CN108168641A - 一种智能预付费射频卡水表 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能预付费射频卡水表。包括相连接的基表部分和主控芯片，其特点是：所述主控芯片通过天线和射频卡读写模块与M1卡连接，并且该主控芯片还分别与LCD显示模块、天线和射频卡读写模块、控制电机及铜球阀模块、计量模块、电源管理模块、预付费控制模块、电池检测模块和电机驱动模块连接。本发明的水表可以清晰的显示数据，计量准确，本发明水表还可以很好的防水，并且对静电和强磁干扰有很好的防护。

Description

一种智能预付费射频卡水表

技术领域

本发明涉及一种智能预付费射频卡水表。

背景技术

目前，随着科技水平的不断突破，人们的生活水平也在不断的提高和进步；新型的智能水表得到了越来越多的应用，所使用的技术也在不断的改进、提升；射频识别(RFID)技术是现在水表市场应用的一种典型技术，并且应用的越来越广泛。射频识别，又叫无线射频识别，是一种无线通信技术，是通过无线信号识别设定的特定目标并完成相关数据的读写，不用建立其他的通信模式。

所谓的M1芯片，是指菲利浦下属子公司恩智浦出品的芯片缩写，全称为NXPMifare1系列，常用的有S50及S70两种型号，截止到2013年11月4日，已经有国产芯片与其兼容，利用PVC封装M1芯片、感应天线，然后压制成型后而制作的卡即是智能卡行业所说的M1卡，属于非接触式IC卡卡又称射频卡，成功地解决了无源(卡中无电源)和免接触这一难题，是电子器件领域的一大突破。主要用于公交、轮渡、地铁的自动收费系统，也应用在门禁管理、身份证明和电子钱包。向M1卡发一组固定频率的电磁波，卡片内有一个LC串联谐振电路，其频率与读写器发射的频率相同，在电磁波的激励下，LC谐振电路产生共振，从而使电容内有了电荷，在这个电容的另一端，接有一个单向导通的电子泵，将电容内的电荷送到另一个电容内储存，当所积累的电荷达到2V时，此电容可作为电源为其它电路提供工作电压，将卡内数据发射出去或接取读写器的数据。M1卡是非接触式感应卡，数据保存期为10年，可改写10万次，读无限次。无电源，自带天线，工作频率为13.56MHZ。内含加密控制逻辑和通讯逻辑电路。

M1射频卡智能水表有很好的防水性，很高的安全性。M1射频卡智能水表省去了抄表员去抄表的工作，也杜绝了用户欠费不交的现象，也避免了去用户家中去抄表的现象，解决很多的中间麻烦，不但提高了效率，也很好的保护了用户的隐私。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够显著提高安全性、准确性并且低功耗的智能预付费射频卡水表。

一种智能预付费射频卡水表，包括相连接的基表部分和主控芯片，其特别之处在于：所述主控芯片通过天线和射频卡读写模块与M1卡连接，并且该主控芯片还分别与LCD显示模块、天线和射频卡读写模块、控制电机及铜球阀模块、计量模块、电源管理模块、预付费控制模块、电池检测模块和电机驱动模块连接。

其中主控芯片采用STM8L微控制器。

其中射频卡读写模块采用13.56MHZ的高频读写模块。

其中控制电机及铜球阀模块包括控制电机，该控制电机的供电端与锂电池连接，该控制电机的输出轴与铜球阀的输入端传动连接，该控制电机的控制端与电机驱动模块连接。

进一步的，其中锂电池通过电源管理模块分别与主控芯片、天线和射频卡读写模块、M1卡、LCD显示模块、控制电机及铜球阀模块、计量模块、预付费控制模块、电池检测模块和电机驱动模块的供电端连接。

本发明的水表可以清晰的显示数据，计量准确，本发明水表还可以很好的防水，并且对静电和强磁干扰有很好的防护。

附图说明

附图1为本发明的逻辑原理框图。

具体实施方式

本发明采用的技术解决方案是：

一种智能预付费射频卡水表，使用主控芯片STM8L微控制器、基表部分、LCD显示、天线和射频卡读写模块、控制电机及铜球阀、计量模块、电源管理、预付费控制、电池检测、电机驱动；所述主控芯片STM8L控制器分别与基表部分、控制电机及铜球阀、计量模块、LCD显示、天线和射频卡读写模块、电源管理、电机驱动、电池监测、预付费控制相连接。

