Acerca de las tarjetas de proximidad
La tarjeta IC sin contacto (también conocida como tarjeta de radiofrecuencia) es una nueva tecnología desarrollada en el extranjero en los últimos años1 que combina con éxito la tecnología de identificación por radiofrecuencia y la tecnología de tarjeta IC para resolver el problema de las dificultades de contacto pasivas y libres. La tarjeta RF no requiere una fuente de alimentación especial; no hay contacto mecánico entre ella y el lector, evitando fallas de contacto, no hay chips expuestos en su superficie, es impermeable y no es propensa a problemas como fallas electrostáticas; y daños por flexión; no hay problema al usar la tarjeta RF Positivo y negativo. En resumen, las tarjetas IC sin contacto tienen las características de alta confiabilidad, fácil uso y operación rápida. Este artículo utiliza una tarjeta IC sin contacto para desarrollar con éxito un medidor de electricidad prepago inteligente.
1 Principio de funcionamiento
1.1 Principio de funcionamiento de la tarjeta IC sin contacto
El sistema de tarjeta IC sin contacto consta de un lector/grabador y un IC sin contacto. La tarjeta consta de dos partes. El sistema de aplicación opera la tarjeta a través de un lector/escritor; el lector de tarjetas se comunica con la tarjeta mediante señales de radiofrecuencia y proporciona energía al chip de la tarjeta sin contacto, responde a las instrucciones del lector/escritor e informa el procesamiento; resultados. La tarjeta IC sin contacto obtiene energía de alto voltaje acoplando la bobina conectada al chip IC en un campo magnético alterno específico, y luego obtiene corriente continua mediante rectificación, obteniendo así el voltaje y la corriente de funcionamiento. El lector/grabador de la tarjeta IC sin contacto emite un fuerte campo magnético alterno a través de la bobina transmisora, dando energía a la tarjeta IC, escribiendo datos a través de la codificación intermitente y continua del campo magnético y leyendo los datos enviados por el IC. tarjeta a través de la bobina que detecta el campo magnético emitido por la tarjeta IC; la tarjeta IC obtiene energía a través del campo magnético alterno, obtiene los datos escritos por el cabezal de lectura y escritura verificando la discontinuidad y continuación del campo magnético, y codifica y. Modula los datos según el patrón establecido para enviar los datos al cabezal de lectura-escritura.
Este sistema utiliza el módulo de lectura-escritura RF SHC1701 desarrollado por Shanghai Huahong Integrated Circuit Company. Se compone principalmente de radiofrecuencia y circuitos integrados de gran escala SHC1501. Se instala en la placa PCB al mismo tiempo y se instala una cubierta protectora al mismo tiempo que puede completar varias funciones interactivas entre el lector y el IC. tarjeta, incluyendo modulación/demodulación y cifrado/descifrado, autenticación, lectura y escritura, suma/resta, etc., y tiene una interfaz con el microprocesador. Su estructura básica se muestra en la Figura 1. El contenido de la comunicación entre la tarjeta IC sin contacto y el lector incluye respuesta de reinicio, anticolisión, selección de tarjeta, autenticación mutua, operación de bloques de datos y suspensión.
1.2 Principio de funcionamiento de los contadores de electricidad de prepago
Los contadores de electricidad de prepago se pueden dividir en dos tipos: electrónicos y electromecánicos. La diferencia entre ellos radica en los diferentes componentes de conversión de energía eléctrica. El primero realiza la conversión A/D de voltaje y corriente, y luego multiplica y acumula los valores muestreados para obtener la cantidad de electricidad consumida por el usuario. El segundo toma prestado el movimiento del medidor de inducción original y lee el número de vueltas; el plato giratorio a través de un sensor fotoeléctrico para obtener el consumo de electricidad del usuario. Para ahorrar costes, se elige un contador de vatios-hora electromecánico.
Este sistema utiliza AT89C52 como computadora host e instala un par de tubos transmisores y receptores de infrarrojos en el medidor de electricidad monofásico ordinario original para contar el número de vueltas del plato giratorio. Registro, acumulación y cálculo del consumo de energía del usuario. Funciones de visualización y control. Equipado con una tarjeta IC sin contacto, completa la conversión de grados monetarios y la transmisión de información de la cantidad de electricidad desde el departamento de gestión del suministro de energía al usuario.
El principio de funcionamiento de este sistema es:
1. Cuando un usuario lleva una tarjeta IC al departamento de suministro de energía para pagar la electricidad, el departamento de suministro de energía coloca la tarjeta IC del usuario. en un lector conectado a la PC en el escritor, el programa de escritura de tarjetas escribe una cierta cantidad de electricidad que coincide con la cantidad pagada por el usuario en la tarjeta IC.
