CN102099823A - 借助无线智能卡的供水或供气预付系统及用于该系统的计量表 - Google Patents
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Abstract
本发明描述了一种借助无线智能卡的供水或供气预付系统。本发明还特别涉及电子方式记录用水或用气设计的双向计量表。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于供水或供气计量表的预付系统,尤指一种借助无线智能卡高效地控制供水或供气,并同时获取计量表重要信息的系统。本发明还涉及一种以电子方式测量水或气用量的计量表。
背景技术
迄今为止,水、气公用事业公司在用户所在读取用量,过后再对应用户的使用量进行收费。然而,近来已经提出了采用新技术的系统,例如电、水或气的预付供应系统,用来克服传统付费系统存在的一些缺陷。
曾有人设计过一种用来直接从总供应站购买水、电或气的付预系统。购买的数量信息随后被传送到安装在使用该服务的客户所在地(例如,该客户的库房、设施、办公室、家中,等等)的计量装置中。系统接收到预付相关信息并将由总站获取的采购数量进行传送。该测量装置通常由位于该客户所在地室外的机械计量表组成。它通常包括紧邻计量表设置接口或端子,读取预付信息,或者,该接口通过线缆或是通过供水或供气系统的同一线缆连接到计量表,如果供水或供气系统位于客户所在地的室内。这些预付系统的缺点在于它们都需要昂贵并且难于安装的专用设备。另一个问题是它们都不能将用量、存款的使用方式、哪一个计量表在使用该存款、以及计量表的非法使用信息传回总供应站。此类系统被称为单向通信系统。
另一种已知的预付系统也是基于直接从总供应站或其他事先指定的供应站购买供水或供气服务。购买数量信息存储在磁条卡或接触式智能卡(以下简称为“接触卡”中)。这种独特的预付系统必然需要机械式气或水计量表具有外部读卡器或磁力开头以及一系统附加控制设备,对供水或供气量进行监测。读卡器设备具有狭槽,接触卡插入其中,以便传送预付服务信息。此种系统的例子见FR 2777 677、EP 0 863 492、CN 1952613、1952617、CN 2257636、CN 2444211、CN 2565000、CN 2727862、CN 2784887、CN 2837796和WO 99/42963等文献。
尽管如此,这种预付读卡器计量表存在具大缺陷。读卡器设备必须暴露在外,使预付卡能够插入。这样造成容易被使用者(无论有意或无意)、含盐的环境或较大的温度损坏。接触卡多次使用后,磁条或芯片会磨损,造成读卡或信息传送困难。另一个问题是,当接触卡的读卡器通过线缆与计量表连接时,线缆也容易损坏。已经有人试图将读卡器集成到计量表内部。问题在于不得不对计量表的设计进行重大的改变,不仅会增加计量表的尺寸,还使计量表由于部分暴露于外界环境并且无法与当前市场现有的连接器兼容而导致计量表更容易损坏。
其他类型的控制供水和供气预付系统包括在存款用尽时自动中断供应的设备。
预付系统中主要使用的水或气计量表包括能够记录用量的机械元件。这种计量表采用由齿轮组构成的机械记录器以立方米、升或十分之一升进行计量。这种计量表的缺点在于,由于它们能够记录一个流向的环流,容易遭受不法行为。如果计量表的记录机构被倒置,就会回流并使用量记录较前次相比减少。
前述的预付计量表尤其是水计量表中的另一缺陷在于:当按计划有控制地供水时,记录用水量的机械元件无法承受高压产生的水锤。水锤会损坏这些机械元件。在按计划有控制地供水的情况下,这种计量表还有一个缺点:记录用水量的机械元件会被留在管路中并沿管路运动的空气启动,当空气流经计量元件时,就会开始从预付量中扣除用水量。
发明内容
针对上述缺陷,本发明的目的在于提供一种预付系统,该预付系统根据已经预付的量,通过安装在用户所在地的计量表,更为有效地对供气和供水进行控制。
本发明的另一目的在于,提供一种关于利用气密密封的集成式计量表与无线智能卡按预付的用水或用气的立方米数的预付测量系统。本发明的另一目的在于提供一种预付用水或用气量测量系统,该系统集成了自动设备,以便能够中断供水或供气。
本发明的另一目的在于提供一种按立方米测量预付的用水或用气量的预付系统,并通过无线智能卡向服务供应商提供如下信息:用量、预付款的使用情况、哪里或哪个计量表正在使用预付款,以及对计量表实施了非法行为和人为操纵的相关信息。
本发明的一个或多个目的在于提供一种借助由无线智能卡组成的系统按立方米供水或供气的预付方法。
本发明的另一目的在于提供一种包括在双向系统中记录用量的电子装置的计量表,且与计量表的连接方式无关。
本发明的另一目的在于提供一种预付系统和一种计量表,包括检测并释放滞留在管路中的空气和流经计量表的空气的装置。该装置将水管中流动并到达计量表的空气放出,防止将空气记录为实际并未流动的水流。
本发明涉及一种整体式计量表,该计量表集成了更为有效的预付系统和控制预先已经购买的供水或供气的方法。同时,还可以通过无线智能卡得到关于该计量表的重要信息。
