基于MSP430FW427的无磁水表设计方案

基于MSP430FE427的单相电能表的设计王安洋;公茂法;冯洁;张培杰;王宁;张旭童【期刊名称】《电子质量》【年(卷),期】2015(0)11【摘要】View of the current situation on the market of single-phase meter,the paper design the low-power single-phase energy meter for user.It is given to MSP430FE427 control and energy metering IC chip energy meter overal scheme.Hardware focuses on the overal design and calculation of energy information acquisi-tion circuit and power supply circuit.According to the principle of internal ESP deduced formulas voltage,cur-rent,power and energy.Software,focusing on the operation of the internal microcontrol er MSP430FE427 ESP modules,and gives the program flow chart.Final y,the description of the meter error correction.%针对目前市场上单相电能表的情况，该文设计了普通用户使用的低功耗的单相电能表。

给出了以MSP430FE427为控制芯片以及电能计量芯片的电能表的总体方案。

硬件方面重点介绍了的电能信息采集电路和电源电路的总体设计及计算。

根据430内部ESP的工作原理，推导出了电压、电流功率及电能的计算公式。

基于MSP430FW427无磁热能表的设计
陈秋阳;陈春平
【期刊名称】《青岛大学学报（工程技术版）》
【年(卷),期】2010(025)001
【摘要】为解决供暖费用按热量计费的方法,介绍了一种基于MSP430FW427的无磁热能表的设计方案,给出了无磁热能表的设计原理,介绍了流量、温度检测电路及通信模块的设计和软件修正及控制方法.该热能表经政府检测单位检测证明,热表所采用的无磁流量计克服了供热水质对热能表计量精度和工作稳定性的影响,热表具有良好的工程应用性能.
【总页数】5页(P81-85)
【作者】陈秋阳;陈春平
【作者单位】青岛科技大学化工学院化工计算与仿真实验室,山东,青岛,266042;青岛科技大学现代教育技术中心,山东,青岛,266042
【正文语种】中文
【中图分类】TH814
【相关文献】
1.基于MSP430FW427远程抄控燃气表的设计 [J], 刘慕双;谢颖;任伟
2.基于嵌入式的智能热能表系统设计 [J], 温宗周;钱佳佳;豆朋达;周冬
3.改进型节能无磁IC卡热力表设计 [J], 忻龙彪;武斌
4.基于超声波检测的新型热能表设计 [J], 石桂名;柏久宇;孟繁盛
5.基于MSP430FW427的无磁水表设计 [J], 贾灵
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MSP430单片机在新型智能水表开发中的应用王云平　邵定国　李朝东(上海大学,上海200072)摘　要　本文介绍了TI 公司的MSP430系列FLASH 型超低功耗16位单片机的主要特点,给出了所开发新型水表的系统构成框图,并简单地介绍了该款单片机在新型智能水表开发中的主要应用。

关键词　MSP430;自动控制;智能水表1　基于MSP430单片机的新型水表系统构成新型智能水表的控制系统组成如图1所示,主要分为以下几个部分:即主控CPU 、耗水检测电路、阀门开启系统、IC 卡通讯、电源监控系统、液晶显示及声音报警等子系统。

图1　新型智能水表控制系统硬件组成图1.1　MSP430系列单片机的性能简介本系统的核心元件采用的是TI 公司的MSP430系列单片机。

TI 公司的MSP430系列单片机是TI 公司推出的一种具有超低功耗特性的功能较全的低成本16位单片机,它特别适合应用在各种要求极低功率消耗的场所,如电池应用的场合或手持设备,它的硬件乘法器大大加强了其功能并提供了软硬件相兼容的范围,提高了数据处理的能力。

同时,该系列单片机将大量的外围模块整合到片内,特别适合于设计片上系统,有不同型号的器件可供选择,给设计者带来很大的灵活性。

适应工业级应用环境MSP430的运行环境温度范围为-4℃～+85℃,所设计的产品适合运行于工业环境下。

该系列单片机的主要特点在于:电源消耗的超低功耗;CPU 外围的高度整合性。

其特点包括:1)低供电电压范围1.8V ～3.6V ,在1MHz 时钟条件下工作时工作电流视不同模式为0.1μA ～400μA ,有5种低功耗超低电流消耗模式,可使用电池供电,一节电池可工作10年,在液晶显示时也能达到0.8μA 的低电源消耗。

