一、智能IC卡预付费水表
1、智能IC卡水表
智能IC卡水表是一种运用现代微电子技能、现代传感技能、智能IC卡技能对用水量进行计量并进行用水数据传递及结算买卖的新式水表。这与传统水表一般只具有流量收集和机械指针显现用水量的功用比较，是一个很大的前进。智能IC卡水表除了可对用水量进行记载和电子显现外，还能够依照约好对用水量主动进行操控，并且主动完结阶梯水价的水费 核算，一起能够进行用水数据存储的功用。因为其数据传递和买卖结算经过IC卡进行，因此能够完结由作业人员上门操表收费到用户自己去营业所交费的改动。IC卡买卖体系还具有买卖便利，核算准确，可运用银行进行结算的特色。
2、根本结构原理
IC卡水表的外观与一般水表的外观根本类似，其设备进程也根本相同。IC卡水表的运用很简单，从用户的视点看，就时把IC卡卡片向水表里插一下。 IC 卡水表的作业进程一般如下：将含有金额的IC卡片刺进水表中的IC卡读写器，经微机模块辨认和下载金额后，阀门敞开，用户能够正常用水。当用户用水时，水量收集设备开端对用水量进行收集，并转化成所需的电子信号供应微机模块进行计量，并在LCD显现模块上显现出来。当用户的用水金额下降到必定数值时，微机模块进行声响报警，提示用户应该去持卡交费购水。如超越用水金额，则微机模块会主动将电控阀门封闭，堵截供水。直至用户刺进现已交费的IC卡片从头开端敞开阀门进行供水。
3、功用用处
智能IC卡预付费水表选用低功耗、高功用单片微机处理器，配以家用冷水基表，选用于簧管脉冲计数办法主动计量用户用水量，完结“先付费、后用水”的预付费操控功用。该外表选用一户一表一卡，凭卡用水，卡中数据输人表中，水表主动开阀供水，用完后主动关阀断水，有必要从头购水，方能从头用水。智能水表能够前进办理功率，有用避免欠费，避免上门抄表，完结节约用水。
二、智能卡水表的作业原理
选用内部存储器完结数据保存功用，即便在掉电的状况下，上电后数据也能主动康复；选用电池办理功用：当电源欠压时、提示报警，替换电池，当电压更低时阀门关断，直到体系电源康复正常后主动翻开阀门。
办理部门可根据卡来办理用户小区的水表日常保护，如替换表、免除毛病、设置表内参数（脉冲常数、最低用量、最大用量）预装水量用于调试水量等。具有当阀门反常时（如内漏）仍能计量，并在用户购水充值时扣除这部分用量。选用毛病自检功用：并用蜂鸣器完结各种状况、毛病等报警提示功用，如插卡、毛病报警等。用硬件暗码或特定的铲除卡来铲除表中数据。
智能卡水表是一种内嵌预收费体系的智能型水表，它以Ic卡安全技能为中心，配以主动保护及信息加密功用。Ic卡水表选用电池供电，水表的水量等重要参数均存储在EPROM芯片内，其数据可保存10年以上。此外，对IC卡及卡表内的信息进行加密，使体系不易被拷贝和不合法运用，Ic智能卡预付费水表体系主要有以下部分组成：CPU单元、LCD显现、干簧管流量双脉冲、阀门操控电路、IC卡电路、电源检测电路、毛病报警。
用IC卡完结表内数据与办理体系完结数据双向交流，当用户购水后，IC卡能够主动将水表结余水量与本次购水量进行累计并液晶显现、水费核算与办理（报警金额、根底水量、方案水量），完结供、停水的操控功用、也进行价格充值。当用户将购得的水卡（IC卡）刷入水表时，表内体系在承认该卡有用后，主动翻开阀门，进行正常供水。若答运用户透支，则刷卡康复用水直至运用完透支水量后才关阀。用户每次将购水刷卡入表后，水表LCD显现剩下水量，并将剩下水量等用水信息以及水表的状况信息返写到购水卡中，以供售水办理体系入库、查询。
三、IC卡智能水表体系的总体规划
1、电源办理
选用3.6 V标称容量：1.9 Ah（放电电流：1 mA,停止电压：2.0 V）；最大恒向电流：1 A;最大脉冲电流：1.5A的电池对体系供电，当电池电压3 V使得体系处于静态时，其电流5A时，运用MCU内的比较器，以中止办法唤醒单片机，及时封闭水表阀门并保存相应数据，提示用户替换电池，低于2.7V关阀。并以LCD显现，Ic卡接口电路等的供电在需求操作时才翻开，以减小不必要的电流丢失。
2、流量检测
将用水量转化为脉冲信号，选用两个脉冲传感器进行接纳，以避免颤动产生的多计数现象。经进程序规划，判别两个传感器是否正常作业，若不正常，则认为是外界强磁搅扰，封闭阀门。
3、阀门操控电路
特别状况下操控水表阀门的开关，选用饱满压降为0.2V的三极管8550和8050对管构成电机驱动电路，既能够确保电机的驱动电流又可在毛病时约束最大电流500 mA.接通3.6 V电源，电机空载电流25mA±2mA,带载电流60 mA;用手指触摸球阀无窜动感；阀门电机组件上磨合实验台进行电控阀门开关1000次磨合实验；调查组件作业功用正常（阀门开关正常、无反常声响）。
