智能IC卡水表控制器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

1、智能IC卡水表控制器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用論文摘要：本文詳細(xì)介紹了智能IC卡水表及售水管理系統(tǒng)的組成、功能；主要對(duì)智能IC卡水表控制器工作原理及軟硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)闡述，最后討論了IC卡水表的應(yīng)用。論文關(guān)鍵詞：卡水表,控制器,低功耗,邏輯加密卡由于水資源的日益珍貴，社會(huì)越來越提倡節(jié)約用水。采用現(xiàn)在高科技術(shù)進(jìn)行用水管理，已成為一種開展方向，并且已在很多城市得到應(yīng)用，取得很好的效果。智能IC卡水表及收費(fèi)系統(tǒng)，是采用世界上最先進(jìn)的科技技術(shù)，進(jìn)行用水計(jì)量、控制和收費(fèi)的系統(tǒng)。它實(shí)現(xiàn)先付費(fèi)后使用的結(jié)算管理模式，徹底改變了傳統(tǒng)抄表付費(fèi)的用水方式，該表特別適合新建城市以及舊城改造。采用智能IC卡水表進(jìn)行收費(fèi)管理，可以徹

2、底解決過去用水收費(fèi)難的問題，省去了管理部門上門抄表、收費(fèi)等煩雜工作；可以方便用戶用水，買多少水用多少水，多買多用，不用管理部門進(jìn)門抄表，免受打攪，滿足人們安寧家居的要求。1、智能IC卡水表及售水管理系統(tǒng)的組成智能IC卡水表是一種新型的計(jì)量表，智能IC卡水表是以帶有發(fā)信裝置的冷水水表為計(jì)量基表，以IC卡為媒體，加裝電子控制器和電控閥所組成的一種具有預(yù)付費(fèi)功能的水量計(jì)量?jī)x器。IC卡水表售水管理系統(tǒng)，是要用戶先到用水管理單位購(gòu)水，才能用水的系統(tǒng)。IC卡水表及售水管理系統(tǒng)是由：IC卡水表、IC卡、讀寫器、售水微機(jī)、售水管理系統(tǒng)組成。見圖1所示：圖1智能IC卡水表及售水管理系統(tǒng)的組成IC卡水表是整個(gè)系統(tǒng)

3、的核心部件，也是系統(tǒng)中使用數(shù)量最多的部件。它安裝在用戶的用水管路中，主要起用水計(jì)量、顯示和控制的作用。IC卡，主要功能是記錄用戶從銀行或用水管理單位購(gòu)置的水量信息，傳給IC卡水表。讀寫器主要是完成IC卡的讀寫操作及與計(jì)算機(jī)的通信功能。售水管理軟件是記錄用戶購(gòu)水信息，完成計(jì)算機(jī)與讀寫器的通信等功能的軟件。2、IC卡水表的組成及控制器的工作原理IC卡水表一般由計(jì)量基表、控制器和電控閥三大局部組成。見下列圖2所示： 水表顯示器 圖2IC卡水表的組成基表主要完成流量計(jì)量及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，將計(jì)量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳遞給控制器?？刂破髦饕呻娍匕濉鞲衅?、顯示器及電池等組成，傳感器將水表的流量變換成電脈沖信號(hào)，送到控制局

4、部的微處理器完成水的計(jì)量，微處理器將數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單處理；遇到設(shè)定的狀況，如剩余水量缺乏、有強(qiáng)磁或外力攻擊等，控制器將向電控閥發(fā)出指令，強(qiáng)迫關(guān)閥停水；顯示器顯示用戶用水信息及操作提示等。電控閥門由微型電機(jī)和閥門組成，完成關(guān)斷和開通水路的功能。IC卡水表選用旋翼式水表作為基表，在它的水表計(jì)數(shù)器齒輪上裝有磁鋼。傳感器由固定的干簧管各裝在水表計(jì)數(shù)輪上的永久磁鋼構(gòu)成，磁鋼安裝在X0.01立方米位的齒輪軸上，于是每流過0.1立方米水，干簧管接觸一次，所以該水表的最低顯示位為0.1立方米。為了計(jì)量準(zhǔn)確采了用雙簧管檢測(cè)水量。顯示器為液晶顯示，它顯示的內(nèi)容有剩余水量、電池欠壓、購(gòu)水提示、錯(cuò)誤操作提示等。3、IC卡

