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智能IC卡水表核心技術(shù)的突破

放大字體  縮小字體    發(fā)布日期:2007-10-20  作者:謝堅(jiān)良 杜東峰 牛穎奇  瀏覽次數(shù):420
核心提示:自來水管理部門在大力推行“一戶一表”的同時(shí),一直存在著抄表難、收費(fèi)難的問題。管理上容易與用戶發(fā)生矛盾,同時(shí)拖欠費(fèi)也造成了資金上巨大的壓力,智能IC卡水表系統(tǒng)在這種情況下應(yīng)運(yùn)而生,徹底解決了抄表難、收費(fèi)難的問題。系統(tǒng)由智能水表、IC卡及售水管理系統(tǒng)組成
自來水管理部門在大力推行一戶一表的同時(shí),一直存在著抄表難、收費(fèi)難的問題。管理上容易與用戶發(fā)生矛盾,同時(shí)拖欠費(fèi)也造成了資金上巨大的壓力,智能IC卡水表系統(tǒng)在這種情況下應(yīng)運(yùn)而生,徹底解決了抄表難、收費(fèi)難的問題。系統(tǒng)由智能水表、IC卡及售水管理系統(tǒng)組成,浙江杭州競(jìng)達(dá)電子有限公司通過將近兩年的開發(fā)研究,對(duì)各部分設(shè)計(jì)分析如下。
  智能基表設(shè)計(jì)的考慮
  為解決上面提到的抄表收費(fèi)問題,用戶使用的計(jì)量水表應(yīng)該能計(jì)量水流量,同時(shí)可以對(duì)水流量進(jìn)行記錄分析,根據(jù)水量及交費(fèi)信息控制閥門,決定用戶是否可以繼續(xù)用水。所以計(jì)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(jié)構(gòu)的改進(jìn)
  1.閥門的設(shè)計(jì)
  閥門是智能水表的關(guān)鍵部件,要求壓力損失小、體積小、功耗低。壓力損失要達(dá)到中國城鎮(zhèn)建設(shè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(zhǎng)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(nèi)大多數(shù)廠家采用先導(dǎo)閥,也有的采用陶瓷閥、普通球形閥。先導(dǎo)閥安裝簡(jiǎn)單,功耗低,但是壓力損失一般很難達(dá)到中國城鎮(zhèn)建設(shè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),而且先導(dǎo)小孔容易被雜物堵塞造成閥門失效。陶瓷閥為達(dá)到壓力損失的要求必須增大面積,在增大面積的同時(shí)功耗也隨之增大。普通球形閥也因?yàn)楣奶蠛茈y得到廣泛的應(yīng)用。我們?cè)谏钊胙芯康幕A(chǔ)上,開發(fā)出了一種具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的浮動(dòng)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(jīng)過了改進(jìn)的浮動(dòng)式的結(jié)構(gòu),所以開關(guān)閥的功耗較小。這種球閥的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是:球閥無預(yù)緊力,壓力轉(zhuǎn)移到了聚四氟乙烯閥墊上,從而達(dá)到了既保證密封又能輕松開關(guān)閥的目的。經(jīng)測(cè)試,我們的球閥在2Mpa的水壓下,其最大轉(zhuǎn)矩也不會(huì)超過10kg·cm。在通常的水壓0.2~0.5Mpa時(shí),開關(guān)閥的電流小于100mA。
  2.脈沖采樣技術(shù)的應(yīng)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(hào),易受外界磁場(chǎng)干擾,我們研制了一種輕觸發(fā)力的微動(dòng)開關(guān)加凸輪的發(fā)訊裝置,這種發(fā)訊裝置經(jīng)過近20萬次的試驗(yàn),無一次誤發(fā)或不發(fā)訊號(hào),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(hào)又能防外界磁場(chǎng)干擾的新型發(fā)訊裝置。
 ?。常季客庑卧O(shè)計(jì)
  目前大多數(shù)IC卡水表采用水表基表加電路控制閥門的分體連接結(jié)構(gòu),只要將水表基表裝上發(fā)訊裝置再與單獨(dú)制造的閥門采用螺紋連接方式連接起來,就構(gòu)成了IC卡水表,制造工藝簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)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(shí),一般也是采用螺紋連接,所以若安裝時(shí)操作不當(dāng),容易使分體連接的IC卡水表在連接處發(fā)生松動(dòng),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(huì)產(chǎn)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(chǎn)生了一個(gè)制造工藝的問題。還有是整表的長(zhǎng)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(jī)械式水表要長(zhǎng),這就出現(xiàn)了這樣的問題,若要將原來的機(jī)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(shí)際操作中又是很麻煩的,甚至在有的場(chǎng)合是很困難的,因此,這種長(zhǎng)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(zhǎng)度上)很差,當(dāng)然也就制約了它的推廣應(yīng)用。把智能表IC卡設(shè)計(jì)成表閥一體,與普通機(jī)械式水表長(zhǎng)度一樣,則徹底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
 ?。保?/SPAN> 計(jì)數(shù)精度
  水流量流過水表,水表進(jìn)行一個(gè)基本單位的記錄與處理的流量稱為計(jì)數(shù)精度。精度高實(shí)現(xiàn)困難,代價(jià)高;精度低會(huì)造成計(jì)費(fèi)不準(zhǔn)確。根據(jù)水的單價(jià),以及管理部門的結(jié)算習(xí)慣,計(jì)量精度為1/30立方米。 
 ?。玻?/SPAN> 數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性
  基本采樣機(jī)構(gòu)采用供水部門長(zhǎng)期應(yīng)用的二級(jí)水表,數(shù)字化的計(jì)數(shù)應(yīng)與二級(jí)水表相同,實(shí)測(cè)10萬個(gè)基本脈沖,二者讀數(shù)相同。
 ?。常?/SPAN> 數(shù)據(jù)安全性
  掉電保證數(shù)據(jù)不丟失,掉電保證關(guān)閉閥門, 一表一卡,數(shù)據(jù)傳遞加密。
 ?。矗?/SPAN> 表容量設(shè)計(jì)
  等同采用的模擬基表,總處理流量10萬立方米。
 ?。担?/SPAN> 無故障使用時(shí)間
  目前水管理部門制定的檢定周期為35年,各項(xiàng)設(shè)計(jì)應(yīng)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(shí)間。
 ?。叮僮髟O(shè)計(jì)
  為使用戶方便使用水表,設(shè)計(jì)液晶顯示界面,顯示用水信息,應(yīng)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(guān)閉的,只有插卡后才顯示。為避免意外事故影響用水,應(yīng)該在系統(tǒng)不正常時(shí)有告警提示,除了液晶顯示的提示外,關(guān)閥是更可以引起用戶注意的方式。剩余水量不足,關(guān)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(shí)閥門打開。電量不足關(guān)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(shí)閥門打開。
 ?。桑每ǖ倪x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(shí)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(shè)計(jì)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。
 ?。桑每ǚN類上主要有CPU卡、加密卡、存儲(chǔ)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(shù)據(jù)安全。
  管理軟件的設(shè)計(jì)
 ?。保?/SPAN> 基本功能
  管理計(jì)算機(jī)可以記錄管轄的各個(gè)智能水表信息,記錄用戶信息,將水表信息與用戶信息對(duì)應(yīng),將卡與表一一對(duì)應(yīng)??梢詫?duì)卡操作,將購水信息寫在卡內(nèi),可以讀出卡的信息。