2. El usuario se lleva la tarjeta IC a casa y la pasa por el lector/grabador del medidor de electricidad prepago de su casa. El host lee la electricidad de la tarjeta y la compara con la restante original. Se suman grados de energía en el medidor de electricidad prepago. Dado que la máquina utiliza una batería de respaldo, no hay temor de pérdida de datos debido a un corte de energía.
3. Cuando el dial del medidor eléctrico gira, el tubo transmisor y receptor de infrarrojos convierte el número del dial en pulsos eléctricos y los envía al microcontrolador. El microcontrolador registra el número de revoluciones del dial. Cuando el número de revoluciones es igual a la constante del medidor, la electricidad restante en la memoria se resta un grado bajo el control del microcontrolador.
4. El microcontrolador monitorea si la electricidad restante en la memoria es inferior a 15 grados en cualquier momento. De ser así, el indicador LED se iluminará para advertir que el consumo de energía está a punto de agotarse, solicitando al usuario que lleve la tarjeta al departamento de suministro de energía para comprar electricidad nuevamente.
5 Cuando el microcontrolador descubre que la energía restante en el medidor del usuario está completamente agotada, el relé de control corta el suministro de energía del usuario.
6 La tarjeta electrónica se configura según una tabla y una tarjeta, y la memoria contiene el número de tarjeta correspondiente y el número de usuario, así como la clave de transmisión de la tarjeta IC. Cuando el usuario coloca la tarjeta IC en el lector-grabador del departamento de suministro de energía, la PC escribe la electricidad comprada para el usuario, registra el número de tarjeta, la fecha y la cantidad correspondiente, y los escribe en la base de datos, de modo que el suministro de energía departamento El estado de compra de electricidad del usuario se puede consultar en la PC en cualquier momento, realizando la modernización de la gestión del departamento de gestión del suministro eléctrico.
7. El sistema utiliza el control de comunicación VB para comunicarse con el microcontrolador a través de RS232. La microcomputadora realiza el control del microcontrolador a través de caracteres previamente acordados. Por ejemplo, el centro de gestión de la comunidad lee periódicamente la electricidad usada y la electricidad restante del medidor de electricidad del usuario a través del puerto de comunicación serie RS232 y crea una base de datos para su almacenamiento. El departamento de suministro de energía puede acceder y administrar los datos recopilados por la comunidad a través de Internet, implementando así un método de administración en red para el departamento de administración de suministro de energía.
8 Este dispositivo es un instrumento secundario y su precisión depende principalmente del instrumento principal. Mientras el dial gire normalmente, el instrumento secundario no introducirá errores.
2 Circuito de hardware
El diagrama de la estructura del circuito de hardware del medidor de electricidad prepago con tarjeta IC sin contacto se muestra en la Figura 2. La unidad de control principal en la imagen utiliza el microcontrolador AT89C52, que tiene 8K bytes de memoria flash (FLASH) y no requiere memoria de programa externa (EPROM). Los circuitos externos incluyen principalmente: circuito de pantalla LED de cuatro dígitos, circuito de detección de dial de medidor eléctrico, circuito de relé para controlar la fuente de alimentación, circuito de control de timbre, circuito de comunicación en serie RS232, circuito de reinicio de vigilancia, circuito de control de energía y circuito de control de tarjeta IC sin contacto SHC1701 módulo de lectura y escritura.
El módulo RF SHC1701 es la unidad central del lector y escritor de tarjetas IC. Consta del circuito dedicado SHC1501 y el circuito RF, etc., que cubre todas las operaciones de acceso a la tarjeta IC sin contacto SHC1101. La interfaz entre el módulo de lectura-escritura de la tarjeta IC y el circuito de visualización y el microcontrolador se muestra en la Figura 3. En la figura, se utiliza un tubo de visualización digital dinámico de ánodo positivo de 4 dígitos. Los caracteres de visualización se envían desde el puerto P0 del microcontrolador al pestillo 74LS374 para su bloqueo, y luego el chip controlador de visualización ULN2003 controla la pantalla del tubo digital P1. .0~P1.3 se controlan respectivamente. El circuito de visualización se utiliza para mostrar la electricidad disponible. Cuando ocurre un error al leer la tarjeta, se mostrará un mensaje de error. Al realizar un depósito en el departamento de suministro eléctrico, se mostrará la cantidad de electricidad almacenada en la tarjeta eléctrica.