上述无线预付系统包括一计量表,该计量表又包括记录水或气的双向用量的电子装置、无线电子测量设备、预付控制和供应切断机构,该供应切断机构检测预付无线智能卡并使其有效。该机构还控制预付系统并为计量表提供水或气。这种无线电子测量、预付和供水或供气设备还包括无线智能卡读-写器元件、微处理器、监控供应中断的控制器和馈电源(电池)。该预付系统搜寻无线智能卡,以便得到按立方米计量的供水或供气量。该操作仅在极少情况下产生,因此耗能不大。在本发明的实施例中,水或气计量表包括启动无线卡搜索程序并将预付量由该卡传送给计量表的按钮。这一程序的目的在于节省更多能量并增加电池的使用寿命。
利用预付无线智能卡和具有内置无线智能卡读-写器元件的水或气计量表的水或气预付方法的后续步骤是通过射频方法在计量表和预付无线智能卡之间交换信息,同时对卡和内置卡读-写器以及计量表的序列号进行验证,然后在计量表存储器中的预付无线智能卡中扣除或加入金额,在预付无线智能卡中记录计量表状态相关信息。
上述记录双向用水或用气的电子计量表为气密密封,不需要具有狭槽来操作无线卡。计量表由以下部分构成:主体,上、下外罩,测量腔和设置在计量表主体内和流体连通的供应和关闭腔,无线电子测量、预付和供应切断设备,记录用水或用气的第一传感器-该传感器为霍耳效应传感器,检测流经测量腔的立方米流量,将磁信号转换为数字信号的设备-该转换设备与第一传感器连接、以及检测任何一外罩是否打开的第二安全传感器。如果上、下外罩由计量表主体松脱时,计量表就会停止工作,直到公用事业公司的技术人员将其重新安装。计量表具有双向系统,即,不论其连接方向如何,总会正向累加用量。
附图说明
被认为具有本发明特点的元件将在后附的权利要求中解释阐述。然而,本明的实质内容-其结构和操作方式-以及本发明的其他目的和优点可通过对某些实施方式的详细描述更好地理解。后附的附图和标号将有助于将本发明的不同部分关联起来,相同的标号标记出相同的部件,附图中:
图1是根据本发明一优选实施方式测量水或气的预付系统的简化要示意图。
图2是本发明的计量表的纵向剖视图。
图3是根据本发明一优选实施方式的集成于计量表内的预付系统的简要功能框图。
图4和图4A是有助于说明图1和图2所示的测量水或气的预付系统的操作方法的流程图。
具体实施方式
术语“无线或非接触卡”在本发明中指预付智能卡与无线读-写元件之间进行信号交换(即,读-写设备上不存在欧姆接触)而不对嵌于无线卡中的集成电路使用电流元件,并且驱动该电路工作的电能取自上述无线读一写元件生成的信号。对该集成电路的通信和供电都是通过电感耦合发生。从几毫米到几厘米的非恒定的距离足以在其间传送信息。
术语“智能卡”在本发明中指大小类似于塑料信用卡的卡片。该卡片具有集成电路(微处理器、存储器或类似存储器的设备)、还具有能够在非常安全的条件下具有多种处理能力的读出器。
术语“数字签名”或“数字钥匙”在本发明中指一个序列的数据,按照相同数据序列编码的信号可以被解码。
术语“非法”在本发明中指所有目的在于改变用户用水或用气量记录的行为。
术语“防冲突”在本发明中指一种确定使用哪一张卡片的方法。根据卡片的序列号,只能选择一张卡片。ISO14443-3A和ISO14443-4A标准中描述了这一过程。
术语“按计划有控制地供水”在本发明中指在某确定的时段供水和按立方米计量的特定用量,或是两者兼有。
术语“计量表”在本发明中指以电子方式记录用水或用气量的计量表,并且该计量表控制预付系统供应阀门的开闭。
本发明提供一种无线或非接触式预付系统和通过数据通信系统记录和测量用水或用气量的方法,其中计量表和无线预付系统完全集成于一体并具有防水防空气的密闭密封,并且不与外部环境接触。该无线预付系统和用水或用气测量方法由于提供了集成的、能够无须使用额外的复杂的传输设备对用户的计量表和水或气供应商进行无线数据通信,从而降低了安装和工作成本。此外,无线数据通信通过集成在计量表内的无线电子测量、预付和水、气切断设备无线读一写元件进行,智能卡以无线的方式直接向计量表发送采购量信息。同时,它将计量表功能中的各种变量进行上传和存储。在水预付供应的情况下,尤其是按计划有控制地供水时,它就会显示关于供水控制计划的停息。此种水或气无线预付系统通过无线智能卡使这种服务的支付能够在消费使用前进行。该智能无线卡上装载有:1)在销售点终端站或是直接水或气供应商公司的支付资金;以及,如果适用,受控的计划供水方式时的计划信息。
在本发明中,用户由公共事业公司直接接收供水或供气至用户自己的计量表,不需要将计量表连接到任何终端或通信接口或是其他连接作为外部设备(例如:红外连接、直接线缆连接、RF连接或任何通过CA线进行的通信)来控制供水或供气。
图1显示了根据本发明一优选实施方式的用来测量用水和用气量的无线预付系统的简图。如图1所示,该测量用水和用气的无线预付系统优选包括至少一个可以位于总站/或供应商指定的支付站的销售点终端机20。至少一台销售点终端机20装备有无线智能卡读-写设备23,可以选自任何市场上可买到的智能卡读-写器。销售点终端机20同时具有通信接口27,通过服务器21接入位于总站或供应商处的支付系统,其保持关于用户帐户和存储于供应商数据库22中的数据的实时信息。通常,接口27使用的通信手段可以是,例如,通过使用互联网或内联网的调制解调器,或是通过专用连接。数据库22存储用户购买的按立方米计算的预付的水量或气量、供水量受控情况的更新后的计划信息、计量表预期使用期限期间测量的水或气的立方米总量、电池信息、用户进行的非经授权的操纵和非法使用,使公用事业公司可以对其进行分析并采取必要措施。