四、驱动办理体系模块
驱动选用MCU内置液晶驱动模块进行驱动。其办理体系详细分以下模块：
1、用户办理模块
此模块包含用户开户发卡、补卡、换表、过户、销户以及用户信息的查询及修正等。
2、售水事务办理模块
此模块包含购水买卖、买水计算查询每日结帐等功用。售水时，体系首要经过密钥办理体系查看该卡是否为合法卡，并与数据库内信息核对，当查看经往后，将用户的购水量（或购水金额）写入卡中，更新数据库，并将用户卡带回的水表信息一起写人数据库中。此模块要求能够对单个用户的必定时刻的购水及用水状况进行记载和计算，经过输入名字和水表号等用户个人信息可查询该用户的购水、用水状况及水表运转状况。
3、操作员信息办理模块
该模块包含添加操作员功用、操作员授权功用、口令修正功用。体系记载操作员的每次登录及操作，操作员分等级进行操作，不同的操作员有不同的口令和安全等级，并且只能触摸和岗位相关的数据。
4、各东西卡制造模块
此模块包含制造用户运用的用户卡、应急购水卡以及作业人员用于认证卡、出产数据设置卡、修正密钥卡、收回搬运卡等设置卡、康复卡、充值卡、换表卡、办理卡、测验卡、用户卡、定量卡。
5、体系保护模块
包含密钥更新、水价保护、水表参数保护、数据库备份及康复功用。
6、报表打印模块
每次操作员进行开户、售水、补卡等操作时，体系将主动打印出买卖明细，别的，操作员也能够自行进行单一或归纳计算查询后，打印出查询后的生成报表。
###反响###
五、LSD4F8108 MCU叙说
MCU具有高速度，充分运用了内部的硬件资源：8K的Flash、16位RISC指令集、l6位定时器、24×4段的液晶驱动模块和比较器模块。并具有以下一些特色：
1、超低功耗
在2.2 V,1 MHz时钟条件下，其作业电流根据作业方式的不同在0.1 A~300 A之间，其作业电压规模为1.8 V~3.6V.
2、处理才干强壮
选用RISC指令集，中心指令27条，并具有丰厚的寻址办法（源操作数7种，意图操作数4种）。片内寄存器数量多，有高效的查表处理办法。
3、片上外围模块丰厚
它具有FIJIJ+（频率锁相环）时钟体系，看门狗，带有三个捕获/比较寄存器的l6位定时器（TimerA），片内比较器，96段LCD驱动器，48个通用I/O引脚，并且端口P1和P2具有中止才干，每个引脚都能够独自挑选中止触沿、独自答应中止。
4、节约功耗
选用了FLASH存储器，低功耗规划，使妥当体系处于静态时其电流5A.MCU在智能卡水表中的运用选用逻辑加密卡作为预付费卡片、保密性好；具有强壮的电源办理体系，作业在3.6 V（锂电池）时，静态作业电流3 A.具有5种节电方式，掉电电流（RAM数据坚持）最低可为0.1 A,供给从待机方式中快速唤醒功用，唤醒时刻6s.平常MCU处于低功耗方式3,流量检测，Ic卡数据操作等都以中止办法唤醒，以节约功耗。
正因MCU的这些优势，在挑选对Ic卡通讯和开发时，则选用该款芯片。着眼于安全性和下降功耗方面，MCU功用特色如下：低作业电压（1.8 V~3.6V）；超低功耗（作业方式4下耗电仅为0.1 IxA）；16位精简指令结构（RISC）；150ns指令周期；片内有JTAG调试接口和FLASH型存储器，可在线串行编程；支撑c语言和汇编语言。本体系以MCU为中心，内置LCD驱动器24×4段，可减小体积、下降成本，在休眠方式下典型电流仅0.7IxA;电源监控选用理光R3111E（可根据设定的门限电压挑选相应的类型）；水表阀门选用2.5 V~6V直流电机，当人为损坏水表或所购买水量低于设定值时，水表报警并及时关掉阀门，一起将数据保存在内部FLASH中；选用MFRC522读写芯片读写Mifare1$50卡片完结预付费功用。
本规划运用RC522 UART方式与MCU通讯，因为MCU没有硬件串口，故需运用TIMERA模仿串口。关于MCU而言，P1.0口（TimerA捕获/比较输出口）是UART的TX,P1.1（TimerA捕获/比较输出口）是UART的RX.智能卡水表的软件规划选用模块化规划，包含计量功用模块、电机操控模块、防磁搅扰模块、Ic卡处理模块、Ic卡和ESAM通讯模块、报警模块、电源掉电模块、阀门操控模块和显现模块等。
因为触及的功用较多，要分配好CPU内部的各种资源，各功用模块问的时序联系。本体系的主程序除了用到MCU供给的两个中止资源，主要是用查询办法，查询从各个口线上来的状况标志，如电源电压是否降到答应值以下，有无磁搅扰产生，计数脉冲是否到来，是否有卡刺进等等，再根据得到的标志位做出相应的处理。
