TM卡智能水表的可靠性和抗干扰设计方案

　　1引言

　　近年来,国家的相关部门陆续颁布了《全国住宅小区智能化系统示范工程建设要点和技术指导》(试行稿)[1]和《住宅远传抄表系统》[2]等重要文件,为智能小区的行业发展方向提供了理论依据并提出了其发展目标:在先进的计算机技术、通信技术、控制技术及IC卡技术基础上,采用系统集成方法,逐步建立一个沟通小区内部住户与住户、住户与小区综合服务中心,住户与外部社会的多媒体综合信息交互网络平台[3][4]。

　　网络水表是水表技术的发展趋势,在国外很多城市已经实现了实时的水费数据传输。但是这类水表的价格高,而且目前中国绝大多数居民还在使用传统的机械式水表,网络水表需要铺设专用线路,维护费用较高,其推广程度比较困难。但是预付费智能水表价格便宜,成本低廉,可以在传统机械式水表上安装流量传感器便可以实现水量信息传输的数字化,和外围电路集成在一起构成智能水表。因此,这类水表比较适合中国普通用户的经济收入、消费能力,也符合水资源短缺的基本国情,具有很大的市场推广前景。一项调查表明, 2000年以来每年新增加的水表需求量为6 000万只,其中智能水表大约为300万只,每只水表售价大约为200元~300元。据保守估计,智能水表的市场蕴含价值大约在600, 000, 000元人民币,具有极大的潜力。

　　水表作为一款商业化产品,它必须要有很好的可靠性和抗干扰能力。如果仅在正常环境下按照所需要的功能去设计系统,当系统工作在实际环境下就会出现各种误差和错误,系统甚至不能正常运行,工业控制系统的开发已经不仅仅是功能设计,全面解决系统可靠性和抗干扰性的问题是决定产品是否具有竞争力的关键。本文主要针对Dallas公司推出的一款以DS1961s (TM卡)作为用户预存水费存储介质的智能水表,提出智能水表的可靠性及抗干扰设计方案。

　　2　TM卡智能水表

　　在水表的发展过程中,智能水表出现了两类发展趋势:预付费水表和远传水表。根据预付费存储载体的不同,预付费式智能水表又可以分为接触式和非接触式,接触式主要有IC卡和TM卡,非接触式主要指射频卡(RF卡)。后一种也称为网络式水表,远传水表借助于网络技术,能将用户的水量信息实时地传送到监控中心,并按照监控中心的指令执行相关操作。

　　TM卡智能水表除了水量信息存储载体与IC卡式智能水表不同以外,其他结构与其大致相同。TM卡是美国Dal-las公司推出的不锈钢外壳封装的信息按钮,也称作ibutton(信息按钮),内部由I/O处理逻辑和非易失性存储器NVRAM组成,以1-W ire规范作为通信协议,其外壳为信息地,用一根数据线按特定的时序要求由数据线逐位与外界交换数据。除了物理硬件上的优点, TM卡(DS1961s)内部嵌入了SHA-1加密算法引擎,极大地提高了水表的数据安全性,保障用户和供水单位的经济利益。SHA-1加密算法引擎能根据当前的密钥、指定存储器的页内容和暂存器中数据计算出一个长度固定的MAC信息码来验证数据读写的正确性。