5、水表控制器的硬件設(shè)計(jì)下列圖是基于飛利浦單片機(jī)的IC卡水表的硬件設(shè)計(jì)：圖3IC卡水表控制器的硬件設(shè)計(jì)IC卡表電控局部采用嚴(yán)格的低功耗設(shè)計(jì)技術(shù)，采用菲利普的低功耗單片機(jī)P89LPC764做控制器的CPU，采用四級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)，使水表在沒有水流經(jīng)過和其它中斷響應(yīng)時(shí)，處于掉電工作模式，這不僅巧妙地解決了控制閥的低功耗運(yùn)行，而且使作為衡量IC卡表技術(shù)性能的重要指標(biāo)常態(tài)電流靜態(tài)電流小于17A，遠(yuǎn)優(yōu)于現(xiàn)行的建設(shè)部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中30A的指標(biāo)，這使IC卡水表不僅能采用鋰電池供電，而且不難算出目前采用的鋰電池容量為1900mAh，使用時(shí)間應(yīng)在10年以上，考慮各種不利因素，完全可保證使用6年以上。整個(gè)電路包括脈沖信號(hào)采集

6、單元、電機(jī)驅(qū)動(dòng)及控制單元、讀寫卡單元、液晶驅(qū)動(dòng)單元及電源監(jiān)控局部，從而實(shí)現(xiàn)水表的各大功能。4、IC卡水表控制器的軟件設(shè)計(jì)IC卡水表它采用掃描工作方式,CPU自動(dòng)識(shí)別水介質(zhì),在水介質(zhì)中可正常讀寫數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用了加密技術(shù)，一戶一卡一碼，使水表在使用中數(shù)據(jù)保密性極強(qiáng)。它通過IC卡傳輸數(shù)據(jù)加密、IC卡水表存儲(chǔ)數(shù)據(jù)加密及IC卡讀寫軟件加密鎖等方法使傳輸數(shù)據(jù)不能非法解讀，保證了整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸過程的平安性。局外人根本無(wú)法破譯，也無(wú)法制作偽卡，平安性很高。IC卡智能水表，除具備普通水表的技術(shù)性能和根本功能外,還有很多功能，其功能主要由IC卡水表控制器軟件來完成的。其軟件實(shí)現(xiàn)的功能包括：1、預(yù)付費(fèi)功能：通過購(gòu)

7、水卡實(shí)現(xiàn)先買水后用水。用戶可將已購(gòu)水的購(gòu)水卡插入自家水表，直至水表控制器顯示出剩余水量。用戶可購(gòu)置水量輸入，控制器會(huì)自動(dòng)累加并顯示剩余水量。2、電子計(jì)量功能：本水表采用脈沖記數(shù)方式自動(dòng)計(jì)量用戶用水量，配合原旋翼式水表使用，絕不改變?cè)碛?jì)量精度。3、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)回讀功能：智能水表控制器具有脈沖采樣及處理電路，在任何時(shí)候電源掉電時(shí)，所有運(yùn)行數(shù)據(jù)都會(huì)被存儲(chǔ)到機(jī)內(nèi)EEPROM中，保存時(shí)間達(dá)十年以上；用戶卡在購(gòu)水時(shí)，上次插卡時(shí)的表內(nèi)數(shù)據(jù)自動(dòng)出現(xiàn)在計(jì)算機(jī)操作人員面前。4、限量功能：為防止用戶囤積過多的可用水量，本產(chǎn)品設(shè)置了限購(gòu)水量這一功能，以免囤積過多水量。6、報(bào)警功能：可用水量在小于或等于報(bào)警水量時(shí)

8、，水表控制器關(guān)閥切斷水源，提醒用戶及時(shí)購(gòu)水，用戶必須用有效卡插一次方能繼續(xù)用水，直至用完關(guān)閥切斷水源。7、一戶一卡和補(bǔ)卡功能:用戶的IC卡只能在自己的水表上使用，在其它用戶智能水表上使用無(wú)效，實(shí)現(xiàn)一戶一卡，購(gòu)置的水量一次讀入有效。當(dāng)用戶購(gòu)水卡喪失時(shí)，可以為用戶補(bǔ)發(fā)水卡。8、閥門異常計(jì)量功能：如果閥門發(fā)生故障而不能關(guān)斷，致使用戶在已購(gòu)水量用完時(shí)還能用水，那么控制器將會(huì)繼續(xù)計(jì)量透支;水量。當(dāng)用戶再次購(gòu)水時(shí)，控制器能自動(dòng)扣減透支的過零;水量，并將透支的過零水量返寫到用戶的購(gòu)水卡上。當(dāng)用戶再到營(yíng)業(yè)所購(gòu)水時(shí)，電腦能讀出該用戶透支的過零水量，并提醒營(yíng)業(yè)員注意，下次購(gòu)水自動(dòng)扣除過零水量。9、低電壓正常工作、

