摘要：射频辨认技能(RFID)是一项运用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)完结无线方法对电子数据载体进行辨认的新式自动辨认技能。针对低功耗和高效性，规划了一种以Nuvoton Nano110低功耗MCU为中心的125KHz的RFID操控阈体系。该体系选用分立元件搭建了本钱极低的ATA5567射频卡读写电路，构建了段码式LCD显现和操控阀门的电机驱动模块。通过实践查验了体系的安稳性，可将其用于本钱灵敏的预付费卡表(水表、燃气表和热量表等)。
当时在我国的各类计量职业中，运用的计量表如水表、燃气表和热量表等，绝大多数均不带流量操控功用，常常的做法是先运用后交费，这样会给用户形成许多不便利，因而预付费的计量表便应运而生。本文介绍了一种广泛应用于预付费卡表的RFID操控阀门，与其它各类表的操控阀门的方法比较，用RFID操控阀门的优势在于：
1)在辨认方面，运用RFID后，会使可辨认的间隔更灵敏，具有无屏障阅览和穿透性，能够穿透非磁性资料，比如水、塑胶、混凝土等。
2)在耐用性方面，RFID对水、油和腐蚀性较强的化学药品等具有很强的抵抗性;一起RFID将数据存在芯片中，芯片和外界没有直接触摸，因而能够免受污损。
3)在可重复运用方面，RFID标签则能够重复的修正、删去RFID内贮存的数据，信息更新很便利。
4)在数据的安全性方面，RFID承载的是电子式信息，其数据内容可经由暗码维护，使其内容不易被假造和改变。
5)本钱低价，可参加LC振荡器到微操控器中来完结高性价比的收发器。
6)可完结低功耗规划，尤其在接纳端。
1 体系硬件规划
1.1 体系组成
操控阀体系首要由6部分组成：电子标签、射频天线及调制电路、操控中心(MCU)、电机及其操控模块、LCD显现模块和蜂呜报警模块。
1)电子标签：本体系选用的电子标签是ATA5567射频卡，该射频卡由内置芯片、内置天线和EEPROM组成。射频卡中的EEPROM用于存储数据，其间数据能够重复的读取和擦除，读写次数不少于10万次，内置电线用于与射频天线进行通讯。市面上常见的电子标签都是无源的，所以需求内置天线接纳射频天线传递信息的一起，通过耦合来供给EEPROM读写数据所需求的能量。内置芯片用于接纳指令并依据指令的内容决议数据的发送方法。
2)射频天线及调制电路：射频天线首要用来与电子标签树立通讯通路。调制电路一般包含：功率扩大电路、检波电路和滤波扩大整形电路3个部分。
3)操控中心MCU：本体系选用台湾新唐科技Nano100系列超低功耗的32位内嵌ARM Cortex—MO核的MCU作为操控中心，其首要完结功用有：①通过CLKO输出125 KHz的载波。②通过TC0捕获调制电路输出的波形信息。③通过GPIO和ADC驱动直流有刷电机并在电机卡住时断电维护。
④通过MCU内部的LCD Driver驱动段码式LCD。⑤通过PWM操控蜂鸣器发生适宜的报警声响。
4)电机驱动及操控模块：通过H桥操控直流有刷电机的滚动，电机卡住时将断电维护。
5)LCD显现模块：通过MCU驱动段码式LCD以显现金额、开阀、关阀等信息。
6)蜂鸣报警模块：通过PWM操控蜂鸣器发生恰当的报警声响。
1.2 天线及调制电路规划
1)载波发生和天线驱动电路：由MCU的CLKO输出频率安稳的125 kHz的方波，通过三极管进行功率扩大。之后的串联谐振电路中天线是漆包线绕制的线圈，电容选用的是精准的校对%&&&&&%，参加功率扩大和发生谐振的意图是取得最大的磁通量，然后发生最大的读卡间隔。
2)检波电路，滤除载波信号。
3)扩大电路，选用有低价的LM358运算扩大器进行两级电压扩大。
4)捕获及运算，该部分是在MCU内部完结的，由MCU中的Timer0作业在周期自在捕获形式，完结码元间隔时刻的捕获，然后通过运算，得出各个Block的数值。
1.3 电机驱动规划
主体电路是由4个三极管组成的H桥驱动电路，在同一时刻最多只要2个三极管处于导通状况，能够便利的操控电机的正传和回转，再电机卡住时，因为电流是正常作业时的6～7倍，所以通过MCU内部的ADC检测电阻上的电压值，假如数值满意条件，则会给电机断电，并视状况发生报警，避免电机焚毁和设备的损坏。
2 体系软件规划
本体系的软件规划首要由6个部分组成：1)读卡;2)写卡;3)GPIO操控电机和ADC过压检测;4)PWM驱动蜂鸣器;5)125 kHz载波发生;6)LCD显现。其间最首要的当属1)读卡和2)写卡了，完结读卡和写卡后，体系的躯干就有了，然后3)，4)，5)，6)就是在躯干上添油加醋，让这个体系完好起来。
2.1 ATA5567卡片的读写规矩
ATA5567中的存储是330bit的EEPROM，总共有10个块(block)，每个块有33bit，其间第一位为锁bit。总共分为两页，第一页包含8个block，编号分别为block0-block7。第二页包含2个block，为只读block，包含可回溯数据，由AIMEL公司规划。
ATA5567的数据率和调制方法是由block0决议。
关于本体系而言，做了许多的测验，找到了一种和MCU调配比较合理的ATA5567装备方法。
1)主控键值，需履行读写操作，所以主控键值选为8。
