基于多密钥iButton的智能水卡的设计

　　1 DS1991概述

　　iButton?information Button?信息纽扣是一种封装在扁圆型不锈钢外壳里的直径为16毫米的微型智能化信息载体。具有双向通讯功能，数据传输使用独特的1-Wire(单总线)协议，仅用一根数据线即可与外界进行信息交换。iButton信息钮扣与其读写器的信息传递只需短暂接触即可完成，传输速率可达16.3kbps。信息纽扣内置的NVSRAM存储器可存放文字或数字化的图像，任何时刻只要短暂的触碰就可更改存放的信息。在每一个信息纽扣的晶片上都有工厂光刻的、独一无二的64位注册码，该号码具有不可伪造性。先进的设计理念及封装形式赋予了iButton超强的抗冲击、防静电、防腐蚀、防水、防摩擦等性能，极大的提高了数据的安全性，并可确保十年以上的使用寿命。

　　DS1991是一种加密存储型信息纽扣，它有三个独立的电子密钥分区(提供1152位的可读写非易失安全存储器)和512位暂存器。每个密钥分区包括384位，具有独立的64位密码和64位ID码。对密钥分区的读/写操作均需进行密码验证。三个区的数据可分别操作，互不干扰。512位的暂存器主要用于加密数据的拷贝，以保证安全存储器中数据的完整性。DS1991可在恶劣环境中实现带密码保护的数据传送。

　　DS1991通过严格的1-Wire(单总线)协议传输数据。1-Wire协议定义了复位脉冲、应答脉冲、写0、写1和读数据时序等几种信号类型，所有单总线命令序列都是由这些基本的信号类型组成的。单片机访问DS1991必须严格遵循单总线命令序列，即初始化、ROM操作、存储器功能命令。

　　DS1991的ROM操作命令有读取(33H)、匹配(55H)、搜索(F0H)、跳过(CCH)等。这些命令可作用于DS1991的64位光刻注册码。DS1991有6个设备检测命令：写暂存器(96H)、读暂存器(69H)、复制暂存器(3CH)、写密码(5AH)、写密钥子区(99H)、读密钥子区(66H)。存储器功能命令由三段组成：一为功能代码，二为命令的起始地址和子密钥的地址代码，三为第二个字节的取反。

　　2 系统结构与工作原理

　　本文设计了一种基于DS1991的智能水卡。这种智能水卡由于运用了iButton信息纽扣，因而便于携带，不易损坏，只需在触头上一碰，水就哗哗的流出，再次触碰则可关闭水龙头，从而很好的达到了节约用水的目的。

　　本设计中的单片机选用Microchip公司的PIC16C63，其最大优点是省电，该单片机在低功耗休眠状态时的静态电流小于1μA，正常工作时的最小工作电流仅为15μA，并具有看门狗复位电路，特别适合用来设计小型电子产品。无用户用水时，系统处于休眠状态，当水卡第一次碰触头时，单片机从休眠状态唤醒。iButton触头与单片机的连线极其简单，只需将PIC16C63的一根口线与其相连并外接一个上拉电阻即可。选用24WC02存储器可在掉电时保存数据。CD4098是双单稳态触发器。流量传感器选用基于模拟水表的旋翼式结构，可将叶轮的旋转转换为电信号。电磁阀选用12V低压电磁阀。其硬件连接如图1所示。