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1、 本本 科科 毕毕 业业 设设 计计 第 I 页 共 II 页 目 录 1 引言 . 1 1.1 课题研究的意义 . 1 1.2 国内外发展现状 . 2 2 基于射频卡的水控器设计的总体框图 . 4 3 硬件电路设计 . 6 3.1 读写器的射频模块 . 6 3.2 射频天线的设计 . 14 3.3 MCU 单片机的选择 . 15 3.4 显示模块 . 18 3.5 键盘输入模块 . 19 3.6 电磁水控阀部分 . 20 3.7 流量计量模块 . 21 3.8 复位电路和蜂鸣报警器 . 22 3.9 电源电路 . 23 3.10 通信电路 . 24 4 系统软件程序设计 . 26 4.1 射
2、频模块 MF RC530 程序流程： . 28 4.2 显示部分 . 28 4.3 键盘模块 . 29 4.4 单片机、电磁水控阀和流量表 . 30 4.5 通信模块 . 33 本本 科科 毕毕 业业 设设 计计 第 II 页 共 II 页 结 论 . 35 致 谢 . 37 参考文献 . 38 附录 A 系统整体硬件电路图 . 40 附录 B 系统部分程序 . 41 本本 科科 毕毕 业业 设设 计计 第 1 页 共 44 页 1 1 引言引言 1.11.1 课题研究的意义课题研究的意义 在当前数据时代，数据的传输和数据本身都十分重要。数据传输的方便快捷能够给生活带来很大的便利。各种各样的数
3、据载体以及数据的读取方式相继出现。射频卡（RFID） 能够在数据载体和读写器之间不接触的情况下进行数据的传输， 而且射频卡的制作比较简单，成本低廉，因此在生活中射频卡得到了很大的应用。从日常生活中的公交卡、地铁卡到大学生的学生卡，借书卡，再到一些公司的门禁卡、用户卡以及一些商店内部通过射频卡进行商品的标记以及价格的结算1。射频卡作为一种方便、经济、快捷的数据载体，有着其得天独厚的优点，由于不需要直接的接触就能进行数据的传送，利用射频卡作为数据载体可以有效的防止电子触电的老化以及腐蚀，能够抵抗一定量的电磁干扰，因此能够在一些特殊的场合得到应用。另外，射频卡在物流行业也能发挥优势，通过射频卡与无线
4、传输相互结合，能够时时监控物流的动态情况；在高端易腐坏的食品行业，由于食品在运送的过程中容易发生腐坏，因此需要时时监控食品的状态，射频卡能够发挥其最大作用；在医药行业中，一些血液或者特殊的药品，通过将存储在射频卡上并随药品一起运输，能够使得药品等的信息不会丢失，并能时时追踪，带来了很大的方便。 在人口密集的地方例如大学等，由于人口很多，信息量很大，因此在平时的生活中做好数据的统计和采集工作十分重要，能够最大化的保证资源的不浪费，因此催生了校园卡的产生。设计由射频卡所控制的水控器能够迅速的读取用户的信息，保证用户方便的用水并且能够时时与数据库进行数据的更新，使得整个用水的过程方便快捷，能够最大限
5、度的保证资源的不浪费以及用户的方便。基于射频卡的不需要物理接触就能够传输信息的优点，可以采用射频卡作为数据的载体，在用户用水时，能够很方便的进行信息的读取。系统检测到有射频卡进入到工作范围之后能够自行读取射频卡内部的信息，并将信息发送给单片机进行处理2。单片机对用户卡内部的信息进行处理，来决定是否放水或者放水的总量。在放水结束之后，单片机再控制读写器将新的信息写入到射频卡内部，同时单片机将消费情况与 PC 数据库进行通讯，从而实现数据库内部的数据能够时时更新，对数据的采集和处理带来了便利。并且系统能够将相关的信息发送到系统的显示模块上， 让用户对于目前的情况有一个直观的了解， 系统同时还具有蜂
6、鸣报警的功能，本本 科科 毕毕 业业 设设 计计 第 2 页 共 44 页 当使用过程中出现逻辑性的错误或者整个系统的运行出现错误时，系统进行错误提醒和报警。另外，基于射频卡的水控器，采用单片机作为控制核心，其他的模块也都可以找到相应的集成模块，后期的维修和升级的成本会很小，而且会快捷方便。 由于基于射频卡的水控器有着经济，方便，耐用，耐老化以及抗电磁干扰，编程的门槛低以及能够时时实现数据的更新、后期维护和升级方便的好处使其得到了广泛的应用。 1.2 1.2 国内外发展现状国内外发展现状 射频识别采用无线射频方式进行非接触式通信，从而达到能够识别射频卡并且能够进行数据的通信和交换。它能够实现对
