1、解析城市自来水 IC 卡远传预付费系统摘要：“先消费后付款”的管理模式不仅不利于水资源的充分利用，还给征收水资源的费用带来了不小的困难。随着电子信息产业的飞速发展，人民生活水平的不断提高，实现自来水收费管理的电子化、信息化和网络化已成为可能。自来水 IC 卡收费系统是从根本上改变居民先用水后付费的供水管理模式的有效方法之一。使得管理部门能预先收取水费，用于改善供水设施，提高居民饮用水的质量。同时，还为加强对自来水使用的监督管理提供了手段。 关键词：IC 卡；IC 卡水表；收费系统；数据处理；信号采集 中图分类号：C37 文献标识码：A 文章编号： 一、IC 卡收费系统的组成及其特点 1.总公司
2、总机：包括一台微机和多条数据通信回路从各单机读取数据，通过这些信息来指导有关部门对水资源的管理，包括合理利用、调配水利资源等方而的内容。 2.各区级主机：各区级主机由一台微机与若干 IC 卡读写器构成，安装于各区供水管理部门或其委托机构用于向 IC 卡中写入用户所购水量、用户资料等信息，同时，利用软件对本区用水状况进行统计、分析、评价和安全管理。例如通过一段时间的统汁、分析出每户的平均用水量，季节用水波动状况，为自来水公司合理调配水资源提供可靠数据。 3.IC 卡水表：直接安装于住户，用于对用户用水进行计量，实现自动收费。同时，IC 卡水表还有显示剩余水量；电源电力不足报警；购水量用完提前报警
3、；私自拆卸 IC 卡水表自动关水；保存用户资料等功能 4.IC 卡：供用户使用，存放购水量及用户资料等信息。 二、IC 卡水表的构成与工作原理本文以电磁阀式 IC 卡水表为例，阐述卡表的构成与工作原理。 IC 卡水表的硬件组成由微处理器及其外围接口构成的单片机最小系统组要有以下部分组成： (1)CPU 的选取及其功能要求。我们所选取的 CPU，必须既能满足功能要求，又能符合简化外围电路结构、降低整表成本，因此，合理地选取 CPU 是一个关键的问题。在选择单片机系统的 CPU 时，主要应考虑以下几个因素： 运算速度。卡表系统对运算速度的要求并不太高，只要能完成对信号的准确采集和处理并能可靠地输出
4、相应的控制信号，即只要能对用水情况进行相对准确的计量和及时地送水、断水，即使系统对信号的响应存在一定的滞后也不会对整个系统的正常运作造成影响。 价格因素。建立本文所述的收费系统，必须用 IC 卡水表来置换现有的所有老式水表。考虑到我国居民目前的消费水平，若整表的成本过高，对于系统的推广应用无疑是最大的障碍，因此，在功能不减弱的基础上降低整表的成本是问题的关键所在。 所选 CPU 应具有低功耗性能及待机工作方式。当用户未用水时，系统应工作于一种“休眠”状况，此时只保留系统中最为必要的最少的活动内容，整机电流处于最小值；当有触发信号(例如用户用水计量、用户查看剩余水量、电源电力不足等信号)输入时，
5、才将系统“唤醒” ，此时系统才工作在电流最大、能耗最高的状态。系统在大部分时间应当是工作在能耗最低状态的。当系统的工作电流在 10 一 20mA 时，即使是普通干电池也应能维持系统正常工作很长一段时间，对用户的日常生活基本不会造成影响。因此，我们所选用的 CPU 必须具有待机工作方式，能使单机系统的工作总能耗最低。 足够的 I/O 接口。CPU 的 I/O 接口不能太多也不能太少，接口太多不仅是一种资源的浪费，同时还会增加整表的成本，接口太少则无法满足功能的要求。Intel 公司的 87C51 系列产品，均具有运行时低功耗的特性，而且，还具有空闲操作和掉电操作两种既节电又保存片内信息的工作方式
6、。 (2)卡座(读写卡接口)。读写卡接口是用来联接 IC 卡和 CPU，使单片机能从 IC 卡中读取或向 IC 卡写入有关的信息。当卡插入卡座时，系统首先进行密码核对，由单片机程序来进行判定。若密码正确，则将其中的所有信息读入单片机并存入存储器相应的地址，程序正常运行，等待新的信号的输入；若密码错误，则发出密码错误报警信号，用户须重新插入 IC 卡，再次输入密码直至正确。 (3)信号的采集 单片机系统中，信号采集电路、计数器和程序实际上构成了一个完整的流量计，其中，计量的准确性主要取决于信号采集电路及信号采集精度。在 IC 卡水表系统中，信号采集的准确可靠是这个系统运行准确可靠的基本保证。信号
7、采集电路设计如图 1： 图 1 信号采集示意图 1 干簧管是用来传感信号的主干簧管，2 干簧管是用于故障检测的干簧管，3 是磁性材料元件。当 3 接近干簧管 1 时，由于磁场的作用，1 干簧管的常开端闭合，而常闭端断开；当 3 远离 1 时，1 干簧管回复正常，这样就达到发出脉冲信号的目的。信号采集电路通过检测信号端与地端、故障端与地端的高低电位的变化，每端一次高低电位循环，认定为一个有效脉冲信号，由 CPU 计数处理。只要采集信号准确就可以保证系统的计数准确。 (4)控制信号的输出 控制信号输出电路功能是：当出现以下情形之一时，系统必须能可靠地停止送水：a.用户 lC 卡中余额用完；b.电源
8、电力不足，并已提示报警；私自拆卸 IC 卡水表装置；d.外界超强磁场干扰。这些功能可采用下述方法来实现，CPU 程序自动检测出上述四种现象，发出控制信号，控制电磁阀开关供水阀。这里控制信号的产生不再详述，重点说明电磁阀的工作原理：电磁阀的示意图如图 2 所示。水从水表流向电磁阀，电磁阀主要分两个部分，皮膜的上部是皮膜控制室，皮膜下部是主流道，通过控制电磁线圈使 5 阀磁芯上下运动，当 5 下行时，皮膜中心阀芯出水孔被关闭，皮膜上腔由于进水压力而处于高压状态，阀芯紧压阀体，阀关闭；当 5 阀磁芯上行时，皮膜中心出水孔打开，从进水方进入上膜腔的水从中心孔流出，上膜腔处于低压状态，这时，膜片被水压顶起，阀打开。这种阀的优点是控制阀开起的力很小，充分借助了水压本身的压力来开闭磁阀。 图 2 水表电控阀示意图 三、结束语 采用 IC 卡收费系统，不仅可以提高自来水收费的管理水平，改善我国居民的用水质量，确保水费的及时回收，同时，也是我国金融信息化的一个具体表现。但这个系统进入实用阶段还有许多问题要解决，尤其是电控阀的可靠性问题是应重点解决的问题之一。随着全国范围的科技工作者的努力攻关，在不远的将来，IC 卡水表必将有一个重大突破。
