1、非接觸式IC卡預收費電度表的設計        摘要：介紹了非接觸式IC卡預收費電度表的工作原理和硬件電路，討論了其工作過程，并給出了程序流程圖。    關鍵詞：非接觸式IC卡 預收費電度表 單片機非接觸式IC卡（又稱射頻卡）是國外近幾年發展起來的新技術1，它成功地將射頻識別技術和IC卡技術結合起來，解決了無源和免接觸難題。射頻卡無需專門的供電電源；它與讀寫器間無機械接觸，避免了接觸故障；它的表面無裸露芯片，可防水，且不易產生靜電擊空及彎曲損壞等問題；射頻卡使用時沒有正反面。總之，非接觸式IC卡

2、具有可靠性高、使用方便、操作速度快等特點。本文采用非接觸式IC卡研制成功了智能預收費電度表。1 工作原理1.1 非接觸式IC卡的工作原理非接觸式IC卡系統由讀寫器和非接觸式IC卡兩部分組成。應用系統通過讀寫器對卡進行操作；讀卡器通過射頻信號同步進行近距離通訊，并為卡上芯片提供能量；非接觸式IC卡響應讀寫器的指令，并報告處理的結果。非接觸式IC卡通過連接IC芯片的線圈在特定交變磁場中耦合獲得高壓能量，非接觸式IC卡的讀寫器通過發射線圈發射交變強磁場，強予IC卡能量，通過磁場的斷、續編碼寫入數據，并通過線圈感應IC卡發生的磁場閱讀IC卡發來的數據；IC卡通過交變磁場獲得能量，通過檢驗磁場的數、續獲

3、得讀寫頭寫來的數據，并按設定的模式編碼、調制，向讀寫頭發出數據。本系統采用上海華虹集成電路公司開發的SHC1701 RF讀寫模塊。它主要由射頻和SHC1501大規模集成電路構成，共同安裝在PCB板上，同時安裝屏蔽罩，可完成讀寫器與IC卡之間的各種交互功能，包括調制/解調、加密/解密、認證、讀寫、加/減等，并具有同微處理器的接口。其基本結構如圖1所示。非接觸式IC卡與讀寫器的通信內容包括復位應答、防沖突、選擇卡片、相互認證、對數據塊的操作和中止。1.2 預收費電度表的工作原理預收費電度表可分為電子式和機電式兩種，它們的區別在于電能變換元件不同。前者將電壓、電流進行A/D轉換，再將采樣值相乘并累計

4、，得到用戶消耗的電度數；后者借用原感應式電度表的機芯，通過光電傳感器讀取轉盤數據數得到用戶消耗的電度數。為節省成本，選用機電式電度表。本系統的工作原理為：（1）用戶持IC卡到供電部門交款購電時，供電部門把用戶的IC卡放在與PC機相連的讀寫器上，由寫卡程序在IC卡上寫入與用戶交款數相符的一定電度數。（2）用戶把IC卡帶回家，將卡掠過家中預收費電度表的讀定，卡中電度數被主機讀出，與預收費電度表中來剩余的電度數相加。由于機內采用備用電池，不怕掉電失去數據。（3）電表表盤轉動時，由紅外發射接收管把表盤數變成電脈沖送入單片機。單片機記錄表盤的轉數，當轉數等于電表常數時，通過單片機控制使內存中的剩余電度數

5、減去一度。（4）單片機隨時監測內存中剩余電度數是否小于15度。如是，則點亮預告用電量將盡的發光二極管指示器，提示用戶持卡到供電部門重新購電。（5）當單片機發現用戶電表中剩余電量完全用完時，控制繼電器切斷用戶供電電源。（8）本裝置屬于二次儀表，精度主要取決于一次儀表。只要表盤轉動正常，二次儀表不會引入誤差。2 硬件電路非接觸式IC卡預收費電度表的硬件電路結構圖如圖2所示。圖中主控單元采用AT89C52單片機，其內有8K字節的快速擦寫存儲器（FLASH），無需外接程序存儲器（EPROM）。外接電路主要包括：四位LED顯示電路、電表表盤檢測電路、控制供電的繼電器電路、振鈴控制電路、RS232串行通訊

6、電路、看門狗復位電路、電源控制電路以及控制非接觸式IC卡的SHC1701讀寫模塊。SHC1701 RF模塊是IC卡讀寫器的核心單元，它由SHC1501專用電路和RF電路等組成，覆蓋了所有對非接觸式IC卡SHC1101的訪問操作。IC卡讀寫模塊及顯示電路與單片機的接口如圖3所示。圖中采用4位共陽極的動態數碼顯示管，顯示字符由單片機P0口送至鎖存器74LS374鎖存，再經顯示驅動芯片ULN2003驅動數據管顯示，P1.0P1.3分別控制每一位的動態顯示。顯示電路用顯示可供使用的電度數。當讀卡發生錯誤時，將顯示錯誤信息。在供電部門存款時，將顯示存入電卡中的電度數。電表轉盤讀數頭（紅外發射接收管）產生