7、多目标、运动目标的非接触式识别，并且在数据识别和写入的过程中进行加密解密等操作。目前已经被广泛的应用于农业生产生活、管理以及生活的方方面面，各行各业。作为中非接触式的自动识别技术，射频卡能够通过磁耦合或者通过微波来实现对能量和信号的传输。一般的传输信息的方式产生的诸如机械磨损， 在传输过程中产生的机械磨损以及易受到污染和潮湿环境的影响或者因为使用了机械电气接触从而产生的静电击穿的问题都由于射频卡使用电磁耦合或者微波的方式实现能量和信号的无接触传输而得到有效的解决，因此才用射频卡作为身份识别、电子票证、电子钱包、物流等方面的重要替代技术而广泛应用于工业自动化、商品自动化和交通运输控制等领域。在我
8、国，射频卡技术的最广泛应用是第二代居民身份证。作为一种自动识别的方法，最初在商品的供应链管理方面、零售业、仓库的管理、物流管理以及制造业和军事应用程序中得到了广泛的应用3。座位一些面对的挑战空前，远超之前的其他企业的特殊行业，例如易腐食品的加工运输企业，将无线电频率识别和无线传感器网络技术几种在一起， 提供一种很有用的解决方法， 来应对这些企业所遇到的问题。在供应链管理方面，射频卡识别系统能够得到很大的应用。射频识别技术能够迅速的建立反应系统，在物流管理和供应链管理层面有身份巨大的潜力。另外，RFID 识别系统还被用来识别和追踪集装箱的位置，从而来确定物品在整个仓库的位置以及运输的路线，使得整
9、个货仓的管理更加的效率，减少了人工查找的时间4。在被要求提供安全的、高质量高效率以及快速的响应能力的血液银行和输血医学行业，射频卡识别技术的应用又进一步的提高了整个行业运作的安全性和效率。通过射频卡标签，特种部队能够快速的建立血液的采集、加工配送以及输血的通过，能过使得各个环节无缝连接且高精度的本本 科科 毕毕 业业 设设 计计 第 3 页 共 44 页 运转，节省了时间。全球的国际转运和就在工作中，13.56MHz 的标准频率被各国所认可，在全球得到推广和使用5。 非接触式 IC 卡智能水控器采用射频识别技术为技术核心。目前，采用智能水控器以及应用于众多学校校园。在这些学校内统一使用校园一卡
10、通系统，智能水控器被安装在有水龙头流水的场合。使用的方法同样十分的方便快捷，当卡片被放置在水控器卡的感应区时，读卡芯片能够自动获取卡上的信息，单片机再接收到读卡芯片发送来的卡片信息之后，能够通过数码管来显示用户的余额，经由单片机比较用户的余额是否大于单位扣费金额。如果满足剩余金额大于单位扣费金额，则单片机会控制电磁阀门开启，出水，同时，流量穿管器能够将流经的水量转化为数字信号发送给单片机。单片机接收到水量信号之后，通过预设的费率将水量转化为扣费金额对余额进行扣费，并再次通过数码管显示新的余额信息。当卡片被拿走时，单片机自动关闭电磁阀，停止出水。射频卡的消费信息通过上位机软件发送指令来查询。基于
11、射频卡的节水灌溉系统在农业用水方面得到广泛的推广，对解决农业水资源浪费的问题提供了很大的帮助。节水灌溉系统能够将射频 IC 卡作为信息媒介，同时水泵的启闭、水量的计量以及动态的显示等功能均由单片机进行自动控制，能够借助计算机管理技术来实现购水、查询、统计等日常管理功能， 将控制和管理相统一结合， 实现了节水灌溉。 本系统因其操作简单运行灵活方便、同时具有强大的管理功能及可靠性，非常适用于农田机井自动灌溉。 本本 科科 毕毕 业业 设设 计计 第 4 页 共 44 页 2 2 基于射频卡的水控器设计的总体框图基于射频卡的水控器设计的总体框图 图 2.1 系统的总体框图 系统的设计总框图如图 2.1 所示。 系统的目的是为了设计基于射频卡的水控器，因此系统要实现的功能就是读取射频卡内部的信息，发送给单片机，由单片机进行处理，控制放水或者停止放水。单片机负责整个系统的数据处理和操作控制工作，并且能够与 PC 数据库进行数据更新和上传。 对于读写部分的操作，系统通过控制射频天线。通过射频天线建立与射频卡的电磁耦合来实现对卡内信息的读去写入操作6。射频卡的通信遵循一定的标准，通讯的标准规定了单片机的工作距离，工作频率以及编码方式。对于射频卡的通讯标准，