La señal de pulso generada por el cabezal de lectura del plato giratorio del medidor eléctrico (tubo transmisor y receptor de infrarrojos) se envía al puerto P1.4 del microcontrolador a través de una puerta NOT, y el microcontrolador monitorea el puerto P1.4. en tiempo real.
El circuito de comunicación serie RS232 utiliza el chip MAX232 para realizar el intercambio de datos entre el microcontrolador y la microcomputadora. La microcomputadora utiliza principalmente el control de comunicación VB para comunicarse con el microcontrolador a través de RS232 y controla el microcontrolador mediante caracteres previamente acordados.
Cuando se agota la electricidad de la máquina, el microcontrolador configura el puerto P1.5 en nivel bajo y el circuito de control del relé corta el suministro de energía del usuario.
El circuito guardián está compuesto por un circuito monoestable 4538. Cuando se enciende inicialmente, el terminal CLR está bajo, lo que hace que la salida Q sea baja, reiniciando así el sistema. Durante el funcionamiento normal, el microcontrolador emite un pulso de bajo nivel durante cada ciclo del programa principal para activar el monoestable; cuando el programa se altera y se ejecuta, el monoestable se reinicia porque no puede obtener el pulso de disparo. Q=0, para resetear el sistema
El circuito de control de timbre consta de un zumbador, dos transistores y una resistencia. Cuando el terminal P1.7 del microcontrolador envía un nivel alto, se activa el zumbador. Para garantizar que el sistema pueda funcionar normalmente incluso durante un corte de energía, se utilizan dos conjuntos de fuentes de alimentación para suministrar energía al sistema. Un conjunto se utiliza para transformar, rectificar y estabilizar la alimentación principal de 220 V/50 Hz para obtener 5 V CC. y el otro conjunto se alimenta mediante una fuente de alimentación escalable de 12 V/4 A. La batería recargable obtiene alimentación de 5 V CC mediante corte, reducción y estabilización de voltaje. Generalmente se alimenta de la red eléctrica y carga baterías recargables. Cuando falla la alimentación principal, se alimenta con la batería recargable de 12 V/4 A que puede hacer que el sistema funcione de forma continua durante más de 24 horas.
3 Diseño de software
El programa de este medidor de electricidad prepago con tarjeta IC sin contacto adopta un diseño modular. Todo el sistema consta del programa de facturación del medidor de electricidad del usuario y el suministro de energía. Consta de dos partes: depósito departamental y procedimientos de gestión. Cada parte del programa se compone de dos partes: el programa del sistema del microcontrolador y el programa de interfaz de usuario de VB. El programa del microcontrolador y el programa de VB utilizan el control de comunicación de VB MSComm para comunicarse a través de RS232. El protocolo de comunicación utiliza comandos de consulta basados en códigos ASCII y. interrupciones para enviar y recibir caracteres. La microcomputadora controla el microcontrolador a través de caracteres previamente acordados, y el microcontrolador ejecuta diferentes subrutinas del microcontrolador juzgando diferentes caracteres enviados por la microcomputadora. 3.1 Programa de facturación del medidor de electricidad del lado del usuario
3.1.1 Funciones principales del programa del sistema del microcontrolador
(1) Lectura de la función válida de la tarjeta IC sin contacto. Realice anticolisión, autenticación de contraseña, autenticación de número de tarjeta y otras operaciones en la tarjeta, lea los datos almacenados en la tarjeta y luego borre la tarjeta y deténgala.
(2) Completa la función de precarga del contador de electricidad. La energía eléctrica leída de la tarjeta IC se suma a la energía eléctrica restante en la memoria del microcontrolador y se almacena nuevamente en la memoria.
(3) Función de visualización. El sistema escanea periódicamente y muestra dinámicamente la electricidad restante en la máquina. Además, cuando se produce un error al leer o escribir en la tarjeta IC, se muestra un mensaje de error.
(4) Función de interrupción de la comunicación serie. Cuando la microcomputadora envía un comando de recolección al microcontrolador, el microcontrolador ejecuta la subrutina del servicio de interrupción de comunicación en serie después de pasar la autenticación del número de usuario, devuelve el consumo de energía del usuario y la energía restante a la microcomputadora, y luego interrumpe y regresa.
(5) Función de conteo de electricidad. El sistema monitorea la señal de pulso del cabezal de lectura de la plataforma giratoria del medidor (tubo transmisor y receptor de infrarrojos) en tiempo real. Cuando la señal de pulso cambia de nivel alto a nivel bajo, el contador COUNT aumenta en 1 y cuando el valor COUNT es igual a. la constante del medidor (rev/grado), la cantidad de electricidad restante se reduce en 1, el consumo de energía aumenta en 1 y COUNT se borra al mismo tiempo.
