电路负责卡关控水阀门。 目前水控阀有以下几种形式：当采用电磁阀时，驱动电路比较简单；使用球形阀时，需要考虑换向的问题，相应的驱动电路就会相对来说比较复杂，可以采用单刀双掷继电器来实现对球形阀的驱动，但是由于继电器的接点的使用年限问题，因此常常采用四只三极管来实现换向供电的球形阀驱动电路，由于分离式的四个三极管制作较为麻烦而且在运行过程中很容易出现触点接触不良的问题而且制作的成功率不够高，因此本系统采用集成芯片 L9110，提高整个系统的运行稳定 性。 L9910 芯片在运行过程中能够完全兼容 TTL 电平和 CMOS 电平，具有很好的抗干扰能力。 芯片的 A/B 两个输出端。