片内数字控制振荡器DCO 可以使单片机在6μs 的时间内从低功耗模式转变到活动模式。

2)有丰富的片上外围模块,最多8路12位A/D转换,48个I/O 端口,两个UAR T 看门狗,两个内置16位定时器,可在线仿真的FLASH 内存,7路PWM 输山,LCD 驱动等。

基于MSP430单片机的远程抄表系统及智能网络水表的设计随着我国城镇建设的快速发展，有关城市的水、电、气、暖表的管理和抄表出现的问题也日益突出，根据自来水网的改造、智能小区的建设以及实施“一户一表”工程的需要，本文设计了一种基于MSP430单片机的远程集中抄表系统及智能网络水表，智能网络水表通过集中器和上位机管理系统连接，将水表的数据传输给远方的上位机，同时上位机管理系统通过集中器对智能网络水表进行监测和管理。

针对传统旧式水表存在的各种缺陷，本文介绍了目前市场上出现的各种智能水表，在大量收集和查阅国内外有关资料，深入水表生产公司实践学习的基础上，提出了一种低功耗的智能网络水表，这种智能网络水表以MSP430单片机为核心，实现了用户用水量的采集、计量、处理、存储等，克服了传统旧时水表存在的偷水、漏水等缺陷。

除了具有目前智能水表的各项功能外，其主要特色是低功耗设计，并且可以通过RS-485接口与集中器相连，大大方便了组网。

同时本文对水表的远程集中抄表系统进行了全面的介绍，该系统有三层网络结构：上位机管理系统、集中器和智能网络水表。

智能网络水表通过RS-485总线和集中器连接，集中器通过调制解调器MODEM 和。

基于 MSP430 单片机的远传智能水表的设计与实现发表时间：2020-05-20T01:14:01.484Z 来源：《建设者》2020年5期作者：柴学勇[导读] 远传智能水表是科技不断进步的产物，为水资源的保护做出重要贡献。

身份证号码：32038119820309XXXX 江苏徐州 221000摘要：远传智能水表是科技不断进步的产物，为水资源的保护做出重要贡献。

我国智能水表的发展起步晚，1990 年后获得了较大的发展，但仍然在价格、品质方面存在着很大的问题。

远传智能水表的整体设计依托于计算机和无线网络技术，稳定性高、可靠性好。

远传智能水表的硬件包括LCD 显示模块、IC 卡读写模块、NB-IOT（窄带物联网）模组、电机阀控制模块、流量采集模块、电压检测模块等，软件设备包括系统初始化模块设计、LCD 液晶显示屏模块设计、中断处理模块设计、电机阀门控制程序设计、IC 卡管理模块设计、NB-IOT 远传设计、采集模块设计等，提高了用水管理的效率，为水资源的节约做出重要贡献。

关键词：MSP430 单片机；远传智能水表；设计；实现引言由于智能水表要对居民的用水状况和数据进行远程传输，因此在智能水表设计的过程中，要保证数据传输的真实性和可靠性。

