名稱:射頻卡技術在數字式預付費電錶系統中的應用
摘要：本文介紹了一種基於射頻卡的數字式預付費電錶系統，給出數字式電錶的硬體和軟體結構。
引言
射頻卡是一種非接觸式智能 IC卡，它是近幾年發展起來的一項新技術，它是通過無線電波進行數據傳輸的，沒有接觸式 IC卡的電氣觸點，因此，相對於傳統的接觸式 IC卡具有可靠性高、壽命長等優點，而得到了廣泛應用。
我們用 ATMEL公司 TEMIC系列 125kHz射頻卡的讀寫基站晶元 U2270B設計預付費數字電度表。
系統組成
整個系統由電錶管理系統、射頻卡、射頻卡預付費數字電錶三部分組成。電錶管理系統用於用電管理部門對用戶發行電錶射頻卡、用戶購電寫卡、用戶購電信息管理。系統由微機、電錶管理軟體、電錶專用射頻卡讀、寫設備等組成。它完成的功能有：電錶射頻卡的初始化，可以設置、清除、更改密碼，將用戶的預購電度數寫入用戶卡中，同時把用戶新購的電度數寫入資料庫。電錶射頻卡資料庫的維護包括查詢、刪除、轉帳和列印等。
射頻卡用於記錄用戶序列號、預購的電度數以及所配電度表的工作參數等信息。
預付費電錶根據用戶預購的電度數為用戶供電，並準確記錄用戶的用電情況，在用戶預購的電度數將要用完時發出報警信息，若用戶在規定的用電範圍內未重新購電，電錶將自動切斷用戶電源，直到再一次用射頻卡寫入預購電度數，並被確認才恢復供電。
圖 1射頻卡讀、寫電路圖
圖 2電錶框圖
射頻讀寫系統的硬體構成
TEMIC系列射頻卡內有 264bit的 EEPROM，它分成 8塊 (block)。 8個 block中， block0是控制塊，用來控制卡的各種操作特性，如：同步信號、編碼方式、波特率、數據流長度、加密和口令喚醒等功能的啟用關閉等； block1~bloc6是用戶塊，用來存放用戶數據和信息； block7是密碼塊，若加密功能不被啟用也可以作為用戶塊使用。
本系統設置基站工作在 125kHz的載波頻率下，採用 RF/32的傳輸波特率， Manchester編碼，使用 Sequence Terminator同步信號，循環發送 block1~block6的數據。在這樣的工作模式配置下，位時鐘周期 ms =256ms。
本系統選用 AT89S52單片機作為主控模塊，與 TEMIC系列射頻卡讀寫模塊、串口通信模塊和聲光提示電路共同構成了一個 TEMIC系列射頻卡讀寫器系統。系統硬體電路如圖 1所示。
基站天線需要用戶自己繞制。一般用銅製漆包線繞直徑 3cm、 150圈即可，電感值為 1.35mH。
載波頻率 fosc典型值為 125kHz，也可以由用戶自己設定。此頻率是由流入 RF(15)引腳的電流值決定的，所以通過調節 RF(15)和 VS(14)引腳之間的限流電阻 Rf1和 Rf2的值就可以改變此頻率，具體的計算公式如下：
Rf1+Rf2=kΩ
當 fosc=125kHz時， Rf1＋ Rf2=110kΩ。
基站從射頻卡讀入的是經過 125kHz載波調製后的信號，它通過 CIN電容耦合輸入到 INPUT(4)引腳，經過低通濾波器、放大器、施密特觸發器后，在 OUTPUT(2)引腳輸出解調后的信號。低通濾波器的截止頻率由 fosc決定，一般是 fosc/18。 INPUT引腳的耦合電容 CIN以及 HIPASS(16)引腳的去耦電容 CHP的值決定了解調電路的高通特性，有利於更進一步慮除干擾信號。 CIN和 CHP的值依據射頻卡的數據傳輸波特率的不同而不同，波特率為 fosc/32下分別為： 680pF和 100nF。 CHP與下限截止頻率的關係式如下：Ri=2.5kΩ。需要注意的是， OUTPUT引腳輸出的信號只是經過了解調，並沒有*，*任務要通過單片機編程完成。
預付費電錶的硬體結構及軟體
圖 2為數字式射頻卡預付費電錶的原理框圖。
表頭電路選用了高精度電能計量晶元 AD7755，採用脈衝輸出計量電量。在 AD7755中只有 A/D轉換器和基準電路使用了模擬電路，其它所有的信號處理 (如乘法、濾波 )都是採用數字電路，保證了在各種極端環境條件下的穩定性和精確度。該器件具有以下特點：高精度，支持 50/60HZ國際電工委員會 521/1036標準，在動態範圍 500:l內誤差小於 0.1%； AD7755在頻率輸出端 F1和 F2提供平均實功率；高額輸出端 CF提供即時功率，可介面到 MCU；在電流通道中的可編程增益放大器方便與感測器介面；片內電源*。表頭的 CF端的脈衝輸出經光電隔離后，與單片機的 I/O口連接。其介面電路如圖 3所示。
顯示部分由 4位 LED數碼顯示管顯示，採用動態顯示模式，四隻 LED輪流點亮，每一位保持 1ms， 10ms后再次點亮重複不止。為了延長 LED的使用，數碼顯示管的顯示與控制由單片機 I/O口直接驅動。
射頻卡讀寫部分電路與上面所述的售電系統射頻卡讀、寫器大體相同。
用戶電源切斷電路採用磁保持繼電器及其驅動電路，由單片機的 IO口配合其通和斷，該電路的誤動作率極低。
電源電路分為兩路，一路為表頭供電，一路為單片機及其所控制的電路供電，它們分別由 220V交流電經變壓、整流、濾波、穩壓獲得，兩路電源各自獨立，不共地。
圖 3表頭介面電路
圖 4主*程序流程圖
圖 4為主*程序流程因，在系統上電複位初始化時，先讀取電錶數據存儲器 EEPROM內的密碼、電度數等數據，並實現以下功能：
當電錶工作時，只要有外部中斷髮生，就立即執行外部中斷服務程序。中斷服務程序完成脈衝計數即用電計量功能。每次進入中斷時，軟體脈衝計數器加 1，當計數值達到標準計數值，則扣電標誌置起，然後退出中斷程序。主*程序查詢到扣電標誌置起后，將在總電度數中扣除所用電度數。
結語
本文介紹的數字式射頻卡預付費電錶系統，嚴格按照產品化的要求設計，用高精度電能計量晶元 AD7755為電能測量單元，系統電路簡單、經濟。本系統已經實際應用在溫州某非接觸式 IC卡預付費電度表的售電系統中，實際應用表明，該系統在精度和可靠性上都能滿足設計的要求，系統運行良好，可靠性高。
