基于非接触式IC卡的智能水控器设计

　　0 引言

　　随着社会经济的发展，国民经济依赖水资源的程度越来越高，而水资源紧缺却日益严重。在校园内，当代学生又大多数缺乏独立生活的能力，对能源的节约意识不够强，常会出现公共用水浪费现象。因此如何既能保障学生的正常用水，同时又避免不必要的浪费，已经成为学校后勤管理服务所关注的焦点。本文研究的基于非接触式IC卡智能水控器既可以有效提高学生的节水意识，同时又能适应目前校园智能化管理的发展趋势。

　　1 智能水控器原理

　　非接触式IC卡智能水控器以射频识别技术为核心，这里非接触式IC卡采用的是PHILIPS公司的Mifare 1卡。系统工作时，其智能水控器的内部专用读卡芯片相连的天线线圈会不断向外发射一组13.56MHz固定频率的电磁波，当Mifare 1卡靠近时，卡内的LC串联谐振电路产生共振，从而使电容充电而产生电荷。当电容充电达到2V时，该电容就作为电源为卡上的其他电路提供工作电压，这样就可将卡内数据发射出去或接收水控器的数据并保存。

　　智能水控器应用于已采用校园一卡通系统的学校，安装在有水龙头流水的场所。当用户将卡放置到水控器卡感应区，读卡芯片就会获取卡上的信息，并将相关数据发送回单片机，由单片机控制数码管显示用户余额，再对余额进行判断看是否大于单位扣费金额，若余额足够则控制电磁阀打开，出水，流量传感器将流经的水转换成电脉冲信号输入单片机，之后单片机通过预设费率将用水量转换成金额并进行扣费，数码管动态实时显示用户当前金额。当卡拿走后，单片机自动关闭电磁阀，停止供水，水控器随即进入待机状态，仅显示当前时间和水温。卡消费信息可通过上位机软件发送指令来查询。

　　2 智能水控器硬件设计

　　根据功能设计要求，智能水控器硬件电路主要包括主控模块、射频模块、电磁阀控制模块、流量计量模块、显示模块等。智能水控器硬件结构框图如图1所示。

　　2.1 主控模块

　　主控模块由单片机及其外围电路组成。通过综合考虑存储器容量、I/O口数量、开发费用等因素，本设计中的单片机芯片选择了宏晶科技公司开发的8位微处理器STC11F16XE。STC11F16XE指令代码完全兼容传统8051，其速度快8-12倍，且价格低。这种处理器的片内有16kbytes的可反复擦写100000次以上的FLASH只读程序存储器，足够装载程序，无需拓展。内含1280字节RAM，有32k字节EEPROM，可以保存系统需要的特定参数，即使掉电后也能操持数据，因此大大减少了电路的复杂性和降低开发成本。片上最多有40个I/O，每个I/O口驱动能力均可达到20mA，可以满足系统多模块接口要求。其内部电路还引进了看门狗功能，抗干扰能力强。