由于智能水表最终面对的用户为普通居民，因此在设计过程中要充分考虑市场价格、竞争力、性价比等因素，运用创新手段实现高性价比。

MSP430 单片机远传智能水表还拥有多个数据通信通道，能够更加便捷地进行功能的扩展与设备的增减，这就使得整体系统的开发与完善所需时间缩短，实现了智能化。

智能水表的发展现状随着现代电子技术的发展，单片机技术已经被广泛运用于水表的研究之中，在世界上许多发达国家，远程抄水表技术已经得到实现。

但是我国的水表技术起步晚，发展较为缓慢。

1990 年之后，我国的水表产业发展步入正轨，社会对于水表的研究和开发力度加大，水表种类也逐渐增多，各类智能水表层出不穷。

基于MSP430单片机的多功能智能水表设计作者：霍昕泽来源：《文存阅刊》2019年第25期摘要：随着现代科学技术的飞速发展，智能水表的发展也是日新月异。

在智能水表系统中，RS-485总线传输方式，已经得到了广泛的应用。

无线传输抄表方式，推广应用的范围也日益扩大。

目前，在新型水表的研制和开发领域，节能，功耗低，计量准确可靠，数据传输稳定，能够进行远程抄表管理等，都是要遵循的原则。

按照此原则，本文设计了一种基于MSP430F1232低功耗单片机的多功能智能水表，通过应用远程监测、控制技术，与集中器和管理计算机之间，进行双向通信。

当上位机发出通信指令时，智能水表通过其RS-485接口，连接到集中器，进行数据的交换和传输，实现通信功能。

这种设计方案，不但能够节省成本，而且对于数据在较长的传输路径中，避免了由于受到干扰，而被中断破坏的情况，从而提高了通信的稳定性和可靠性。

关键词：MSP430单片机;多功能;智能水表;设计随着现代科学技术的飞速发展，智能水表的发展也是日新月异。

先进的智能化水表取代旧式水表，已经成为一种发展趋势。

智能水表的开发、研制以及应用，符合当今世界各国水表管理模式的发展方向，具有良好的发展和应用前景。

在智能水表系统中，RS-485总线传输方式，已经得到了广泛的应用。

无线传输抄表方式，推广应用的范围也日益扩大。

目前，在新型水表的研制和开发领域，节能，功耗低，计量准确可靠，数据传输稳定，能够进行远程抄表管理等，都是要遵循的原则。

按照此原则，本文设计了一种基于MSP430F1232低功耗单片机的多功能智能水表。

一、智能水表的工作原理本文设计的基于MSP430F1232低功耗单片机的多功能智能水表，主控元件为MSP430F1232低功耗单片机;供水的开关为电动阀门;IC用来记录用户的购水量，并将记录的数据，同步到单片机内;液晶显示屏用来显示智能水表的数据;蜂鸣器用于智能水表的报警提示。

本智能水表用水量数据的统计，采用单位水量，即0.01立方米，通过机械触发，产生多传感器组合信号，并由单片机处理、统计数据。

MSP430FW42X 无磁传感器水表解决方案
我公司自主开发的MSP30FW42X 无磁传感水表具有功耗低（静态电流小于 4 微安）、测量流量范围宽、精度高、稳定性和一致性好的特点，尤其在小流量下亦保持了很高的测量精度，同时丝毫不受各类水锈、杂质的影响，特
别适合在水质较差的供热环境下长期使用而不影响测量精度。

一、单片机主要性能MSP430FW42X 系列单片机是TI 针对电子式流量与旋转运动检测最新开发的专用MCU 芯片，它将超低功耗MCU 、旋转扫描接口（Scan IF ）和液晶显示LCD 驱动模块完美地结合为一体，该器件的超低功耗结构和流量检测模块不仅延长了电池的寿命，同时还提高了仪表的精度
与性能。

MSP430FW42X 除了完全兼容现有MSP 430F 41x 产品外，还具有以下主要特性：
应用于水、热和气体仪表的流量测量的Scan IF 单元；
高达96 段的集成LCD 驱动程序；
掉电保护功能与电源电压监控器；
两个多通道脉宽调制计时器；
可实现模数转换的通用模拟比较器_A 。

二、系统组成使用MSP430FW42X 开发的水表、热量表，系统直接采用内部流量扫描模块（Scan IF ）不需要外部流量检测IC ，直接取代TMS3723B ，大大简化了系统硬件设计和软件设计，并且提高了系统的稳定性。

