射頻卡技術(shù)在數(shù)字式預(yù)付費電表系統(tǒng)中的應(yīng)用

>圖2  電表框圖

射頻讀寫系統(tǒng)的硬件構(gòu)成

TEMIC系列射頻卡內(nèi)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(shù)據(jù)流長度、加密和口令喚醒等功能的啟用關(guān)閉等;block1~bloc6是用戶塊,用來存放用戶數(shù)據(jù)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(tǒng)設(shè)置基站工作在125kHz的載波頻率下,采用RF/32的傳輸波特率,Manchester編碼,使用Sequence Terminator同步信號,循環(huán)發(fā)送block1~block6的數(shù)據(jù)。在這樣的工作模式配置下,位時鐘周期ms =256ms。

本系統(tǒng)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(gòu)成了一個TEMIC系列射頻卡讀寫器系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件電路如圖1所示。

基站天線需要用戶自己繞制。一般用銅制漆包線繞直徑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(shè)定。此頻率是由流入RF(15)引腳的電流值決定的,所以通過調(diào)節(jié)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(dāng)fosc=125kHz時,Rf1＋Rf2=110kΩ。

基站從射頻卡讀入的是經(jīng)過125kHz載波調(diào)制后的信號,它通過CIN電容耦合輸入到INPUT(4)引腳,經(jīng)過低通濾波器、放大器、施密特觸發(fā)器后,在OUTPUT(2)引腳輸出解調(diào)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(diào)電路的高通特性,有利于更進一步慮除干擾信號。CIN和CHP的值依據(jù)射頻卡的數(shù)據(jù)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(guān)系式如下：

Ri=2.5kΩ。需要注意的是,OUTPUT引腳輸出的信號只是經(jīng)過了解調(diào),并沒有解碼,解碼任務(wù)要通過單片機編程完成。

預(yù)付費電表的硬件結(jié)構(gòu)及軟件

圖2為數(shù)字式射頻卡預(yù)付費電表的原理框圖。

表頭電路選用了高精度電能計量芯片AD7755,采用脈沖輸出計量電量。在AD7755中只有A/D轉(zhuǎn)換器和基準(zhǔn)電路使用了模擬電路,其它所有的信號處理(如乘法、濾波)都是采用數(shù)字電路,保證了在各種極端環(huán)境條件下的穩(wěn)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(biāo)準(zhǔn),在動態(tài)范圍500:l內(nèi)誤差小于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,可接口到MCU;在電流通道中的可編程增益放大器方便與傳感器接口;片內(nèi)電源監(jiān)控。表頭的CF端的脈沖輸出經(jīng)光電隔離后,與單片機的I/O口連接。其接口電路如圖3所示。

顯示部分由4位LED數(shù)碼顯示管顯示,采用動態(tài)顯示模式,四只LED輪流點亮,每一位保持1ms,10ms后再次點亮重復(fù)不止。為了延長LED的使用,數(shù)碼顯示管的顯示與控制由單片機I/O口直接驅(qū)動。

射頻卡讀寫部分電路與上面所述的售電系統(tǒng)射頻卡讀、寫器大體相同。

用戶電源切斷電路采用磁保持繼電器及其驅(qū)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(jīng)變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓獲得,兩路電源各自獨立,不共地。

圖4為主監(jiān)控程序流程因,在系統(tǒng)上電復(fù)位初始化時,先讀取電表數(shù)據(jù)存儲器EEPROM內(nèi)的密碼、電度數(shù)等數(shù)據(jù),并實現(xiàn)以下功能：

當(dāng)電表工作時,只要有外部中斷發(fā)生,就立即執(zhí)行外部中斷服務(wù)程序。中斷服務(wù)程序完成脈沖計數(shù)即用電計量功能。每次進入中斷時,軟件脈沖計數(shù)器加1,當(dāng)計數(shù)值達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)計數(shù)值,則扣電標(biāo)志置起,然后退出中斷程序。主監(jiān)控程序查詢到扣電標(biāo)志置起后,將在總電度數(shù)中扣除所用電度數(shù)。

 結(jié)語

本文介紹的數(shù)字式射頻卡預(yù)付費電表系統(tǒng),嚴(yán)格按照產(chǎn)品化的要求設(shè)計,用高精度電能計量芯片AD7755為電能測量單元,系統(tǒng)電路簡單、經(jīng)濟。本系統(tǒng)已經(jīng)實際應(yīng)用在溫州某非接觸式IC卡預(yù)付費電度表的售電系統(tǒng)中,實際應(yīng)用表明,該系統(tǒng)在精度和可靠性上都能滿足設(shè)計的要求,系統(tǒng)運行良好,可靠性高。