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，相對于傳統的接觸式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射頻卡的讀寫基站芯片U2270B設計預付費數字電度表。

    系統組成

    整個系統由電表管理系統、射頻卡、射頻卡預付費數字電表三部分組成。電表管理系統用于用電管理部門對用戶發行電表射頻卡、用戶購電寫卡、用戶購電信息管理。系統由微機、電表管理軟件、電表專用射頻卡讀、寫設備等組成。它完成的功能有：電表射頻卡的初始化，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數據庫。電表射頻卡數據庫的維護包括查詢、刪除、轉帳和打印等。

    射頻卡用于記錄用戶序列號、預購的電度數以及所配電度表的工作參數等信息。

    預付費電表根據用戶預購的電度數為用戶供電，并**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范圍內未重新購電，電表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，并被確認才恢復供電。

    射頻讀寫系統的硬件構成

    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，采用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載波調制后的信號，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，有利于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系式如下： Ri=2.5kΩ。

    需要注意的是，OUTPUT引腳輸出的信號只是經過了解調，并沒有解碼，解碼任務要通過單片機編程完成。

    預付費電表的硬件結構及軟件

    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)都是采用數字電路，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，在動態范圍500:l內誤差小于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；片內電源監控。表頭的CF端的脈沖輸出經光電隔離后，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數碼顯示管顯示，采用動態顯示模式，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。用戶電源切斷電路采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。

    結語

    本文介紹的數字式射頻卡預付費電表系統，嚴格按照產品化的要求設計，用高精度電能計量芯片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。