使用MSP430FW42X 开发的无磁水表系统框图如下：
图1 系统原理框图
传感器将其转化为电信号送至微控制器的SCAN IF 模块，SCAN IF 模块。

第22卷第1期宁波大学学报（理工版）V ol.22 No.1 2009年3月JOURNAL OF NINGBO UNIVERSITY ( NSEE ) Mar. 2009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.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.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106Kbps的速率通信, 软件上采用动态的加密方式, 并在单片机中留部分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.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: 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: zxh19870127@ *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: wangrangding@18 宁波大学学报（理工版） 2009可检测电池电量以及完成必要的电压转换功能; 而存储模块主要用于记录用户用水量的历史数据; LCD 显示模块作为人机交互接口, 方便用户查询用水信息或自来水公司查询水表工作状态; 保护装置主要用于防止用户恶意拆卸、破坏水表, 并保障水表即使在非正常工作的状态下也不发生错误计量; 用户的供水由电磁阀门控制, 当用水量余额不足或电池电量不足时, 阀门关闭; 用户还可通过读写卡模块向水表充值, 实现用水金额的预付. 1.2 读写卡器硬件设计射频读卡器的主要硬件电路包括RC522与单片机的接口电路以及外围天线的设计. 其中读写卡芯片RC522与单片机通过I 2C 总线连接, 其接口方式如图2所示.图2 单片机与RC522连接方式由于二者连接采用I 2C 总线协议, 因此RC522的I 2C 口应接高电平, EA 与D 1~D 6共同确定RC 522作为I 2C 协议中从设备的地址(7bit). 当EA =1, RC522地址的6bit 数据由D 1~D 6来决定(这里特别要注意的是D 1~D 6的值不要与I 2C 协议中规定的一些特殊地址冲突), 剩下1bit 一般为0; 若EA =0, 则RC522的地址的高四位为0101, 低位由D 1~D 3确定[1].除了与单片机的连接, RC522还需要外接天线及其匹配、滤波和接收电路, 如图3所示.在图3的电路中, 由C mid 、R 1、C rx 、R 2组成的接收电路与由L 0及C 0组成的滤波电路其元件参数值是固定的, 而天线匹配电路中C 1、C 2与R a 的值由设计的天线确定. 由于M1卡工作所需的电压由读卡器天线产生的磁通供给, 其能量的传输类似于变压器原理, 因此卡获得的能量随着卡和天线间的距离不同而变化, 为获得良好性能, 相关参数值的选取还须经过天线的调谐过程[2].2 系统软件设计系统软件设计是整个系统设计的核心与难点, 主要完成射频卡和读卡器之间的信息交互. 2.1 标准M1卡的内部存储结构[3]M1卡内部有1个容量为8K 的EEPROM, 分为16个扇区, 每个扇区为4块, 每块16Byte, 其结构如图4所示.块0 数据块0扇区0块1 数据块1 块2 数据块2 块3密码A 存取控制 密码B 控制块3 块0数据块4扇区1块1数据块5块2数据块6块3密码A 存取控制 密码B 控制块7 ∶ 0数据块60扇区15 1数据块61 2 数据块62 3 密码A 存取控制 密码B 控制块63图4 M1 S50卡内部存储结构其中每个扇区的块0、1、2为数据块, 用于存储16Byte 数据. 数据块可分为2种: 普通的数据块和特殊数据块, 二者的区别在于数据的存储格式不同, 普通数据块可存任意16Byte 数据, 而特殊数据块内数据存储格式如图5所示, 其中有效数据为4Byte, 块号为1Byte, 只有这种存储格式的数据块才可执行卡的增/减指令. 另外, 每个扇区的块3为控制块, 其中包括了密码A 、存取控制和密码B,图3 RC522外围天线电路第1期 祝向辉, 等: 低功耗无磁水表中射频卡读写器的设计 19具体结构如图6所示. 每个扇区的密码和存取控制都是独立的, 默认存取控制(FF 07 80 69)表明该扇区使用密码A 验证, 而密码B 无效. 需要注意的是: 第0扇区的块0用于存放厂商代码, 已经固化, 永远不可更改.图5 特殊数据块存储格式图6 各扇区控制块结构2.2 卡的基本功能的实现卡的基本功能包括卡的增、减、读、写操作, 它需要借助于许多不同指令来实现, RC522与M1卡都有各自的指令(分别称之为Command 指令和M1指令)[4], 因此如何通过Command 指令来完成M1指令从而达到读写卡的目的是整个软件设计的主要内容.在一般情况基本的卡操作中, 并不是所有指令都要用到, 常用的几个Command 指令有空闲指令(IDLE), 它可使读卡器进入空闲模式; CalcCRC 用于CRC 校验计算; Transceive 指令是Command 指令中最常用的一个, 主要用于数据的发送与接收; 而MFAuthent 密码认证指令用于M1卡中的密码验证.