本標準規定了智能水表的型式與功能。本標準適用于智能水表的設計、制造、采購和使用。

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智能水表是一種利用現代微電子技術、現代傳感技術、智能IC卡技術對用水量進行計量并進行用水數據傳遞及結算交易的新型水表與傳統水表一般只具有流量采集和機械指針顯示用水量的功能相比，是很大的進步。智能水表除了可對用水量進行記錄和電子顯示外，還可以按照約定對用水量進行控制。

智能水表引言

智能水表因其從根本上改變了傳統的抄表方式，實行買卡用水的收費模式，在節省大量人力的基礎上，同時解決了長期困擾供水行業的水費拖欠問題，因而將直接給供水行業帶來巨大的經濟效益。所以，它的可實施性正被日益看好。而如何對水表在技術上、性能上、價格上實行優化設計，將是問題的關鍵所在。

智能水表組成部分

2.1發訊基表

發訊基表就是在普通的機械式水表中安裝發訊裝置以提供計量信號給水表電子主控電路以實現用水自動計量。水表的發訊裝置由一小磁鋼與一磁敏元件以一定的位置關系構成，當一個計量單位(一般是0.01m3或0.1m3)的水流經過后，磁敏元件就發出一脈沖信號給主控電路用以計數。普遍采用的磁敏元件有干簧管和霍爾元件兩種。干簧管因其靜態時的零功耗性能在電池供電的微功耗智能水表中占有明顯的優勢，而優質干簧管100萬次以上的工作壽命也完全能滿足水表的使用周期。霍爾元件的功耗普遍在mA級，雖然也出現了微功耗的新品，(如Allegro公司的開關型霍爾元件A3210，它的靜態功耗只有1μA。)但是其價格相對比較昂貴。

2.2控制閥門

智能水表通過主控電路對水表進水閥門進行開關控制，從而達到控制用戶用水的目的。因而，可靠性應是閥門的設計要點。在智能水表設計的前期，應該說電磁閥是一種普遍的選擇，因為它結構簡單，并且功耗較低。但是經反復試驗后，其缺點也不可避免地暴露出來。 簡要地說，首先，電磁閥的抗震性較差，這也是最為致命的一個弱點;其次，電磁閥內的塑料部件在長期的水浸泡環境中容易變形、受腐蝕，從而影響閥的開關性能。于是，電動閥的設計趨勢應運而生，雖然，與電磁閥相比，它的結構較為復雜，功耗也較大，但是，在可靠性這個大前提下，電動閥應該比較具有應用前景，當然，在結構上需作進一步的調整。雙穩態電動閥是一種設計思路，此類閥門旨在利用電磁傳導驅動電動閥，達到降低能耗的目的。

2.3主控電路

2.3.1結構框圖

2.3.2 CPU選型

智能水表是一個小型的電池供電系統，因此，CPU的選型應著重從低電壓、低功耗、高帶載能力考慮。Microchip公司的PIC系列單片機在這方面的整體優勢比較明顯。并且它特有的精簡指令集(RISC)結構和總線的哈佛結構與同類單片機相比程序代碼可節省一半，指令速度可提高五倍左右，所以不失為一個理想的選擇。再從性價比考慮，PIC16C57和PIC16C62為兩款不錯的選擇，它們片內都自帶Watchdog定時器，前者為2K*12位EPROM，80*8位RAM，20個I/O口;后者有2K*14位EPROM，128 RAM，20個I/O口，以及7級中斷。當然，PIC16C57更為低價，但因其無中斷功能，在軟件設計時只能采用查詢方式，相比于中斷方式，在節省功耗方面稍遜一籌，但影響不大。

2.3.3數據存儲器

數據存儲器用于存儲來自于經CPU計算、處理后的有關水表的各種信息，如購水量、用水量、用戶編碼等等。ATMEL公司的256*8位E2PROM通用存儲器AT24LC01簡單易用，而且價格十分低廉，完全能滿足使用要求。雖然有許多性能上更勝一籌的可編程監控類、加密類存儲器，但在象智能水表這樣的產品中卻無必要，因為電路板是密封在水表中的，而CPU與存儲器之間的數據交換無外部接口，所以無所謂數鋸失竊。

2.3.4 IC卡的讀寫

IC卡讀寫模塊為主控電路與IC卡的邏輯接口電路，它首先應能實現對IC卡的供電，并滿足不帶電插拔的要求(若帶電插拔，有可能會給IC卡帶來損傷，甚至損壞IC卡)，這可以通過硬件和軟件兩方面來實現。如圖2所示，當CPU通過IC卡座的IC卡檢測開關檢測到IC卡插入時，IC-PWR端口經過適當延時(10ms左右)發出一低電平，通過小功率三極管9012控制系統的 5V電源切入，相同地，在軟件設計時，當對IC卡的讀寫完成后，及時讓IC-PWR端口發出高電平，切斷IC卡的供電電源，以便IC卡拔出。