5、开发办法简洁高效
MCU具有JTAG接口，可便利的经过JTAG操控器完结程序的下载和调试；体系初始化、磁搅扰测验、计量处理。这儿体系初始化包含对MCU的仓库、各端口、中止、LCD操控寄存器的设置，使CPU能正常作业；体系中的SAM模块用来存储数据信息及各级密钥，对SAM模块初始化是把其间的内容读到MCU内存；各测验模块是测验MCU相应的口线状况，并置上相应的标志，为各处理模块供给判别的根据；当有计量脉冲到来时，计量处理模块会对它进行计数处理，该模块还具有软件抗搅扰功用，以避免对计量脉冲的误计；卡处理模块完结CPU卡和SAM模块的通讯，只要当它们之间的认证经过期才干进行数据交流，对不合法刷卡，将制止操作并给出提示；报警处理模块用来监测电源电压，一旦电压降到某一规定值，就会启用备用电源，并报警显现，以提示用户替换电池。
单片机接口规划用125ns指令周期，大部分指令在一个指令周期内完结，16位寄存器和常数产生器，发挥了最高的代码功率，并且片内含有硬件乘法器，大大节约运算时刻。该芯片选用低功耗规划，具有五种低功耗方式，供电电压规模为1.8V~3.6 V,在作业方式下：2.2 V作业电压1 MHz作业频率时电流为225A;在待机方式电流为0.7 IxA;掉电方式（RAM数据坚持不变）电流为0.1A.所以特别适用长期运用电池作业的场合。它选用数字操控振荡器（DCO），使得从低功耗方式到唤醒方式的转化时刻小于6 Ixs.该芯片具有8KB+256BFlash Memory,256B RAM,选用串行在线编程办法，为用户编译程序和操控参数供给灵敏的空间，内部的安全保密熔丝可使程序不能不合法仿制。
因为考虑到本规划低功耗，小体积，液晶显现，按键编址等要求，所以选用了单片机芯片，该单片机芯片在在线体系规划、开发调试及实践运用上都表现出与其它单片机十分显着的优势。
六、智能水表开展方向剖析
智能卡式水表预付费功用“先付费后用水”在社会文明开展到必定高度后，不行能成为水费收取仅有的限制手法，一起在工业兴旺国家的现阶段他们运用在企业内部为节约用水操控额定方案目标与实践用水计量，也有大专院校内部为节约用水，在校住宿学生宿舍房内凭卡用水也选用智能水表来操控，很少运用在社会上直接对居民供水施行预付费后用水的智能水表，也不建议推广先收费后用水，对他们来说这个问题是联系到对喝水人的“人权”问题，没有钱的人，喝水依然是他们生计的权力，所以不推广这种办法。我国自建国以来对居民家庭有供水、供电、供气的那一天开端，就实施先用后付费的程序规则。
现在改动先付费后用水，自身是对居民心里的一种冲突。何况，现在的供电、供气依然坚持先用后付费的规则，经济兴旺了，居民生活水平高了，人们的思想境界也提升了，先用水后付费的规则，也不会形成水费拖欠的社会问题，所以说社会文明前进了，这种预付费的办法不是抱负的办法。所以现在智能卡式水表的预付费方式逐渐转向远传、主动抄读体系的方向开展。
再因为卡式水表在运用进程中，除了由用户主动报修或再次进行购水充值时能够将该水表的运转信息传递给体系信息中心外，办理人员有必要抵达设备水表的现场才干知道该水表的运转状况。如水表倒转、充值的水量用完后水表不能主动封闭阀门、甚至有用户撤除水表直接用水等状况，只要办理人员抵达设备水表的现场才干知道。所以，各种卡式水表在运用进程中，办理部门不能随时把握水表的运转状况，有必要装备必定的人员定时到设备水表的现场轮回巡查，不然，水表的毛病、以及缺失的水量是无法知道的。所以，远传、主动抄读体系技能是智能水表开展的一个方向。
咱们从前对多个工业兴旺国家的预付费水表运用状况调研，如美、德、法、意、澳大利亚等，他们在水表智能化数据收集方面有许多主动抄表体系，有远传、遥感、收集和会集收集不等，智能水表主动抄读功用在工业兴旺国家特别是美国运用得较多，如德克萨斯州、维基尼亚州、科罗拉多州、威斯康星州等现已很遍及。智能水表主动抄读功用已很多的运用在企业内部为节约用水操控额定方案目标与实践用水计量，也有大专院校内部为节约用水，在校住宿学生宿舍房也选用智能水表主动抄读体系来操控。
七、总结
因为开发的体积小、高度集成的表阀一体化IC卡智能水表，以到达能够准确丈量水量和操控用水的意图，开发进程中能够看出FLASH单片机功用全面，运用便利，MCU低功耗、低电压、高速度等特性，很合适用于选用电池供电的作业，用LSD4F8108MCU来开发智能卡表的程序，在Ic卡水、气、暖表的运用上具有宽广远景。本文介绍的软硬件规划现已过实践运转，作用杰出。
