基于TM卡的民用水表设计

　　目前,智能化供水管理体系主要采用的三种模式:一是构建远传有线水表网络,这种方式需要较完善和较大规模的配套设施,一次性投资较大;二是构建远传无线水表网络,它存在第一种模式同样的问题;第三种方式为采用IC储值卡,这种方式具有广泛的实用性,特别适合大规模的旧水网系统改造。由于传统的IC卡在信息保密性与防盗性能方面存在明显不足,本设计充分利用iButton TM的保密机制,并在软件设计中采用了相应措施,以有效保证收费的可靠性,同时在硬件设计中权衡性能和价格优选元器件,为产品的大规模推广奠定了基础。

　　1　主要功能实现

　　水表由自来水公司出售或发放给用户,公司的技术人员负责安装调试,同时配发TM卡(称用户卡)给用户,一表对一卡,并在自来水公司的供水、收费管理系统中建档存入数据库。

　　用户持TM卡到指定的售水点交费购水,然后用TM卡将购水数量存入自己家中的水表控制器即可用水。控制器中的剩余水量随用水而减少,以0.001m3为最小计量单位。

　　当剩余水量少于1m3时,表壳上的黄色发光二极管在用水时闪烁,(也可使蜂鸣器发声),提醒用户充值。当剩余水量用完,控制器将水阀关闭,切断正常供水。

　　若用户私自开启表壳,控制器可记录开壳次数,管理人员可在TM卡(用户买水时用)或查询卡(管理人员巡查时用)上查出开壳次数,以便作出相应处理。

　　卡中数据使用一套专用的编码-译码系统和加密措施,以保证一表对一卡和有效防止其与别的系统混用。水表由1节专用电池或4节普通5号电池供电,工作电压为2.5~7.2V,当电压低于3V时,表壳上的黄色发光二极管在用水时闪烁(但和剩余水量少于1m3时的闪烁频率不一样),提醒用户更换电池。当电压低于2.7V,或电源电路发生故障(例如取下电源电池)时,控制器的外部电路控制储能电容放电,关闭电磁水阀,切断供水。

　　2　硬件部分

　　2.1　单片机AT89C2051

　　AT89C2051是ATMEL公司生产的与MCS-51芯片兼容的单片机。AT89C2051为20条引脚封装,工作电压范围:2.7~6V,片内集成了2K字节的闪存,128字节的RAM,15条可编程控制I/O线,且具有低功耗的闲置和掉电模式,二级程序存储器可以加锁。该单片机功能比较完善,价格十分低廉,特别适用于民用产品的开发。

　　2.2　TM卡

　　TM(touch memory)卡是美国DALLAS公司的专利产品,它采用单线协议通信,通过瞬间碰触完成数据读写,既具有非接触式IC卡的易操作性,又具有接触式IC卡的廉价性,其成功识别率为100%,具有全球唯一的不可复制的光刻序列号,耐高温,防腐,抗撞击。iButton信息纽扣(TM卡)是一个封装在扁圆型不锈钢外壳里的直径为16mm的微型计算机晶片。它具有双向通信功能,数据传输使用独特的单总线协议,使引脚数目降至最低:1根数据线,1根地线。利用不锈钢封装的内圈圆面作数据端,外圈圆面作为地线。iButton信息钮扣同其读写器的信息传递只需短暂接触即可完成。最高传输速率可达142K位/s。信息纽扣既可被戴在身上亦可被附着于任何物件(比如附在钥匙环或串上,固定在手表带上,或装在证件卡上等等)来存储不断更新的信息,具有多达10年以上的使用寿命。