(6) Función de apagado de alarma. Cuando la electricidad restante en la máquina sea inferior a 15 kilovatios-hora, el indicador LED se iluminará para advertir que el consumo de electricidad está casi agotado, lo que solicitará al usuario que lleve la tarjeta al departamento de suministro de energía para comprar electricidad nuevamente. Cuando la energía restante en el medidor del usuario se agota por completo, el relé de control corta el suministro de energía del usuario. Los usuarios sólo podrán seguir suministrando energía después de depositar nuevamente el consumo eléctrico.
El programa del sistema del microcontrolador consta del programa de monitoreo principal, la subrutina de procesamiento de la tarjeta IC, la subrutina de conteo de energía, la subrutina de servicio de interrupción en serie, etc. Los diagramas de bloques se muestran en las Figuras 4a, b, cyd respectivamente. .
3.1.2 Funciones principales del programa de interfaz de usuario VB
(1) Visualización. Según el número de usuario ingresado, se muestra la información del usuario correspondiente.
(2) Colección. El número de usuario se envía al microcontrolador a través del control de comunicación. Después de que el microcontrolador autentica el número de usuario, devuelve el consumo de energía del usuario y la energía restante.
(3) Escribir. Los datos recopilados, más el número de usuario y la fecha, se escriben en la base de datos para su consulta.
(4) Ver. Ver el consumo de electricidad y el consumo de electricidad restante de cada usuario en el mes actual; ver todo el uso de electricidad.
3.2 Procedimientos de depósito y gestión del departamento de suministro de energía
3.2.1 Funciones principales del programa del sistema informático de un solo chip
(1) Configuración de inicialización del sistema . Configure la dirección de registro, interrumpa la entrada de la fuente, cargue la contraseña de autenticación de la tarjeta IC y configure el modo de funcionamiento del puerto serie, el temporizador 0 y el temporizador 1, etc.
(2) Recibir caracteres de control enviados desde el microordenador. Ejecute la subrutina del servicio de interrupción en serie si el carácter de control es R, realice consultas de tarjeta, anticolisión, selección de tarjeta, autenticación y otras operaciones en la tarjeta IC, y devuelva el número de tarjeta a la microcomputadora; la cantidad de electricidad comprada por el usuario se escribirá en la tarjeta IC, luego leerá el número de electricidad escrito y luego detendrá la tarjeta.
(3) Función de visualización. Muestra la cantidad de electricidad almacenada en la tarjeta IC. Cuando hay algún error durante el funcionamiento de la tarjeta IC, se mostrará un mensaje de error para avisar al usuario.
El programa consta del programa de monitoreo principal y la subrutina del servicio de interrupción en serie. Sus diagramas de bloques se muestran en las Figuras 5a y b.
3.2.2 Funciones principales del programa de interfaz de usuario VB
(1) Función de depósito de tarjeta IC. El usuario lleva la tarjeta al departamento de suministro de energía para realizar un depósito. El personal coloca la tarjeta en el lector y escritor y presiona el botón "leer tarjeta". La microcomputadora envía el carácter "R" al microcontrolador. El procesamiento de interrupción correspondiente y devuelve el número de tarjeta. El sistema devuelve el número de tarjeta de acuerdo con el número de tarjeta devuelto. Después de confirmar que es correcta, se ingresa el monto pagado por el usuario y el sistema convierte automáticamente. en la cantidad de electricidad. Presione el botón "Depósito" para almacenar la cantidad de electricidad en la tarjeta IC y, al mismo tiempo, la información relevante del depósito se escribe en la base de datos para consultas futuras.
(2) Función de consulta. Para consultar la información del usuario, la información de la tarjeta IC y el consumo de electricidad del usuario, puede realizar una consulta selectiva según el número de usuario ingresado o el número de tarjeta de electricidad.
(3) Función de mantenimiento. El mantenimiento de la base de datos incluye agregar nuevos registros, eliminar registros innecesarios y actualizar registros existentes. La base de datos utilizada en este sistema es establecida por MSAccess y está asociada con la interfaz de usuario a través del control de objetos de datos de VB. Todas las operaciones sobre datos actualizan la base de datos asociada en tiempo real.
Este artículo combina la tecnología de tarjetas IC sin contacto con tecnología informática para desarrollar un dispositivo multifuncional de carga y medición de electricidad. Este sistema realiza la carga electrónica de electricidad, cambia la situación irrazonable de cargar primero después de usar electricidad y promueve la gestión científica de la medición y carga de electricidad. Este dispositivo utiliza las funciones y la estructura del antiguo reloj mecánico, reduce el costo de modificación y es adecuado para su popularización y uso.