基于在销售点终端机20和服务器21之间提供包括传输的有效性-数据接收在内的安全通信的目的,测量用水或用气立方米数的无线预付系统将包括至少一对安全模块24和25,如图1所示,其安装于服务器21和销售点终端机20内。优选的是,安全模块24和25为服务器21和销售点终端机20之间的数据传输提供加密和解密功能,例如,通过数字钥匙可使数据仅在使用该数字钥匙时才能被解密,因此当数据由销售点终端机传输到服务器或反之时,即使传输内容被截取,如果没有数字钥匙仍然无法将数据解码。销售点20和预付无线智能卡15之间传输的数据由安全模块24通过智能卡15上写入的数字钥匙进行解密。安全模块24也对无线智能卡15和智能卡读-写器模块23执行的所有交易提供数据安全。优选的,无线智能卡15和计量表18分别包括加密/解密元件,安装在它们各自的微处理器中,以执行加密信息的交换功能。在特别优选的实施例中,计量表18的加密元件设置在无线电子测量、预付和水或气供应切断设备里,或者气可以选择性的设置在智能无线读-写元件中。
租用或补充供水或供气服务时,公用事业公司会在用户所在地安装本发明的具有预付系统的计量表18,并交付可重复使用的无线智能卡15,该卡中已经在销售点20预存了一定量的按立方米预付的水或气。如果是受控的计划供水,公司还会包括关于供水计量表阀门应每天何时打开和关闭和/或每天的供应量(立方米)的相关信息。在一优选实施方式中,预付无线智能卡15中具有存储于其微处理器存储器中的个性化信息。这种信息将选自由计量器编号、合同号、卡的上次下载日期、安全钥匙(例如,数字签名,如加密系统中规定的(在优选实施方式中,钥匙A可用来下载一定预付量的水或气(按立方米),而钥匙B可用来上载和下载卡中某一部分的一定立方米的预付水或气)或是三级数据加密标准系统,等等),以及预付的水量或气量(立方米)、使用下载的方法将要传送到计量表的预付的水量或气量(立方米)的信息。在特别优选的实施方式中,预付无线智能卡微处理器的存储器能够接收和存储由计量表18生成的关于用户在该计量表的使用寿命期间使用的水量或气量(立方米)信息,以及对计量表的篡改和非法行为信息。
开始下载预付量的供水或供气信息时,用户使预付无线智能卡15接近计量表18,读-写器装置就会启动搜索并验证预付卡15,以便过后全部或部分地下载预付的立方米量。对受控的计划供应,还会下载计量表18的阀门的打开和关闭供水的时间。从卡15下载到计量表18的预付的立方米量是全部还是部分取决于无线智能卡上与允许通过下载方法传送到计量表的预付供水或供气量(立方米)相关的案例钥匙上记录的值,或是何时余额小于排放值。在本发明的可选的实施方式中,计量表18将包括一个启动无线读-写器元件的按钮,采用这种方式才能由智能卡上下载立方米用量。在本发明中,术语“通过下载方法传送预付的供水或供气的立方米量”是指将被全部下载到计量表的立方米量。下载预付立方米量的供水或供气的同时或是之后,计量表18的无线读-写器元件会将计量表生成的所有关于该用户在计量表使用寿命期间的用水或用气量、非法行为和电池状态传送到无线智能卡,并且该信息将被记录在该卡的微处理器存储器中。
计量表18将在其屏幕上显示剩余的预付供水或供气的立方米量信息,这样用户就可以到销售点终端20用钱下载无线智能卡15。销售点终端20按依供货商程序的请求接受、读出并写入测量供水或供气的预付系统使用的预付无线智能卡15。如前所述,无线智能卡在销售点终端20下载,但从卡15收集的关于计量表18的数据也被下载,以便发送到数据库22供供水或供气公用事业公司修正。销售点终端20接受比索(或其他当地货币)和水或气的立方米量,并将该交易送回到服务供应商的服务器21上,存储于数据库22中。尽管如此,由于信息是被记录在预付无线智能卡15中,通常按立方米显示,使用户能够下载计量表18中预付的水或气的立方米量。因此,计量器的屏幕通常以立方米显示这些信息。
计量表18与本发明的记录双向用水或用气的电子装置如图2所示。计量表18由以下部件构成:主体31、下护罩37、上护罩38、水或气的入孔或输送孔39、水或气的出孔或供应孔41、置于上护罩38内的无线电子测量预付和供水或供气切断13;置于上护罩38之内并与无线电子测量、预付和供水或供气切断设备13连接的双向用水或用气记录装置、用来供水或供气的闭/开机构1、天线14和置于上护罩38上的液晶显示。
计量表18的主体31具有两个空腔,支持测量腔32和供应切断腔流体连通。优选的是,测量腔32是容积测量腔,但也可以是速度测量腔。测量腔32包括测量水或气双向用量的电子装置,该电子装置为了记录双向用量,由圆盘44和包住圆盘44使其保持正确位置以确保其正确的测量运动的上、下护罩45、46组成。包住圆盘44的上护罩45具有通过圆盘44的孔。此外,支持测量腔32的空腔具有渐窄的中部47,用来容纳磁性元件9。测量腔32还具有外端与磁性元件9连接并向下穿过上护罩44的开孔使其内部与圆盘44连接的连杆49,流经计量表18的主体31的入孔39的水进入测量腔32并使圆盘44旋转,并将其旋转运动通过连杆49传递给磁性元件9。