9、報(bào)警功能：產(chǎn)品采用單電池工作技術(shù)，整表供電只需一節(jié)3.6伏鋰電池，與雙電池電路相比，它的工作更加穩(wěn)定可靠；電路板正常工作的電壓為2.24.4V。當(dāng)電壓低于2.8V時(shí)，水表控制系統(tǒng)將報(bào)警，關(guān)閉閥門。10、卡座防水功能：IC卡長(zhǎng)時(shí)間與水接觸,對(duì)卡座的正常使用無(wú)影響;同時(shí),CPU自動(dòng)識(shí)別水介質(zhì),在水介質(zhì)中可正常讀寫數(shù)據(jù)。11、卡口防攻擊功能：卡口可防止多種行為的攻擊，特別是針對(duì)一些無(wú)痕跡攻擊，制定了一些針鋒相對(duì)的措施，比方卡口內(nèi)不插卡，而塞入鐵片等，均為無(wú)效攻擊。12、防磁攻擊：當(dāng)有外強(qiáng)磁接近控制器時(shí)，自動(dòng)關(guān)閥。13、IC卡長(zhǎng)時(shí)間處于插入狀態(tài)時(shí)不會(huì)影響電池功耗及壽命，當(dāng)使用者忘記拔卡時(shí)，控制器液晶顯

10、示3秒左右后，液晶自動(dòng)停止顯示狀態(tài)，控制電路處于低功耗休眠狀態(tài)。14、自動(dòng)除垢功能：針對(duì)北方水質(zhì)較硬，易起垢等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了自動(dòng)除垢功能。每月電機(jī)帶動(dòng)閥門開、關(guān)一次，去除閥門上的水垢。同時(shí)，電池定期放電，也增長(zhǎng)了電池的使用壽命。15、一卡多用功能：數(shù)據(jù)傳輸所選用的卡為SIMENS4428卡，它具有超大容量的特點(diǎn)。目前一只水表只占用了它1/12的容量，還有大量的空間可用于其它功能的擴(kuò)展，比方參加售電信息、售氣信息、收取其它物業(yè)費(fèi)用等。5、IC卡水表控制器的應(yīng)用IC卡水表在設(shè)計(jì)上其外型尺寸和老式基表在長(zhǎng)度和口徑上完全相同，因此安裝及老表改造方便。在工程中使用的水表，其安裝與使用應(yīng)注意如下幾點(diǎn)：1、選

11、擇IC卡水表應(yīng)根據(jù)管道經(jīng)常使用的流量小于或接近水表的常用流量為宜，不能單純以管道口徑確定水表。2、安裝位置要防止曝曬、冰凍、污染和水淹，以便拆裝和充值；表必須水平安裝，使字面朝上，表殼上箭頭方向與水流方向相同；為了計(jì)量準(zhǔn)確，水龍頭應(yīng)高于水表；水表如安裝在進(jìn)水管處，應(yīng)裝止回閥；新裝管道務(wù)必把管內(nèi)石子、泥沙、麻絲等雜物沖洗干凈后裝水表，以免造成水表故障。3、水表不應(yīng)直接與管道連接，水表與管道間應(yīng)有活動(dòng)接口如管接頭、連接螺絲，接管密封墊圈等。拆裝水表時(shí)，不應(yīng)受由管子和管件引起的過度應(yīng)力，以免損失水表。4、長(zhǎng)期使用，管道內(nèi)雜質(zhì)、鐵銹等物會(huì)堵塞過濾網(wǎng)或進(jìn)入表內(nèi)，使水表誤差增大或影響正常運(yùn)轉(zhuǎn)，因此，每隔一段時(shí)間應(yīng)清洗一次，并重新校準(zhǔn)快慢，但不允許自行拆裝。該水表作為自動(dòng)收費(fèi)管理的主要計(jì)量器具為充分保證其平安性，還采取了多種防竊措施，如IC卡水表采用邏輯加密卡，結(jié)構(gòu)上增加了特別封印，使用戶不能自行拆卸、倒裝；它具有防剪斷檢測(cè)、強(qiáng)磁檢測(cè)、IC卡座惡意破壞檢測(cè)和低電壓檢測(cè)功能，使水表的平安性大大提高。參考文獻(xiàn)1 于宏軍、趙冬艷.智能(IC)卡技術(shù)全書.北京:電子工業(yè)出版社.1996年10月第1版,1997年8月第二次印刷2 王愛英主