2.統(tǒng)計(jì)功能
  管理計(jì)算機(jī)可以對(duì)單個(gè)用戶的一定時(shí)間內(nèi)的購水及用水狀況進(jìn)行記錄和統(tǒng)計(jì)。通過輸入用戶姓名或身份證號(hào)碼,可以查詢相關(guān)信息??刹樵兦懊妫保按蔚馁徦闆r及用水情況。
  在管理計(jì)算機(jī)上可以對(duì)整個(gè)管轄范圍內(nèi)的用水狀況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析;可以進(jìn)行維修記錄,對(duì)每次維修過程結(jié)果進(jìn)行記錄;可以進(jìn)行告警統(tǒng)計(jì),標(biāo)記出長(zhǎng)時(shí)間用水遠(yuǎn)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(jìn)行記錄,管理員分級(jí)別進(jìn)行操作,可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)管理系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)使用。
  3.軟件使用環(huán)境
  編程語言:C++
  應(yīng)用環(huán)境:WINDOWS98,
 ?。祝桑危模希祝樱玻埃埃?/SPAN>
  最低要求計(jì)算機(jī)配置:586以上CPU,32M以上內(nèi)存,100M以上硬盤
  結(jié)束語
  針對(duì)當(dāng)前國內(nèi)智能水表的發(fā)展趨勢(shì)和所存在的問題,我們進(jìn)行了技術(shù)創(chuàng)新,申報(bào)了智能IC卡水表的4項(xiàng)實(shí)用新型專利,大大提高了智能水表的性能。使用該技術(shù)生產(chǎn)制造的LXSIC-20G智能IC卡水表在使用中得到了廣大用戶肯定。 
2002年5月12日,建設(shè)部科技發(fā)展促進(jìn)中心組織了行業(yè)內(nèi)的8位資深專家對(duì)LXSIC-20G智能IC卡水表召開了評(píng)估會(huì),評(píng)估委員一致認(rèn)為(以下為引用評(píng)估意見)——
  提交的技術(shù)資料、工藝文件基本齊全、完整,能指導(dǎo)生產(chǎn),符合建設(shè)部科技成果評(píng)估要求。
  該產(chǎn)品發(fā)訊裝置采用了瞬跳式、輕觸發(fā)力微動(dòng)開關(guān),表與閥的連接采用了表殼與球閥殼體整體鑄造加工的方式,閥的結(jié)構(gòu)采用經(jīng)過改進(jìn)的浮動(dòng)式球閥結(jié)構(gòu),并采用橡膠材料與閥球的接觸來進(jìn)行密封,由聚四氟乙烯材料承受閥球的壓力。產(chǎn)品具有一定的創(chuàng)新,并具有自主的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。 

經(jīng)浙江省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢測(cè)研究院檢驗(yàn),所測(cè)指標(biāo)達(dá)到了國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CJ/T133-2001《IC卡冷水水表標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的有關(guān)指標(biāo)。
  生產(chǎn)設(shè)備齊全,具有必要的產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)設(shè)備,通過了ISO9001認(rèn)證,質(zhì)保體系完善,產(chǎn)品經(jīng)用戶使用,反映良好。
  綜上所述,評(píng)估委員會(huì)一致認(rèn)為:該項(xiàng)目技術(shù)水平達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平,具有較大的推廣應(yīng)用價(jià)值,同意通過評(píng)估,可批量生產(chǎn)。
  順利通過建設(shè)部科技成果評(píng)估,為智能水表推廣和使用提供了性能優(yōu)良的產(chǎn)品。
 
 
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