如图2所示,主体31的外表面受到上、下护罩37、38的保护。第一传感器元件2位于邻近计量表主体的测量腔32的外表面的位置并位于上护罩内。第一传感器元件2记录由圆盘44传递的磁性元件9的旋转运动,第一传感器元件2(例如霍尔效应传感器)检测磁性元件9的旋转,以便于之后计算流经测量腔32的立方米体积。优选的是,第一传感器元件9连接到磁信号-数字信号转换器设备,该设备接收由圆盘44发送的来自磁性元件9的磁信号并将其转化为数字信号。特别的,第一传感器元件2将检测磁性元件9的旋转,与是否为了减少用水或用气记录而将已经流经计量表的供水或供气的方向掉转无关,即,当拆下计量表将计量表的供水或供气41的出孔作为水或气入口时。第一传感器元件2通常记录旋转,因为磁铁的不同磁极将其转换为数字信号,该数字信号被用来计算流经测量腔32的体积。因此,计量表18具有测量以任何方向流经其水流的能力,从而使其具有双向特性。通常,上护盖38包括用来显示用户信息的液晶显示4。
如前述,上护罩38之内还置有无线电子测量、预付和供水或供气切断设备13,该设备与机械设备电连接,该机械设备与第一传感器元件连接,将磁信号转换为数字信号34,其中无线电子测量、预付和供水或供气切断设备接收该数字信号并将其发送到液晶显示4使其可见。
供应和关闭腔43由关闭机构1构成,关闭机构1由齿轮组、能够开或关闭供水或供气的滑动圆盘和固定圆盘构成。齿轮组的开闭由一引擎驱动,引擎该引擎由与其电连接的无线电子测量、预付和供水或供气切断设备13控制。工作时,供应和关闭腔腔43的关闭机构1的齿轮组由引擎启动,该引擎由无线电子测量、预付和供水或供气切断设备13控制给进,齿轮组增加强度,直至能够将具有开孔的固定圆盘上的滑动圆盘移动,这些开孔被设计为处于某一位置时关闭水流,转动90度时能够对齐,使水能够流入。关闭机构1还包括一对与无线电子测量、预付和供水或供气切断设备相连接并向其发送片位置信号的传感器35。
计量表18还具有位于供应和关闭腔之上的电池8,该电池为无线电子测量、预付和供水或供气切断设备13提供电能,为记录双向用水或用气的电子装置供电,为驱动关闭机构的引擎供电,还为液晶显示供电。
由主体31的计量表18的入孔39流经的水进入测量腔32。该水流会使测量腔32的圆盘44(或是流速测量腔中的叶片)旋转,同时使磁元件9也旋转,并将该动作传递给第一传感器元件2,该传感器元件与磁信号-数字信号转换器设备34电连接,并且转换器34将把数字信号传送给无线电子测量、预付和供水或供气切断设备13,该设备将记录流经计量表18的立方米数。然后水流经供应和关闭腔43的关闭机构1,该关闭机构可依据微处理器的指令打开或关闭。如果打开,水就会流至用户。
优选的是,本发明的计量表18包括第二安全传感器元件3,用来记录上护罩或下护罩37、38之一是否打开。第二安全传感器元件3与无线电子测量、预付和供水或供气切断设备13连接。如果计量表18的上护罩或下护罩37、38之一从计量表主体31上松开,计量表的无线电子测量、预付和供水或供气切断设备13就会发送信号启动供应和关闭腔43的关闭机构1,自动停止工作,直到公用事业公司的技术人员将其重新恢复。计量表具有双向系统,即,不论其按何种方向连接,总会将用量正向累加。
至于受控的计划供水,计量表18将包括额外的传感器元件检测流经供水线的水流。该水流传感器元件与无线电子测量、预付和供水或供气切断设备13连接,用来接收来自传感器元件(图中未示)的信号,以便于检测水流。当未检测到水流时(即,供水管线中存在空气),无线电子测量、预付和供水或供气切断设备13就会发送一个信号以打开释放阀(图中未示)将管路中的空气释放,使水流能够流经计量表并被记录为用量。
图3所示为适合于本发明优选实施方式使用的集成了无线预付系统能够对供应量按立方米进行监控并获取关于计量表重要信息的的水或气计量表的简化功能框图。
在测量腔32中,流经计量表18的水量被记录,并借助磁传感元件2传送给磁信号-数字信号转换器,该传感元件将测量腔32内圆盘的旋转进行记录和传送,由于磁传感元件2只记录水或气运动方向运动的磁极,因此与旋转方向无关。无线电子测量、预付和供水或供气切断设备13接收借助微处理器6的来自磁信号-数字信号转换器的信号,计算圈数并将其转换为水或气的立方米体积并随后在液晶显示4上显示。该体积还被记录在微处理器6的非易失性存储器中。无线电子测量、预付和供水或供气切断设备的微处理器6接收来自电池8的供电。
无线电子测量、预付和供水或供气切断设备13的微处理器6还接收来自第二传感器元件3(即磁性传感器)的信号,以便检测计量表的外罩是否打开。
在一与供水测量相关的可选实施方式中,无线电子测量、预付和供水或供气切断设备13的微处理器6还接收来自额外传感器元件10的信号以检测水流。当没有检测到水流时,微处理器6会启动释放阀11放出管路中的空气。
如前所述,无线电子测量、预付和供水或供气切断设备13包括微处理器6、无线读-写器设备7和供应中断设备控制器5。微处理器6,连同其他功能,显示先前预付的水量或气量(立方米)信息,以及用户的可用量,以及该预付水量或气量可由无线卡15下载的时间,连同电池8的状态信息。
