基于RFID技术的智能卡售水管理系统方案
发布日期：2011-09-14
1 RFID系统工作原理
1.1 硬件组成
(1)标签(Tag)。由耦合元件及芯片组成，每个标签具有惟一的电子数据，附着在物体上识别目标对象。
(2)阅读器(Reader)。读取电子标签信息的设备，可设计为手持或者固定式。用以发射无线电射频信号，并接收由电子标签反射回的信号，经处理后获得标签数据信息。
(3)天线(Antenna)。在电子标签和阅读器之间传递设备信号，控制数据的获取和通讯联系。一般天线和阅读器整合在一起。
1.2 工作原理
RFID的工作原理如图1所示，阅读器在一定区域内发射电磁波。电子标签内有一个谐振电路，当标签进入磁场时，就能产生感应电流获取能量、时钟和指令，并将有用数据以反向散射调制的方式发射出去。阅读器接收到此标签的数据并进行解码后，送入中央信息系统进行数据处理。这样，阅读器通过天线可实现无接触式的读取并识别电子标签中所保存的数据，达到自动识别物体的目的。
2 基于RFID技术的智能卡售水系统总体设计
非接触式智能卡售水系统主要由3部分组成：售水系统、智能卡、智能表。系统结构框图如图2所示。其中智能卡对应RFID系统中的“标签”，由单片机系统组成“阅读器”，集成阅读器功能的水表即为感应式智能水表。
智能卡售水系统由PC机、后台软件、售卡管理机组成，信息传输载体是用户需购买的非接触式智能卡，用户到水司购入水量，存储在智能卡中。用户需用水时，使用智能卡在智能表感应区刷卡。智能表系统读入水量金额后，打开阀门进行供水。用水过程中，通过脉冲采集模块对用户水量余额按一定量递减，当所购水量用完时，单片机发出信号，驱动阀门关闭。
3 硬件系统设计
3.1 智能表
智能表是集成RFID系统中阅读器功能的水表，主要由射频卡阅读模块、微处理器89C51、阀门控制模块、脉冲采集模块、显示报警等模块组成，结构框图如图3所示，上述模块以逻辑设计配合，通过软件程序控制完成对射频智能卡的读写，同时控制阀门的开关。
在水表计数转盘中加装永磁铁和干簧管，其中永磁铁安装于计数盘上，双干簧管固定于计数盘上方附近，计数盘转一圈，永磁铁经过双干簧管各一次，在信号端产生两个计量脉冲。当接收到有效计量脉冲时，单片机由休眠模式转为工作模式，由微处理器执行相应的计量程序，智能表实时核算出表内的剩余金额；当用户用水余额较少时，水表自动报警，提醒用户尽快充值购水；当用户余额为零时，驱动阀门控制程序，阀门关闭，并将数据保存在内部Flash中。
3.2 非接触式智能卡
智能卡作为系统的信息传输媒介，决定了系统的数据传输形式，采用无线射频方式进行数据交换，系统的智能卡是一种射频卡。智能卡内集成了芯片、感应线圈及电容等元件，并封装在一个标准的PVC卡片中。读写时，将射频卡靠近阅读器，阅读器天线发出的电磁波在卡内的天线上产生感应电流，为卡内集成芯片提供能量。而该卡内的集成电路芯片存储有制造时输入的唯一数字辨识号码，该号码被编码以后调制天线上的电流信号，再以电磁波的形式传递回阅读器。阅读器将收到的无线信号传给现场控制器，由现场控制器进行信号处理并对执行装置发出指令。大多数智能卡将卡内的身份辨识号码(ID号码)编码为曼彻斯特码，并由单片机进行解码。
3.3 射频天线
射频天线设计是实现非接触式读写的重要环节，系统采用无线射频感应元件GB9。通讯主要技术指标是：发射频率125 kHz；电源DC+5 V／90 mA；读距离>100 mm。所需读或写卡片的数据分别由89C51的串行口的数据接收端(RXD)和发送端(TX)接收发送。读到智能卡数据时，其P．LED端产生的电平可使89C51的INTI发生中断，由此启动中断处理程序将数据作相应处理。