此外，所有的IC卡接口部分都應加入箝位保護二極管，這些二極管可以使各引腳上的電壓嚴格控制在-VD~VCC VD之間，(VD是二極管的正向壓降，通常為0.6V左右)。這樣，可以抑制由于線路干擾和邏輯電平變化的邊沿產生抖動所帶來的瞬間過壓，為IC卡提供了進一步的保護措施。

2.3.5　開關閥控制

水表閥門的開關是CPU依據一定的開關條件定時導通開關電器回路來實現的，對開關閥控制的設計要掌握兩個要點：一是在軟件上控制好對開關閥電路的電流輸出時間，也即回路導通時間，時間過長，電池耗能太多;時間過短，不能可靠開關閥門。二是在硬件電路上要有一個針對關閥的儲能電路，當電源失電時，該電路能及時釋放電能，關閉閥門。

2.3.6　低電壓檢測

低電壓檢測對單片機系統來講是個十分重要的問題，它在某種程度上起到了保障系統可靠運行，避免數據出錯的作用，智能水表的設計中同樣如此。具體地講，應該在系統掉電到一個門限電壓(該門限電壓應高于CPU的最低運行電壓)時，通過相應的電壓檢測電路把信號傳遞給CPU，CPU及時對系統進行軟件復位。電壓檢測器可以選用合泰公司的HT70系列產品，此產品價位較低，而且規格十分齊全。

2.3.7　顯示

智能水表的信息(水存量、開關閥狀態、電池狀態等)顯示可通過串行液晶模塊來完成，串行液晶模塊與CPU的接口簡單，只占用DATA、WR、CS三條接口線，與并行液晶模塊相比大大節省CPU的I/O口資源。另外，為了盡量滿足低功耗的要求，可讓液晶平時處于休眠狀態，用插卡喚醒的方式使其顯示。

2.3.8　脈沖信號處理

對來自于發訊基表的脈沖信號，在軟件設計時應作"防抖動"處理。因為在實際生活中 我們經常會遇見這樣的情況：當自來水管中進入一定量的空氣后，打開籠頭用水，水管會瞬間不停震動，如果此時磁鋼與干簧管的位置剛好處于臨界狀態，就會不停地將脈沖信號發給 CPU，使CPU無法正確計數。相應的措施是當CPU接收到一脈沖信號后經適當延時(該延 時只要小于水表過載流量時磁鋼與干簧管的最大吸合時間即可)。再來檢測該信號是否依然存在，如果沒有，則認為是假信號。

2.3.9　抗攻擊模塊

抗攻擊模塊是針對采用高壓、靜電等手段對卡口進行惡意攻擊從而引起系統癱瘓而設置的保護電路。象北京握奇公司，富根公司等國內廠家有成型產品可以提供，性能上都比較可靠。

2.4　卡的選擇

IC卡究其功能劃分可分為普通存儲卡、邏輯加密卡、CPU卡三大類。卡片作為用戶和供水部門之間傳遞信息的載體，更作為一種電子貨幣，可靠性之外，安全性當是首要考慮的問題。

普通存儲卡芯片無安全邏輯，設計人員一般通過對數據進行一定的加密算法和滾動存儲相結合的方法對數據安全性加以考慮，但由于普通存儲卡內容可通過讀卡設備直接讀出，數據能被隨意篡改，并且真實數據極有可能經過多次反復比較得出，因而安全性較差，不提倡使用。

邏輯加密卡提供電路的邏輯硬件密碼較對功能，一般情況下，只有通過用戶密碼和應用區密碼才能對卡內應用區數據進行訪問，卡內設置密碼計數器，一旦輸入錯誤密碼次數超過密碼計數器設置次數，卡將自鎖。但是數據在卡的I/O口上是以明碼方式傳輸的，如果通過儀器"竊聽"獲得數據，就能達到制作偽卡的目的。通常的做法是對卡上重要數據進行DES、RSA等國際通行的密碼算法進行加密，以作為反"竊聽"的有效手段。邏輯加密卡價格比較低廉，如果智能水表的收費不納入"城市一卡通"系統，那么，它將是一種不錯的選擇。像西門子公司的SLE4442內含256*8位E2PROM數據存儲器，32*1位保護存儲器，和一個可編程安全碼(PSC)邏輯，比較符合水表用卡的要求。

CPU卡芯片內本身集成有微處理器，并且有自己的片內操作系統(COS)。與邏輯加密卡相比，CPU卡最主要的優點體現在兩個方面：一是安全機制上更為嚴密，它的片內操作系統(COS)能對密鑰進行有效管理，并使數據在卡內進行加密運算、比較，從而對卡、持卡人、讀卡設備的合法性進行相互鑒別;二是在"一卡多用"上有較強的靈活性，可以同時兼容幾種不同的應用，卡與系統的互相操作受存放在卡中與系統中的軟件控制。尤其是第二點，對"一卡通"的意義不容置疑。但具體到水表用卡，還應視情況而定，因為畢竟CPU卡的價格仍然較高。

2.5 軟件流程圖

圖3是根據查詢方式設計的軟件流程：