无线读-写器元件7负责检测预付卡15,然后将有效的卡信号发送给微处理器6并开始监测无线预付系统和向计量表的供水或供气量(立方米)。
总体来说,无线读-写器元件7按照微处理器6的指令周期性地启动。在一可选的实施方式中,微处理器6借助位于计量表18的上护罩上的按钮12发送的信号启动无线读一写元件7,以便开始无线智能卡15与预付计量表18之间的信息传送。
在第一实施方式中,本发明的无线预付系统的智能卡无线读-写器元件7将预付无线智能卡15的信息转送到微处理器6中。在第二实施方式中,智能卡无线读-写器元件7将微处理器6的相关信息由计量表18传送到智能卡15中。无线智能卡15与计量表18之间的信息通信通过印刷电路板天线17和插于预付无线卡16中的存储器进行,这两者都对传送的射频频带敏感。优选的是,无线卡读-写器元件7是一块集成电路,能够检测到预付无线卡的存在,对该卡的指令进行解释,产生并发送射频功率信号。天线14还按照ISO14443-3A标准中的射频数据传输协议接收发出的射频功率信号的变化,或者依据其他适用于本目的的射频数据传输协议。
无线卡读-写器元件7通过计量表18的天线14产生并发送射频功率信号。天线14接收到的射频功率信号的改变是由于预付无线智能卡15的存在导致的。检测预付卡15的存在时,无线卡读-写器元件7经过借助该无线卡读-写器元件7的加密/解密模块装置对卡15进行核实和有效性检查后,由预付无线卡15读出并预付的立方米量并将其传送到微处理器6中。即,该加密/解密模块借助数字签名核实并有效化记录在微处理器6的存储器中的以下信息,例如合同号、计量表号、卡上次下载时间、安全钥匙、预付水量或气量信息、将要采用下载方法被传送到计量表的预付量等等。如果这些信息没有被核实并有效化,读出器就不会将预付信息或立方米量由卡15传送给计量表18。对于预付供水,尤其是受控的计划供水,显示何时供水的时间信息。
一旦预付无线卡15被核实和有效化,预付的水或气的立方米量数据就通过无线读-写器元件7由无线智能卡15传送到微处理器6内,微处理器6具有根据用户的用量扣除立方米的水量或气量的功能。预付的立方米量信息通常存储于微处理6的闪存内,每当用户消费一立方米时,它就控制由预付供水或供气量的扣减。
可选择的,由计量器传输的并将被记录在预付无线智能卡15上的关于计量表的相关历史数据信息也存储于微处理器6的闪存中。因此,计量表18与智能卡15之间的信息交换由微处理器6通过无线读-写器元件7执行。
在本发明的另一实施方式中,使用无线智能卡的水或气计量表的无线预付系统包括对用户19的自动供水或供气切断机构1。图3特别涉及了所述无线电子测量、预付控制和供水或供气切断设备13和监控水或气切断/重设供应1的控制器5。在本发明的优选实施方式中,微处理器6知道用户还有多少立方米的水或气可用。因此,微处理器6将监控用户19的水或气的供应或停止供应。
通常,对用户19的水或气供应停止会在计量表18的无线电子测量、预付控制和供水或供气切断设备13的存储器中存储的可用水量或气量为零时(由微处理器6读出)发生。当计量表存储器18中存储的可用的水或气量大于零时(由微处理器6读出),供气或供水就会恢复。无线电子测量、预付控制和供水或供气切断设备13的微处理器6会一直读取立方米的可用量。
借助无线电子测量、预付控制和供水或供气切断设备13提供供水或供气的切断/重新设置,该设备向供应切断/重新设置机构1发送一个信号,该机构由专门为打开或关闭供水或供气设置的齿轮组、浮动片和固定圆盘组成,在一优选实施例中,该供应切断/重新设置机构1可以是一个由引擎操作的阀门,其同时启动齿轮组和置于固定圆盘之上的滑动圆盘,其上具有开孔,这些开孔被设计为在某一位置时可阻断水流而在旋转90度后开孔对齐可使开闭供水或供气的水流过。可通过引擎的控制器5切断供水或供气,引擎具有在微处理器6通过闭/开信号给出打开关闭供应的指令时打开或关闭阀门1的功能,控制器向驱动该阀门的引擎提供电力。控制器5借助固态设备开启或关闭。当微处理器6读出存储在非易失性存储器中的立方米量为零时,首先会借助安装在关闭机构1中的传感器35核实阀门的状态,获知阀门处于打开还是关闭状态。如果适宜,然后会向控制器5发送中断信号。
在本发明的一可选的实施方式中,水或气计量表的无线预付系统可借助无线智能卡15按如下方式进行配置:可利用内部计时器在对关闭机构1预设的时刻启动开/闭控制器5,使计量表18能够在一天中的某时刻打开或关闭。
如前述,智能卡15可反复使用并专对每一计量表,即,不必用于一个以上的水或气计量表。这种预付无线智能卡包括微处理器16和天线17。关于该卡的个性化信息记录在微处理器16的内部存储器上。优选的是,智能卡的大小与普通信用卡相同并符合ISO14443-1、14443-2、14443-3、14443-4标准,尽管这些要求都不是强制性的。同样,在本发明的水或气计量表的预付供应系统(按立方米)上对预付无线智能卡的使用具有两个主要功能:1)将预付的水量或立方米气量传送到计量表中;2)在无线卡中接收关于计量表在使用寿命期间的水或气立方米用量,不需要雇用技术人员或使用复杂昂贵的系统读取计量表。