2)比特率，归纳MCU的功用和读ATA5567所用时刻，取一个折中，挑选的是RF/32，这样一个码元的周期
3)调制方法，一般挑选曼切斯特的调制方法。
4)AOR是按恳求应对，首要的作用是防磕碰机制。当有多张ATA5567卡接近应对器时，能够完结每张卡的逐次读取。
5)最大块，为了确保信息的完好性和维护暗码不被盗取，最大块取6。
6)PWD，为了避免ATA5567被歹意改写，暗码是必定需求的，即该位为1。
7)ST是为了便利以同步头的方法完结数据的读取。
2.2 ATA5567数据的存储和编码格局
关于ATA5567能操作的其实只要block0-block7，这几块的格局是相同的，只不过block0作为操控块，block7作为暗码块，所以实践上真实能存储用户数据的只要block1-block6，共有6个块。
ATA5567的编码方法设定为曼切斯特编码。曼切斯特编码是基带传输中广泛应用的一种数据传输编码方法，这种编码一般用于局域网传输，是一种自同步法编码方法。在数据信号的波形中既有同步时钟信号又有数据信号。在调制电路输出的波形中，数据“1”对应着曼切斯特编码(下面简称“曼码”)电平的上跳沿，数据“0”对应着曼码电平的下跳沿。在所接纳的一系列曼码数据，留意空跳变，假定两个相邻bit的间隔时刻是1P。若两个相邻bit代表的数据极性相同(同为0或许同为1)，那么在这两个bit传送之间，会呈现一个预备性的非数据跳变。
依据上跳，下跳和空跳来分辩数据是“0”或许“1”，通过下图的图解能够发现，假如通过定时器捕获，最少会得到两种时刻间隔，一种为一个整传送周期(256/μs)，另一种为半个传送周期(128μs)
2.3 ATA5567写卡规矩
在ATA5567卡片内部有一个写解码器，该解码器选用脉冲间隔编译码技能。在写卡期间，写解码器会查看写数据流是否有用，并检测场中止间隔。
写卡的首要作业是确认写卡的时刻间隔，结合上表中官方给出的数据和现场实践，挑选时刻如表1所示。
确认写卡时刻间隔之后，还要确认写卡的指令。在运用一张从市场上买的新卡前，首先要做的就是在Block7傍边写入32位秘钥数据，然后初始化Block0为0x800880d8，写卡的指令及格局如下。
1)规范写指令格局如表2所示。
此刻的写卡为“Standard Write”形式，因为能操作的只要第0页，所以p取0;
2)维护写指令格局如表3所示。
初始化block0之后，写卡操作变为“Protected Write”形式，具体操作与“Standard Write”形式相似，仅有的不同点就是在写入数据之前必须先写入block7中存储的秘钥，假如秘钥不对，则卡进入其他状况，这儿不再赘述。
2.4 ATA5567读卡规矩和算法完结
关于ATA5567，读卡指令如表4所示。
因为PWD位现已置为1，所以挑选第一种格局，写指令与之前叙述的写数据相似，此处不再叙述。
发完写指令后，Nano110单片时机捕获到数据，这些时刻间隔数据是获取二进制数据来历。依据ATA5567数据的存储和编码格局，读卡算法如下：
算法的中心是ReadNumber()函数的完结，因为在发送完指令之后，ATA5567会依据发送指令中的地址信息，循环发送所选地址存储是数据。因为每个block中存储了32 bit的数据，实践上转换为曼码对应的波形最多有64个跳变，所以收集到的128个数据中必定至少有一个所需数据的完好遍历。这时同步码也包含在128个数据之中，通过同步码来确认block中数据的开始位。同步码的波形如图8所示。
同步码在所捕获的数据中体现为：256或128，128，384，128(单位均为μs)。用图4中的表明方法，上面的数据对应的时长分别为1P或0.5P，0.5P，1.5P，0.5P。因为在实践中的波形通过调制后不行能为完美的方波，波形的好坏与标签和天线的间隔有很大联系，此外还跟所选器材的精度、MCU的定时器捕获精度有关，所以答应捕获的数据有差错。定时器捕获数据完结后，要进行解码，这儿界说了两个数组array[128]，bit_array[32]，前者用来寄存捕获的数据，后者寄存解码后的数据，找到同步码形后1.5P的时长对应array[bitnum]，bitnu m1的初始值为0。
程序履行结束后，bit_array[]数组中就存储了某个block对应的32bit的数据，这些数据是二进制数据，能够依据需求将其转换为十进制或许十六进制的数据，因为需求在各个block中存储时刻、日期、金额、流量(热量)等信息，这儿需求将其转换为十进制数据。
3 结束语
文中首要针对预付费的表类(热表、水表、气表、电表)，提出了一种低本钱、低功耗、高可靠性的解决计划。因为篇幅所限，侧重介绍了无需解码芯片的RFID解码电路的构成，提出了一种针对ATA5567的高效的编解码计划，这是整个体系架构的中心。关于体系而言，大部分时刻处于非作业状况，能够使其进入PowerDown形式(ARM架构MCU具有的功用)，以节约电力。别的出于对数据备份和维护的意图，能够在体系里参加独自的存储单元，如SPI-Flash或许EEPROM，以期在设备损毁等场合尽最大或许的削减用户的丢失。在某些场合下，假如需求组网，除了运用RS-485外还能够运用以太网或许无线方法(如433 MHz)，这样就能够完结与局域办理体系进行实时对接。
