智能IC卡水表核心技術的突破

   為解決上面提到的抄表收費問題，用戶使用的計量水表應該能計量水流量，同時可以對水流量進行記錄分析，根據水量及交費信息控制閥門，決定用戶是否可以繼續(xù)用水。所以計量水表必須有智能控制，因此我們稱其為智能水表。

   智能基表結構的改進

   １．閥門的設計

   閥門是智能水表的關鍵部件，要求壓力損失小、體積小、功耗低。壓力損失要達到中國城鎮(zhèn)建設行業(yè)標準ＣＪ／Ｔ１３３－２００１《ＩＣ卡冷水水表》中規(guī)定的≤０．１Ｍｐａ的要求，且智能水表通常只能用電池供電，而且要求長期穩(wěn)定工作。如果功耗大，只能采用大容量電池，不僅增加了成本，而且智能表體積也必須增大；況且電池瞬間供電能力有限，功耗大到一定程度增加電池容量也不能解決問題。目前國內大多數廠家采用先導閥，也有的采用陶瓷閥、普通球形閥。先導閥安裝簡單，功耗低，但是壓力損失一般很難達到中國城鎮(zhèn)建設行業(yè)標準，而且先導小孔容易被雜物堵塞造成閥門失效。陶瓷閥為達到壓力損失的要求必須增大面積，在增大面積的同時功耗也隨之增大。普通球形閥也因為功耗太大很難得到廣泛的應用。我們在深入研究的基礎上，開發(fā)出了一種具有自主知識產權的浮動式球閥，由于采用的是球閥，故解決了ＩＣ卡表普遍存在的壓力損失大的問題，又由于采用的球閥是經過了改進的浮動式的結構，所以開關閥的功耗較小。這種球閥的主要結構特點是：球閥無預緊力，壓力轉移到了聚四氟乙烯閥墊上，從而達到了既保證密封又能輕松開關閥的目的。經測試，我們的球閥在２Ｍｐａ的水壓下，其*大轉矩也不會超過１０ｋｇ·ｃｍ。在通常的水壓０．２～０．５Ｍｐａ時，開關閥的電流小于１００ｍＡ。

   ２．脈沖采樣技術的應用

   目前ＩＣ卡水表中普遍采用干簧管加磁鋼的發(fā)訊裝置，易誤發(fā)信號，易受外界磁場干擾，我們研制了一種輕觸發(fā)力的微動開關加凸輪的發(fā)訊裝置，這種發(fā)訊裝置經過近２０萬次的試驗，無一次誤發(fā)或不發(fā)訊號，也不影響水表的示值誤差性能。所以說，它是一種既不誤發(fā)信號又能防外界磁場干擾的新型發(fā)訊裝置。
　　
   ３．考究外形設計

   目前大多數ＩＣ卡水表采用水表基表加電路控制閥門的分體連接結構，只要將水表基表裝上發(fā)訊裝置再與單獨制造的閥門采用螺紋連接方式連接起來，就構成了ＩＣ卡水表，制造工藝簡單。缺點是由于采用分體連接，連接部分又是采用螺紋，而在安裝水表時，一般也是采用螺紋連接，所以若安裝時操作不當，容易使分體連接的ＩＣ卡水表在連接處發(fā)生松動，造成漏水，影響了ＩＣ卡水表的正常使用。再者，由于采用螺紋連接，所以在分體連接中會產生這樣的困難，即既要擰緊螺紋，又要使連接部分的方向一致（如水表的度盤和閥門的電磁鐵都朝上），這就產生了一個制造工藝的問題。還有是整表的長度問題，這些表閥分體連接的ＩＣ卡水表大多比原來同口徑的機械式水表要長，這就出現了這樣的問題，若要將原來的機械式水表換成ＩＣ卡水表，必須鋸斷原來裝表處的水管，重新在鋸斷的水管上鉸出螺紋，才能安裝ＩＣ卡水表，而這在實際操作中又是很麻煩的，甚至在有的場合是很困難的，因此，這種長方體的ＩＣ卡水表只能用在新建住宅中且與其他表的互換性（在長度上）很差，當然也就制約了它的推廣應用。把智能表ＩＣ卡設計成表閥一體，與普通機械式水表長度一樣，則**解決了分體連接漏水問題以及安裝規(guī)格問題。