操作时,预付水或气管理系统借助本发明的无线智能卡,通过无线电子测量预付控制和供水或供气切断设备将供应量(立方米)接收到计量表中,根据图4和图4A所示的流程,该设备进行预付卡的检测和有效性验证工作,并对预付和供水或供气系统进行监测。在特别的方式中,微处理器6监控本发明的预付系统以及计量表18和预付卡15之间的预付通信工作。
通信和监测工作开始之前,微处理器6启动将要进行持续通信的串联端口。然后,它将对无线智能卡读-写器元件7进行配置,例如ISO14443-4A标准。一旦端口启动并且无线读-写器元件7已经完成配置,微处理器6读出存储的数据,例如客户的序列号、计量表工作寿命期间存储的水或气的立方米量(计量表的序列号将仅在此阶段被读取,因为它永远不会改变)。该数据被读出后,微处理器6内计时器开始工作,以便每70微秒生成一个中断并且微处理器6能够进行特定任务。然后微处理器6进入不活动状态,即,完全停止工作并“进入待机状态”,以便最大限度地节省电池能量。微处理器6只有借助按钮12中断计时器时才会脱离不活动状态(图3相关的动作)。
这样,当计时器产生一个中断信号(方框10)时,微处理器6就会检查计量表的上、下护罩(方框20)。如果它被启动,微处理器6就会通过供应切断控制器5向开/闭供水或供气机构1发送一个信号以便将阀门关闭(方框30)。只有当计量表重新启动(即,上、下护罩传感器内的警报器被关闭时)才会恢复供应。
在水计量表的一个具体实施方式中,微处理器6还核实水流传感器10的状态(方框40)。如果没有检测到水流,微处理器就会发送信号打开释放阀11,将供水管路中的空气释放(方框50),然后微处理器6核实是否存在计划中的特定开/闭指令(方框60)。如果存在,就将信息记录在其闪存中(100)。
在气计量表的一个具体实施方式中,微处理器6不执行方框40、50和60。
然后微处理器6借助传感器元件2(方框90)读出计量表中水或气的累积的立方米用量的余额,与水流或气流的流向无关,因为传感器元件2检测磁铁极性与水流或气流的方向无关,是双向测量的。然后微处理器6等待检测到无线卡15的存在后给出的或是启动下载按钮12给出的中断信号(方框80)。
微处理器6读出存储于其闪存内的数据后(方框100),就会核实并根据用户的预付结余情况改变供水或供气开/闭机构1的阀门状态。根据获取的信息(方框100),微处理器6核实余额大于0(方框110)。如果余额不大于0,微处理器检查供水或供气开/闭机构阀1是否关闭(方框120)。如果核实阀门1的状态后(方框120),结果为负,那么微处理器6向控制器5发送信号,并将供水或供气开/闭机构阀1关闭(方框130)以便停止向计量表18供水或供气。关闭阀门1后(方框130),微处理器6读出计量表18的屏幕上显示的信息(方框160)。然而,如果方框120确定的结果为满意,即,阀门1是关闭的,微处理器6读出计量表屏幕上显示的信息(方框160)。
另一方面,如果(方框110)中读出的余额大于零,微处理器核实阀门1为打开(方框140)。如果阀门1(方框140)核实结果为负,微处理器6向控制器5发出信号,控制器5执行打开阀门1的操作(方框150),微处理器6读出计量表18的显示屏上的信息(方框160)。然而,如果(方框140)确定的结果为肯定的,即,阀门1是打开的,微处理器6读出计量表的显示屏上的信息(方框160)。
按照(方框110-160)中描述的步骤核实水或气开/闭机构的阀门1的状态之后,微处理器6检查计量表屏幕上显示的内容(方框170)。如果(方框170)中屏幕显示为“预付”,那么微处理器6核实无线智能卡7的无线读-写器的射频发生器处于打开状态(方框180),以便开始搜索预付卡。如果在(方框180)中确定的内容为否,就不会产生打开射频的信号(方框190),并且微处理器6会恢复到未启动状态以便在等待中断信号(方框80)时最大限度地节省电池8的电能并且恢复到方框(10和180)中描述的例行程序。如果是肯定的输出结果(方框180),意味着射频打开,射频就会通过天线14发送,以便检测附近无线智能卡15的存在(方框220)。
当(方框170)中显示的屏幕对应“立方米”,微处理器6核实无线读-写器元件的状态(方框200);在无线读-写器元件被关闭的情况下,微处理器6将返回到不启动状态以便最大限度地节省电池8的电能,同时等待中断信号(方框80)并且恢复方框(10和180)的例行程序。如果核实无线读-写器元件状态的结果是否定的,意味着无线读-写器元件被打开,然后微处理器6关闭或使无线无线读-写器元件停止啊作(方框210)并且随后微处理器6将返回到不启动状态以便最大限度地节省电池8的电能,同时等待中断信号(方框80)并且恢复方框(10和180)的例行程序。
随后微处理器6执行读出存储的数据的功能,核实并改变阀门1的状态,并检查计量表屏幕上显示启动/停止无线读-写器元件,然后它将继续检测无线预付智能卡15的存在并执行预付下载交易。