7、的脈沖信號經一個非門輸出到單片機的P1.4口，單片機實時對P1.4口進行監測。RS232串行通訊電路采用MAX232芯片，實現單片機與微機的數據交換。微機主要采用VB的通訊控件通過RS232與單片機進行通訊，通過事先約定好的字符對單片機實現控制。    當機內的電度數用完時，單片機就置P1.5口為低電平，繼電器控制電路就切斷用戶供電電源。看門狗電路由4538單穩電路組成。初上電時，CLR端為低電平，使輸出Q為低電平，從而使系統復位。正常工作時，單片機在每個主程序循環時發出一個低電平脈沖，觸發單穩；當程序受干擾跑飛時，單穩因得不到觸發脈沖而復位，此時，輸出端Q=0，

8、使系統復位。振鈴控制電路由蜂鳴器、兩個三極管和電阻組成。當單片機的P1.7端發出一個高電平時，觸發蜂鳴器蜂鳴。為使系統在停電時也能正常工作，由兩組電源給系統供電，一組是將220V/50Hz的市電經變壓、整流、穩壓得到5V直流電，另一組由12V/4A的可充電電流經斬波、隱壓、穩壓得到5V直流電。一般由市電供電，并對可充電電池充電。市電停電時由電池供電，12V/4A的可充電電流能使系統連續工作24h以上。3 軟件設計3.1 用戶端電度表計費程序（1）讀取有效的非接觸式IC卡功能。對卡進行防沖突、密碼認證、卡號認證等操作，并讀出卡中存儲的數據，然后將卡清零、停卡。（2）完成電度表的預收費功能。將從I

9、C卡中讀出的電度數與單片機內存剩余的電度數相加，并存回內存。（3）顯示功能。系統周期性地掃描，動態顯示機內剩余的電度數。此外，當讀寫IC卡發生錯誤時，顯示出錯信號。    （4）串行通訊中斷功能。當微機向單片機發出一個采集命令時，單片機執行串行通訊中斷服務子程序，通過用戶編號認證后，向微機發回用戶的用電量及剩余電度數，然后中斷返回。（5）電度計數功能。系統實時監測電表轉盤讀數頭（紅外發射接收管）發來的脈沖信號，當脈沖信號由高電平變為低電平時，計數器COUNT加1；而當COUNT值等于電表常數（轉/度）時，剩余電度數減1，用電量加1，同時COUNT清零。（6）報警斷

10、電功能。當機內剩余電度數小于15度時，點亮預告用電量將盡的發光二極管指示器，提示用戶持卡到供電部門重新購電。而當用戶電表中剩余電量完全用完時，控制繼電器切斷用戶供電電源。用戶只有再次存入電度數后，才能繼續供電。單片機系統程序由主監控程序、IC卡處理子程序、電度計數子程序、串行中斷服務子程序等組成，其框圖分別見圖4(a)、（b）、（c）、（d）。（1）顯示。根據輸入的用戶編號，顯示相應的用戶信息。（2）采集。將用戶編號通過通訊控件發送給單片機，單片機認證用戶編號后，返回該用戶的用電量和剩余電度數。（3）寫入。將采集來的數據。加上用戶編號和日期，一并寫入數據庫，以供查詢。（4）查看。查看當用各用戶

11、的用電量情況及剩余電度數；查看所有的用電情況。（1）系統初始化設置。設置寄存器地址、中斷源入口、加載IC卡認證密碼以及設置串行口、定時器0和定時器1的工作模式等。（2）接收微機發來的控制字符。執行串行中斷服務子程序，如控制字符為R則執行對IC卡的詢卡、防沖突、選卡、認證等操作，并返回給微機卡號；如控制字符為W則將用戶購買的電度數寫入IC卡，再讀出寫入的電度數，然后停卡。（3）顯示功能。顯示IC卡中存入的電度數，當對IC卡操作過程中有任何錯誤時，將顯示錯誤信息，提示用戶。程序由主程序程序和串行中斷服務子程序等組成，它們的框圖見圖5(a)、（b）。（1）IC卡存款功能。用戶持卡到供電部門存款，工作人員將放在讀寫器上，按“讀卡”按鈕，微機發送字符“R”給單片機，單片機執行相應的中斷處理后返回卡號。系統根據返回的卡號顯示對應的用戶信息，確認無誤后，輸入用戶交納的金額，系統自動轉化成電度數。按下“存款”按扭，將電度數存入IC卡，同時