   智能基表功能的提高

   １． 計數精度

   水流量流過水表，水表進行一個基本單位的記錄與處理的流量稱為計數精度。精度高實現困難，代價高；精度低會造成計費不**。根據水的單價，以及管理部門的結算習慣，計量精度為１／３０立方米。
　　
   ２． 數據**性

   基本采樣機構采用供水部門長期應用的二級水表，數字化的計數應與二級水表相同，實測１０萬個基本脈沖，二者讀數相同。

   ３． 數據安全性

   掉電保證數據不丟失，掉電保證關閉閥門， 一表一卡，數據傳遞加密。
　　
   ４． 表容量設計

   等同采用的模擬基表，總處理流量１０萬立方米。
　　
   ５． 無故障使用時間
　　
   目前水管理部門制定的檢定周期為３—５年，各項設計應保證不出故障情況下連續(xù)工作６年以上。主要考慮電源，單節(jié)電池供電，采用２Ａｈ高能鋰電池，保證在２０千克壓力下正常開閥，保證６年以上工作時間。
　　
   ６．操作設計
　　
   為使用戶方便使用水表，設計液晶顯示界面，顯示用水信息，應有購水信息、已用水量信息、剩余水量信息、閥門狀態(tài)、電池狀態(tài)。為了節(jié)電液晶顯示通常是關閉的，只有插卡后才顯示。為避免意外事故影響用水，應該在系統(tǒng)不正常時有告警提示，除了液晶顯示的提示外，關閥是更可以引起用戶注意的方式。剩余水量不足，關閥提示，用戶注意到后可以插入ＩＣ卡觀察液晶顯示判斷閥門狀態(tài)，同時閥門打開。電量不足關閥提示，用戶注意到后可以插入ＩＣ卡觀察液晶顯示判斷狀態(tài)，同時閥門打開。

   ＩＣ卡的選擇

   目前ＩＣ卡在連接方式上分有接觸式和非接觸式兩種，非接觸式卡操作時不用直接連，使用方便，但是存在功耗大，不是非常穩(wěn)定等因素，接觸式卡必須在水表上設計插槽，不如非接觸式卡方便，而且插槽容易受損。但是，考慮到功耗與穩(wěn)定性等因素，還是采用接觸式卡。

   ＩＣ卡種類上主要有ＣＰＵ卡、加密卡、存儲卡，綜合考慮成本、安全等因素，建議采用ＳＬＥ４４４２加密卡，配以加密算法，保證數據安全。

   管理軟件的設計

   １． 基本功能

   管理計算機可以記錄管轄的各個智能水表信息，記錄用戶信息，將水表信息與用戶信息對應，將卡與表一一對應。可以對卡操作，將購水信息寫在卡內，可以讀出卡的信息。

   ２．統(tǒng)計功能

   管理計算機可以對單個用戶的一定時間內的購水及用水狀況進行記錄和統(tǒng)計。通過輸入用戶姓名或身份證號碼，可以查詢相關信息。可查詢前面１０次的購水情況及用水情況。
　　
   在管理計算機上可以對整個管轄范圍內的用水狀況進行統(tǒng)計分析；可以進行維修記錄，對每次維修過程結果進行記錄；可以進行告警統(tǒng)計，標記出長時間用水遠低于平均用水量的用戶，供管理部門查詢分析。
　　
   管理者登錄進行記錄，管理員分級別進行操作，可以實現多個管理系統(tǒng)聯網使用。
　　
   ３．軟件使用環(huán)境
　　
   編程語言：Ｃ＋＋
   應用環(huán)境：ＷＩＮＤＯＷＳ９８，
   ＷＩＮＤＯＷＳ２０００
   *低要求計算機配置：５８６以上ＣＰＵ，３２Ｍ以上內存，１００Ｍ以上硬盤