如前所述,当微处理器确认无线读-写器元件打开时,无线读-写器元件就会通过天线14发出射频,按照ISO14443-3A标准执行对卡15的搜索(方框220)。当(方框220)中的卡15搜索功能执行后,无线读-写器元件6核实检测场内是否存在智能卡15。如果在方框230中的检测场内存在智能卡,执行防冲突协议以确定是否在检测场内同时存在一个以上的智能卡(如果存在一个以上的智能卡15,就会依据ISO14443-3A标准使一个卡不起作用)(方框240)。如果在上述方框230中的检测场内未检测到智能卡15,无线读-写元件6就会返回到不启动状态以便最大限度地节省电池8的电能,同时等待中断信号(方框80)并且恢复方框(10和180)的例行程序。
一旦在场内检测到卡,系统根据射频数据传输协议(例如,按照ISO14443-3A标准的规定,以及ISO14443-4A标准中规定)选定该卡(方框250)。在(方框250)中选定该卡后,无线读-写器元件7验证具有数字签名的卡的预付量和计量表的序列号(方框260)。微处理器6然后核实智能卡是否与计量表对应(方框270),如果该卡与该计量表不对应,无线读-写器元件7将返回到不启动状态以便最大限度地节省电池8的电能,同时等待中断信号(方框80)并且恢复方框(10和18)的例行程序。然而,如果该卡确实与该计量表对应,就会读出卡上的余额(方框280)。这时,微处理器6核实预付智能卡上是否有余额(方框290),如果(方框290)中的结果为负,微处理器6就返回到不启动状态以便最大限度节省电池8的电能,同时等待中断信号(方框80),并恢复到方框(30和180)中描述的例行程序。如果(方框290)的结果为肯定的,那么微处理器就会使智能卡15上的结余下载到微处理器6的闪存中(方框300)。可能一次并未将所有的预付结余全部下载,假定要下载的余额量取决于“通过下载传送的预付水或气的立方米量”变量在卡中记录的数量。将余额下载之后(方框300),系统读出计量表中的剩余余额(方框310)并将由卡15中下载的余额量加到计量表上剩余的余额中(方框320)。在(方框320)中进行的操作所产生的新的预付余额由微处理器6发送到水或气计量表的闪存中(方框330)。接收到新的余量之后,或者是同时微处理器6将产生的关于用户在计量表寿命周期期间的水或气用量信息和任何对智能卡15的非法使用信息发送给计量表(方框340)。将上述信息发送给智能卡15后,微处理器6就会就返回到不启动状态以便最大限度节省电池8的电能,同时等待中断信号(方框80),并恢复到方框(10和180)中描述的例行程序。
尽管以上描述并绘示了本发明的特定操作,本领域技术人员显然知晓可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出其他修饰和变化。后附的权利要求书不受这些在本发明范围之内的修饰和变化的影响。
Claims (16)
1.一种供水或供气的预付方法,该方法利用:1)装载有预付的服务量的无线智能卡,2)包含有上部或下部保护罩、无线智能卡的无线读-写元件和供水或供气开/闭机构的水或气计量表,以及3)包括具有一对安全模块的至少一个销售点终端机、通过接口与计费系统连接并使服务供应商的数据库保持信息更新的服务器的网络,该方法包括以下步骤:
核实供水或供气计量表的开/闭机构的状态,确定其处于打开或关闭状态;
检测计量表上、下保护罩上传感器的状态,确认计量表是否被篡改;
检测计量表的检测场内的预付无线智能卡是否存在;
通过射频在计量器与预付无线智能卡之间交换信息;
通过两个或更多数字签名和计量表的序列号同时验证预付无线智能卡和预付无线智能卡的无线读-写器,确定预付无线智能卡上按立方米预付的余额是否大于零;
从预付无线智能卡中下载按预付的立方米购买的服务量并将其存储于计量表的存储器中;
将所有计量表状态信息上载到预付元件智能卡并记录在预付无线智能卡的存储器中,生成的信息与计量表使用寿命期间消费的水或气以及对计量表的任何非法行为和操纵相关;以及,
以电子方式记录水或气的用量。
2.权利要求1所述的供水或供气的预付方法,其特征在于,所述检测水或气计量表的检测场内的预付无线智能卡是否存在的步骤还包括以下步骤:
通过无线电子测量、预付和供水或供气切断设备从计量表发射射频信号;
确定水或气计量表的检测场内是否具有多于一个的预付无线智能卡;以及
根据预先确定的射频数据传输协议选择预付无线智能卡。
3.权利要求1所述的供水或供气的预付方法,其特征在于,所述核实供水或供气计量表的开/闭机构的步骤还包括确定该计量表的供水或供气的开/闭机构是处于打开还是关闭状态,以便于为其后续的打开或关闭发送信号。
4.权利要求1所述的供水或供气的预付方法,其特征在于,所述检测计量表上下保护罩上传感器的状态的步骤还包括当计量器的上下保护罩之一或者都打开时向供水或供气开/闭机构传输关闭信号。
5.权利要求1所述的供水或供气的预付方法,其特征在于,所述下载购买的服务量的步骤还包括在预定的时间、以预定的立方米量或是两者都具备的情况下载供水信息。
6.权利要求1或5所述的供水或供气的预付方法,其特征在于该方法还包括以下步骤:
核实是否存在关于在预定时间、预定的立方米量或二者兼有的情况下供水的信息;
通过计量表检测水流是否存在;以及
如果未检测到任何水流,就发送一个信号打开释放阀,将供水管路中的空气放出。
7.权利要求1所述的供水或供气的预付方法,其特征在于,所述从预付无线智能卡中下载按预付的立方米购买的服务量到计量表的步骤还可以是部分的或全部取决于预付无线智能卡上记录的预付量;