常用的M1指令主要有询卡指令(Request), 包括Request All 和Request Idle 2种模式, 用于搜索一定范围内是否存在M1卡; 防冲突指令(Anticolli- sion)和选卡指令(Select)成功执行后, 可从多张卡中选取1张有效M1卡; Authentication 指令是进行密码认证; 其他的还有Read 、Write 、Decrement 、Increment 指令分别用于对卡的读、写、增值与减值; Halt 指令可使卡进入空闲状态.M1卡与读卡器之间的典型通讯过程如下: 将待发送数据(包括标准M1卡指令)按一定格式写入RC522的FIFOData 寄存器后, 再写Command 指令到Command 寄存器, 以此触发通信的开始(有些指令还需对一些寄存器操作后才开始通信), 卡若接收到数据, 先读取数据中的M1卡指令, 再将余下数据作为M1指令的操作对象进行相应的操作, 并将结果返回RC522的FIFOData 寄存器. 卡内部操作是自发, 一般只将Command 指令写入Command 寄存器中, 一定时间后通过读取FIFOData 寄存器中卡的返回值来确定M1卡是否成功地完成了预定的操作. 显然, Command 指令在RC522内识别, 标准M1卡指令在读卡器内相当于一些普通数据, 它的识别过程在M1卡内进行. M1指令的执行过程是卡基本功能的具体实现过程,流程如图7所示.图7 M1卡操作流程要对M1卡进行读写, 必须先经过询卡、防冲突、选卡、密码认证等环节[5]. 询卡主要用于搜寻一定范围内是否存在M1卡, 询卡成功后, 则进入防冲突获取序列号过程, 这是整个流程中较为复杂的环节, 它的主要功能是在若干个M1卡中按一定的算法获取其中1张M1卡的序列号, 为选卡做准备.防冲突循环的流程如图8所示, 其中防冲突命令(SEL+NVB)中SEL 为防冲突指令0x93, NVB 为1Byte 数据, 高4位表示本次待发送数据的有效字节数, 低4位为发送数据最后1个字节的有效位数. 成功接收到读卡器发送的防冲突指令后, 有效范围内的所有卡均以其序列号响应, 显然, 若范围内不单有1张卡时, 冲突必然发生, 一旦发生冲突, 则应读取相应寄存器的值确定冲突位; 之后通过不断更新NVB 的值与接收到的有效数据位来更新防20 宁波大学学报（理工版） 2009冲突指令传送的数据, 直至再无冲突产生, 若成功接收到某1张卡的序列号, 则可发送选卡命令, 成功选卡后方可进行密码认证过程.图8 防冲突循环流程密码认证以扇区为单位, 其结果在于开启通信加密单元, 成功后的数据传输都将加密. 且只有密码认证通过之后才可对卡进行读、写、增/减值等操作. 卡的读、写、增/减值等操作均以块为单位, 其中增/减值过程较为复杂, 其过程如下:(1) 发送增值(0xC0)/减值(0xC1)指令+块号+ CRC 校验(2Byte)共4Byte 数据, 若返回4bit 数据1010, 则可进行下一步操作;(2) 继续发送以下数据: 待增/减值(4Byte)+ CRC 校验(2Byte)共6Byte, 仍以返回值1010来判断该步操作是否成功;(3) 最后发送数据Transfer 指令(0xB0)+块号+ CRC 校验(2Byte)共4Byte, 成功则返回1010, 如此则表明整个增/减值过程执行成功.卡操作完毕后, 可使卡进入Halt 状态, 此时只有Request All 指令方可唤醒该卡.3 动态加密方式由于M1卡有多个扇区, 每个扇区可以有各自不同的密码, 这为一卡多表提供了可能性, 同时也成为本设计中一次一密的加密方式(称之为动态加密)成功实现的前提条件.虽然前述密码认证之后数据的传输将先被加密, 但若只用单一密码且每次执行相同的卡操作(比如增值)的话, 则卡与读卡器之间的数据通信存有一定规律性, 有时甚至是固定的, 这样攻击者可先通过图9所示的方式监听数据通信的过程, 完全了解该过程之后, 便可模拟M1卡与读卡器通讯(图10), 这样即使没有射频卡也可达到增值的目的, 这是我们所不想看到的.图9 攻击者监听数据通信过程图10 攻击者模拟卡发送数据为此, 我们可以采用动态加密方式来克服上述弊端, 整个加密过程可分解为M1卡的初始化和具体的加密操作2部分. 为便于描述该过程, 先假设函数des(Data, Key, flag)为8Byte DES 加/解密算法, 其中Data 为待加/解密数据, Key 为密钥, flag 为加/解密模式(0为解密, 1为加密); 另外, 由于动态加密过程需要用到两个扇区, 程序员可选0~15中的任意2个, 这里假定为扇区1和扇区2, 其中扇区1存储与扇区2的密码相关的数据, 扇区2真正记录卡内余额. 3.1 卡的初始化要使M1卡能用于上述的动态加密, 首先必须经过卡的初始化过程, 过程如图11所示, 其中UID 即为M1卡的序列号.