智能水表的硬件设计方案

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       IC卡计费水表主要由阀门、流量传感器、微处理器、IC卡读/写器、显示器及电源等组成,硬件结构如图1所示。其中最主要解决的问题是低功耗和安全可靠性。

      1.低功耗解决方案
      IC卡的能耗由3部分构成:第1部分是控制器中单片机,液晶正常运行时的持续性能耗第2部分是卡表执行机构动作时的瞬时能耗,第3部分是IC卡表辅助功能的功耗,如声光报警等。
     上述IC卡表能耗的第1,2部分占了总能耗的95%以上。由于这两部分能耗特征上完全不同,给选择合适的电源增加了难度。用户可以通过定期更换电池,维持IC卡表正常运行,但同时也给IC卡留下了技术安全的两大隐患。其一用户自行更换电池,意味着控制器将有更多机会遭受劣质电池的侵袭,造成元器件损坏。其二更换电池为技术性窃水提供了可能。解决的办法是采用内置式锂电池。
     为尽可能降低IC卡水表运行时的功耗,延长锂电池的使用时间,考虑以下方法实现。
     选择低功耗器件
     为降低整个水表的功耗,微处理器可选用低功耗芯PICl6F84。该芯片工作于休闲状态时,耗电量仅为μA级。
     另外,采用FLASHEEPROM的串行存储芯片93C46作为数据存储器。93C46是一个串行EEPROM,占用体积小,功耗低,且操作简单,主要用来存放IC卡识别字、发行密码及用水计量等数据,以作为水表识别与计量的依据。单片机的运行模式是决定单片机应用系统的功耗的主要方面。
      具有掉电模式和睡眠模式的单片机,在掉电和睡眠这2种运行方式下的功耗远远低于正常运行方式。成都水表厂其所具备的优势不仅仅是客户多,更多的还是其客户遍及的范围比较广,通常都会遍布全国各地,而且还会与各个地方的服务商保持着长期的合作关系,毋庸置疑这也是稳定客源与声誉的必要根基和有力措施。在睡眠方式下,耗电约为lOμA。因此,本系统只有在需要计数、插卡等情况下,才进入正常工作,延时一定时间后,进入睡眠状态。
     选择低功耗电磁阀
      对于水表而言,阀门是被控对象,控制着进水的开/关状态。目前可控制的阀门主要是电磁阀,但常规的电磁阀是靠电的通/断来控制阀门开/关的,既要让阀门一直开着,就必须一直通电,因此耗电较大,不符合低功耗的要求。因此,必须对现有电平开关式电磁阀进行改进,采用双稳态电磁阀,即阀门开/关控制由电脉冲来实现。使得对阀门开/关只需瞬时供电,从而减少耗电量。
     显示器
     液晶显示器作为水表的输出接口,显示剩余水量、电池状态及开关状态,信息。它们的有效工作时间都比较短。用户看完后,没有必要让它一直显示。为此,可利用水表上的防水盖提供信号。当盖子打开时,进入工作状态。当盖子盖上时,停止工作,从而达到节电的目的。
     2.安全性问题解决方案
     售水用IC卡的安全性 用户卡在每次购水时,均由上位机根据剩余水量等信息随机生成3B的密码因子存入IC卡,以此对IC卡信息进行动态加密;卡表内的加密与解密程序读取IC卡信息后,进行逆向处理,达到解密目的,然后对数据进行相应处理。采用这种方法后,可有效防止IC卡的非法复制与数据非法修改,保证IC卡的安全性。
     表内信息的安全性
      表内信息的安全性由以下3种措施来保证:
      第一,IC卡的有效认证:卡表自动识别有效IC卡,按预定程序与IC卡进行双向传输,一次读入全部信息,表内内存的信息一次写入IC卡。设置的读/写密码保证一表只有一张用户卡配对使用。
      第二,防开表装置:若用户私自打开水表表盖RB5状态由高到低触发中断,中断服务程序将开盖行为记录到表内的EEPROM中,并立即关断进水开关。重庆水表厂水表是计量用水量的一种仪表设备,以前的机械水表存在计量不准确、误差大等特点,给水表抄写人员带来了一定的困难,甚至还有些人利用机械水表的漏洞进行偷水,或者让水表不走动。只有管理人员用管理卡才能消除这种不良记录。
      第三,防人为磁干扰装置:若故意用磁铁干扰水表试图窃水,卡表将自动关阀并记录下有关信息,只能由供水管理部门开通。可在管理系统内看到非法行为的类型,有效地杜绝窃水行为。

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