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低功耗无磁水表中射频卡读写器的设计

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第22 卷第1 期

2009 年3 月

宁波大学学报（理工版）

Vol.22 No.1

Mar. 2009

JOURNAL OF NINGBO UNIVERSITY ( NSEE )

文章编号:1001-5132（2009）01-0017-06

低功耗无磁水表中射频卡读写器的设计

祝向辉¹, 王让定^1*, 姚灵², 孙广清¹, 陈昌根¹

（1.宁波大学信息科学与工程学院, 浙江宁波 315211; 2.宁波水表股份有限公司, 浙江宁波 315000）

摘要: 为了加强数据的安全性且方便用户进行刷卡操作, 选择在无磁水表中加入射频读卡器. 读

卡器的硬件上采用 MSP430 单片机与射频读写芯片 RC522 相结合的方式, 具有较低的功耗; 软

件上根据Mifare 1 S50 射频卡及多扇区多密码的特点, 采用一次一密的动态加密方式, 较好地保

护了卡内数据的安全性, 同时对于用户恶意补卡现象也做了相应防备措施.

关键词: RC522; MSP430 单片机; Mifare 1 S50 卡; 射频读卡器

中图分类号: TP391

文献标识码: A

随着我国金卡工程的实施和发展, 智能卡的

应用已逐步融入人们的生活, 水表中智能卡的应

用也是趋势发展的必然结果. 射频卡以其良好的

可靠性、方便的操作及其本身非接触等特点, 成为

卡式水表中智能IC 卡的首选.

部分Flash 空间用以记录使用过的M1 卡的序列号,

以防止人为的恶意换卡.

1 系统硬件设计

RC522 是philips 公司继MF RC500、RC531 及

RC632 等一系列典型产品后推出的一款针对智能

仪表领域的低电压、低功耗、低成本的完全符合

ISO1443A 协议的非接触读卡芯片, 采用统一的3.3

V 供电电压, 且具有灵活高速串行接口(I²C、SPI、

UART). 但它的操作难度主要在于如何通过单片

机来设置其内部寄存器, 以及传送特有格式的指

令来向射频卡发送、接收有效数据, 从而达到读、

写卡的目的.

1.1 系统总体设计

设计采用 TI 公司 MSP430FW427 单片机为主

控芯片, 它与外围扩展的无磁传感器、电源管理、

存储模块、LCD 显示、保护装置、电磁阀门驱动、

读写卡器共 7 个模块共同构成了整个水表系统的

主体, 其系统框图如图1 所示.

本设计硬件上采用 MSP430 单片机与 RC522

结合, 供电电压完全一致, 读卡器与 Mifare 1 S50

卡(以下简称M1 卡)间以典型值106 Kbps 的速率通

信, 软件上采用动态的加密方式, 并在单片机中留

图1 系统框图

图1 中的无磁传感器采用2 个LC 振荡器, 用

于检测叶轮转动速度和转动方向; 电源管理模块

收稿日期: 2008-04-03.

宁波大学学报（理工版）网址: http://3xb.nbu.edu.cn

基金项目: 浙江省科技厅计划项目（2007C21G2070004）; 宁波市科技局工业攻关项目（2006B100067）.

第一作者: 祝向辉（1987－）, 男, 江西鹰潭人, 在读硕士研究生, 主要研究方向: 射频通信及嵌入式应用. E-mail:

*通讯作者: 王让定（1962－）, 男, 甘肃天水人, 博士/教授, 主要研究方向: 数字水印及语音识别. E-mail:

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