预付费TM卡冷水水表及其控管网络系统研制

　　0　引　言

　　智能冷水水表是一种涉及到多方面技术整合的微机电一体化系统,在计量控制精度、功耗、数据保密性、动作可靠性等方面都有严格的性能要求。目前,国内主要致力于远传表有线水表网络和IC卡预付费智能卡无线水表网络方面的研究开发,前者需要配套的有线远传线路支持或利用电力线载波进行数据传输[1],其初期投资大,因此只适用于在一些新建住宅小区构建网络体系,而后者应用存储卡作为信息传输介质,网络服务可由银行的金融网络提供,可容易地组建城域网,不但适用于新建住宅小区,还可在旧水网系统改造中发挥极大作用,特别适合我国现阶段的国情。目前,国内外的预付费智能卡式水表产品主要可分为电池供电的自启式平衡电磁阀水表、外置电源供电电动球阀水表两类,主要采用IC卡作为信息载体[2,3],均未能突破载体数据安全性、电池供电最小功耗、高动作可靠性控制阀门等微机电设计方面的技术瓶颈,主要存在IC卡耐用性与数据保密性差、水表整机压损大、控制阀门开闭可靠性差、防盗用性能差等缺点,并且,因耗能大而无法实现电池供电的长期工作。因此,开发可靠价廉、易于推广应用的预付费智能卡水表及其网络系统是今后智能水表行业的主要发展方向。

　　笔者在充分研究了我国现行城镇自来水供水网络以及现行智能冷水水表网络系统的实际状况后,应用Dallas公司具有高数据保密性和可靠性的信息钮扣TM卡[4](TouchMemory)作为充值信息载体,应用P87LPC76X微处理器设计控制电路,自行研发了先进的陶瓷芯电动阀门,通过合理整合系统,设计完成了一种高性能的智能卡式预付费冷水水表及其网络收费信息管理系统。

　　1　系统组成

　　设计完成的TM卡预付费智能冷水水表及其网络系统如图1所示。

　　采用符合ISO4064B标准的CDTAR系列单流旋翼式冷水水表作为基表,该表计数机构与测量机构经磁耦合传动,可将用水量转换成电信号输出,表内设有磁保护装置,具有较强的抗外磁干扰能力。设计过程中重点对水表整机功耗、成本、体积、重量、外观等方面进行优化研究,采用了I2C总线、最小功耗设计、表面贴装与器件绑定技术、定制LCD液晶驱动器模块以及产品造型设计等多项先进技术,完成嵌入式微机电系统优化设计。

　　2　采用的关键技术

　　2·1　TM卡信息纽扣数据存取技术

　　TM卡为不锈钢外壳纽扣形封装,内部由I/O处理逻辑和非易失性存储器NV RAM组成,以1-Wire规范作为通信协议,其外壳为信息地,用1根数据线按照特定的时序要求由数据线逐位与外界交换数据。TM卡内部结构及接口电路如图2。