图11 动态加密初始化过程如下:第1期祝向辉, 等: 低功耗无磁水表中射频卡读写器的设计 21(1) 读取M1卡的序列号, 并设定扇区1密码Code1与UID及Key1相关;(2) 任意初始化扇区1内8Byte数据Data1, 但注意最好不要初始化为全0或全1等极具规律性的数据, 因为使用这些数据将会大大降低通讯的安全性;(3) 将扇区1数据Data1用密钥KEY2加密后, 作为扇区2的密码Code2, 即为: Code2=des(Data1, Key2, 1).3.2具体的加密操作过程M1卡经过初始化后, 其动态加密具体执行过程如下:(1) 表内读卡器获取卡UID后, 用密钥Key1和UID获取扇区1密码并访问扇区1数据Data1;(2) 用密钥Key2将Data1加密后作为扇区2的密码, 并访问扇区2数据Data2, 从而可进行相应的卡操作;(3) 如图11所示, 将Data1作为输入数据, 用密钥Key3加密后得到的数据更新Data1;(4) 同理, 用密钥Key2将更新后的Data1加密, 再将得到的数据更新扇区2密码Code2.经过以上4个步骤, 则1次动态加密过程中卡的操作便已完成. 为确保每次卡操作的成功, 扇区1中数据Data1的改变与扇区2中密码Code2的更新必须同步, 即每执行过1次步骤3后, 一定要有1次步骤4的执行. 另外, des算法在此并未起到加/解密的作用, 只是将2个无规律8Byte数用密钥Key联系起来, 程序员可以用其他更简单的算法代替, 以降低单片机的计算复杂度, 从而减少操作时间. 整个加密过程的安全性取决于数据Data1与Code2更改的无规律性, 程序员自己编写算法时须注意到此点.4防止用户恶意补卡为防止用户在前1张卡还完好时, 向自来水厂提出补卡的要求将导致用户同时拥有2张有效卡向水表充值(第2张卡免费且拥有第1张卡中的余额), 因此有必要在单片机中留有一定的Flash空间. 若发现异常情况, 则记录相应卡的序列号, 防止用户再使用, 该过程如图12所示.图12 软件防止恶意补卡流程可以在Flash地址A中存储前1张卡的UID, Flash地址B中存放被禁止卡的UID, 该过程中首先读取地址A中的数据与当前卡的UID, 若二者相同, 则判断为同1张卡; 若不同, 则进行密码认证, 成功认证后读取地址B中存放的数据(可以记录多个被禁止的UID)逐一与当前UID相比, 只有全不相同的情况下才确定当前卡为补卡, 进行相应卡的操作后将前1张卡UID记入地址B中, 禁止它再次被使用, 同时将当前卡UID记入地址A.需要注意的是, 由前述M1卡初始化过程可知, 水表内读取数据Data是通过当前卡UID来完成的, 那么虽然不同的卡有不同的UID, 但密码存储在卡内, 所以所有以上述方法初始化后的卡都可以在相同的水表上操作, 这显然是不可行. 为解决此问题, 可以在Flash地址C中存储第1张卡的UID(这里的第1张卡指的是从水表被制造完成后的第1张与其接触的M1卡), 这显然是唯一的, 且地址C中的数据永远不得改动. 以后可通过读取地址C中的数据来获取扇区1密码, 从而读取数据Data1. 因此, 1块水表对应的只有1个密码即可解决上述22 宁波大学学报（理工版） 2009问题. 自来水厂应记录用户第1张卡的序列号(用户水表中密码只与该序列号有关), 若用户需补卡, 对其初始化过程与前述过程相似, 注意初始化扇区1密码时UID为第1张卡序列号即可.5小结介绍了无磁水表中以MFRC522为核心的读卡器的设计, 硬件上采用Philips提供的RC522典型外围电路, 软件上除了基本的卡操作流程外, 根据M1卡多扇区多密码的特点, 在数据传输的加密方面采用了一次一密的动态加密方式, 大大地提高了数据安全性, 不过由于每次读写卡时至少要访问到两个扇区, 这样增加了一些用户的操作等待时间, 但总体来讲并无大碍.尽管基于RC500读写卡器的技术已十分成熟, 但以RC522为核心的相关系统在国内并不多见, 同样是Philips公司的产品, RC522显然是RC500的精简版, 无论是Command指令, 还是内部寄存器都比RC500要更为简洁, 且价格更为低廉, 而总体功能上却并未削弱多少, 因此本文认为RC522替代RC500将会是一种趋势.参考文献:[1]Philips. 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The system power consumption is lowered as result of combining MSP430 singlechip and MF RC522 chip in the design. By taking advantage of multi-sector and multi-password featured in Mifare 1 S50 card, the dynamic mode of one-encrypting-at-a-time is adopted, which consequently enhances the security of data transfer. In addition, some measures are also taken to prevent users from holding more than one card when interfacing with the system.Key words: RC522; MSP430 singlechip; Mifare 1 S50 card; contactless readerCLC number: TP391 Document code: A（责任编辑 章践立）。