8.权利要求1或7所述的供水或供气的预付方法,其特征在于,所述从预付无线智能卡中下载按预付的立方米购买的服务量到电子计量表的步骤还包括以下步骤:
读出计量表中的余额;
将全部或部分下载余额由预付智能卡加入到计量表的余额中;以及
存储计量表上新的预付余额。
9.权利要求1所述的供水或供气的预付方法,其特征在于,该方法还包括以下步骤:
读取计量表存储器中的预付余额;
核实预付余额是否大于零;以及
核实供水或供气开/闭机构的状态,以便确定其处于打开还是关闭的状态;以及
根据所读取的预付余额生成信号打开或关闭供水或供气的开/闭机构;
其中,当余额大于零时,就会生成打开供水或供气的开/闭机构的信号,使水或气可以流过计量表;当余额小于零时,就会生成关闭供水或供气的开/闭机构的信号,阻断水或气流过计量表。
10.一种借助无线智能卡的供水或供气预付系统,该系统包括:
用于计量表的无线智能卡;
水或气计量表;
显示计量表状态相关信息的液晶显示;
水或气计量表的电能馈源;
网络,其包括至少一个具有一对安全模块销售点终端机、通过接口连接到计费系统并使服务提供者的数据库保持最新信息的服务器;
其中,构成水或气的消费计量表包括:
a)无线电子测量、预付和水或气供应切断设备,该设备包括:
1)智能卡的无线读-写器,其用于:
检测预付无线智能卡是否存在;翻译预付无线智能卡的指令;并且生成和发送射频信号;其中,卡的无线读-写器包括加密/解密模块,其用于:对预付卡的真实性进行核实并验证;对传输的数据进行加密;并在下载前核实记录在微处理器的存储器中的信息的有效性;
2)用来监控计量表功能的微处理器,其含有闪存,该闪存用来存储将计量表使用寿命周期内生成的使用者消费的水或气量和对计量表做出的任何非法行为的信息;和
3)用来在微处理器通过切断或打开信号要求打开或关闭供水或供气时的控制供应切断设备开启或关闭供水或供气的打开/关闭机构的控制器;
b)供水或供气切断设备;和
c)信号传输/接收元件。
11.一种记录双向水或气消耗的计量表,该计量表包括:
计量表主体,该主体包括入孔和出孔;
计量表主体内的测量腔;
计量表主体内与测量腔流体连通的供应和关闭腔;
供应和关闭腔内的水或气供应/切断阀;
一对位于计量表主体上的上下保护罩;和
位于上保护罩的液晶显示,其由位于计量表主体的上保护罩内的无线电子测量、预付和供水或供气切断设备构成;
其中,所述测量腔包括记录双向用水或用气的装置,该记录双向用水或用气的装置包括:圆盘和罩住该圆盘使其保持在正确位置并由此确保其正确的测量运动的上、下外罩;一端位于圆盘中部并向上延伸穿过罩住圆盘上外罩的连杆;以及位于连杆另一端的磁性元件;
位于计量表主体的测量腔的相邻外表面的第一传感器,该第一传感器记录由圆盘传递的磁性元件的旋转运动,以便计算测量腔内的立方米流量体积,该第一传感器元件能够记录用水或用气量并且与流向无关;
将磁信号转换为数字信号的附于第一传感器上的转换设备,用来将磁性元件的旋转产生的磁信号转换为数据信号,该转换设备还与所述无线电子测量、预付控制和供水或供气切断设备电连接,该无线电子测量、预付控制和供水或供气切断设备电连接接收该数字信号并将其传送到所述液晶显示上使其可视化;
关闭机构,其包括齿轮组、滑动圆盘和固定圆盘,能够开启或关闭供水或供气,该开启或关闭齿轮组由一引擎驱动操作,该引擎由与其电连接的所述无线电子测量、预付控制和供水或供气切断设备控制;
使所述无线智能卡和所述无线电子测量、预付控制和供水或供气切断设备之间能够通过行射频进行通信的印刷电路板天线;和
位于所述供应和关闭腔之上的电池,该电池为所述无线电子测量、预付控制和供水或供气切断设备提供电能,以便记录双向的水或气消耗,为所述驱动关闭机构的引擎提供电能,并为所述液晶显示提供电能。
12.根据权利要求11所述的计量表,其特征在于所述的上下保护罩分别包括记录上保护罩或下保护罩打开的第二传感器元件,其中,当上保护罩或下保护罩中至少一个保护罩从计量表主体松脱时,计量表会自动切断供应服务,直到来自公司的技术人员将其恢复。
13.根据权利要求11所述的计量表,其特征在于所述的流经计量表主体入孔的水进入测量腔导致圆盘转动并由此通过连杆将其旋转运动传递给磁性元件,其中所述第一传感器元件检测磁性元件的旋转次数。
14.根据权利要求11所述的计量表,其特征在于所述的关闭机构还包括一对检测滑动圆盘处于打开或关闭位置的传感器,该传感器连接到无线电子测量、预付和供水或供气切断设备,并向其发送位置信号。
15.根据权利要求11所述的计量表,其特征在于,在受限的计划供水情况下,所述计量表还包括检测供应管路中水流的传感器和释放阀。
16.根据权利要求15所述的计量表,其特征在于所述水流传感器还连接到无线电子测量、预付和供水切断设备,以便接收来自检测水流的传感器的信号,当没有检测到任何水流时,该无线电子测量、预付和供水切断设备会发送信号,将释放阀打开,使管路中的空气放出,并且使水流能够通过计量表并将其作为消耗进行记录。
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