所述主控芯片STM8L微控制器，在其所控制下的静态电流仅为8uA左右，此微控制器是控制各个模块之间的通讯，以及对发生故障的检测。

所述的射频卡是M1卡，通过M1卡获取用户的用水信息和状态信息，完成与单片机的信息交换。

所述控制电机及铜球阀，实现用户控制阀门电机正反转，并可以通过读取电机状态判断阀门的开关，电机供电由专门的3.6V锂电池供电。

所述用水计量模块，用于计量水表基表走过的用水量，传感器部分为干簧管方式，也可以使用霍尔方式，每当水量走过0.1m³时会发出一个电脉冲信号，单片机就会计数一次。

所述电源管理用于管理和协调各个部分的用电，电源管理协调3.6V锂电池供电，可以在LCD上显示电池用电量，清楚的了解电池电量。

数据保持与恢复,每用水0.1m³，进行一次数据存储，数据存储加校验，并在另一个数据区备份。

磁保护,检测到强磁干扰，关闭阀门，待插查询卡打开阀门。

电源欠压保护,检测到电源欠压，关闭阀门。待更换电池或插查询卡可打开阀门。

报警水量提醒,当剩余水量小于等于显示报警量时显示“交费”，当剩余量小于关阀报警量时，关闭阀门报警，插入任意卡可打开阀门。

自动关阀断水,当剩余量为0或者小于0时，自动关阀断水。

自动开阀通水,当用户购水后剩余量大于报警量时自动开阀通水。

定时放电,水表定时放电防止电池钝化，并且在放电过程中检测电池电压，发现欠压，关闭阀门。

定时检测阀门,定时做阀门开关动作，防止阀门生锈结垢。

上电全显，电池上电液晶全显3秒，以供检验液晶是否缺划。

常显，水表常显公司logo、剩余水量、阀门状态、电池状态、以及异常报警信息。轮显，插卡后水表轮显剩余量和累计用量。

异常报警，当水表有阀门关闭、电池欠压、剩余水量不足等异常现象时，在液晶右侧的异常区显示异常报警信息。

读卡信息显示，当M1卡贴在水表时，读卡失败显示Err，读卡成功显示子表号。

工作过程：此射频卡智能水表由电源供电，电源是稳定的输出电压，单片机通过水表基表内的流量传感器计量，可将用户使用水量准确的记录。通过M1卡与单片机的信息交换可将预付费的信息获取，这样就可以控制电机通断铜球阀，这样就可以很好的控制了水流的通断。在用户正常使用的情况下，控制阀是打开的，当预付费到设定的报警量时就关阀，LCD显示屏也会提醒用户需要交费，此时用户可以使用用户卡再次开启阀门直到预付费为零，阀门关闭为止，停止供水。此时，用户通过预付费进行缴费，使用M1射频卡再次开启阀门，正常使用。

以下结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

参照附图1，本实施例包括水表基表部分，主控芯片，电池，控制电机及铜球阀，计量模块，天线和射频卡读写模块，LCD显示，电池检测，电机驱动，预付费控制。铜球阀是电动悬浮球阀。M1卡通过天线和射频卡读写模块主控芯片通信。该水表为基表部分，核心控制板，水表保护壳这主要的三部分。其中，水表基表部分有控制阀门和计量模块。为了很好的防水，控制板在密封的保护罩壳内；电源模块将水表基表，控制板，连接起来；电源模块为锂电池。

在图1中，本发明提供了一种预付费阶梯水价M1射频卡智能水表，它包括基表部分，核心控制板，水表保护壳，M1卡部分；主控芯片STM8L单片机的输出端与LCD显示模块连接，M1射频卡与M1射频卡读写模块相对应，射频卡与射频卡读写模块之间为无线传输连接，射频卡读写模块对射频卡进行读写进行数据交换，LCD显示模块显示射频卡的数据，计量模块的采样元件设置在水表的表头部分，采样元件为干簧管，采样元件采集表头的计量信号并将计量信号发送给主控芯片STM8L，单片机通过LCD显示模块对计量信号进行显示，在显示的同时主控芯片通过阀门控制模块对水表控制阀门的通断进行控制。

本发明的控制盒内安装主线路板，采用全封闭结构，卡为M1射频卡，当射频卡靠近控制盒后，与天线板感应产生信号，发送给单片机，这时主控芯片STM8L启动射频卡读写模块对卡片进行读写，进行数据交换，数据交换完毕后，在LCD显示模块上显示最新数据，轮显结束后关闭显示，处于休眠状态以节省功耗。电源模块为3.6V锂电池，它设计具有固定电阻的放电激活电路对电池电压进行检测，当电池电压低于设定值后，关闭阀门，LCD显示模块提示更换电池。上电检测电池电压，电池电压低于设定值时显示提示和关阀，每隔7天进行电池检测，用放电(62Ω电阻放电8秒，电池激活后)检测2秒电池电压，连续两次检测大于或小于设定的低电压值，即确认电压值高或低，如电压值检测高低各一次，则检测第三次，是大于低电压设定值即为高，反之则定为低电压。由于基表是采用0.1吨为单位进行计量，LCD显示模块上显示的水量数据最小单位为0.1吨,这样，单片机每收到一组有效的计量脉冲，表示水表使用0.1吨水。当剩余水量递减到0后，水表控制器自动关闭阀门切断用户用水，这时用户只有将购水卡插入控制器，将购水量追加到控制器中才能够打开阀门继续用水。如果水表控制阀门出现故障，不能正确关闭阀门，这时程序应能够继续对用水量进行计量，剩余水量显示为负值。这种情况下，当购水量追加到水表控制器中后，首先应减去负的剩余水量。

当水表内的剩余水量超过限购量后，水表控制器禁止将购水卡中的购水量追加到水表中去，这时显示提示代码“Err-？”。

本发明的M1射频卡水表功能描述，水表采用非接触式射频IC卡M1卡作为数据传输介质，有以下功能：

1、自动采样计量功能：水表控制器采用LCD显示模块显示，可自动采集机械水表的计量信息，可以设置每0.1吨或每吨计量一次(预留基表吨位采样应用)。

2、购水功能：将已购水的购水卡插入控制器，控制器首先显示本次购水量，然后控制器将本次购水量和内部的剩余水量进行累加，在LCD显示模块上显示控制器当前可以继续使用的剩余水量，接着显示控制器的累计使用水量。

3、报警功能：当剩余水量用至预设报警水量时，水表控制器采用点亮LCD显示模块同时关断水表控制阀门进行报警，报警水量不小于0，插入购水卡后水表控制器打开水表控制阀门恢复用水。

剩余水量为0不关断水表控制阀门，直接进入透支状态。若报警水量设置为0，则关断水表控制阀门，用户插入购水卡可以打开水表控制阀门进入透支状态。

4、关阀断水功能：水表必须具备透支功能，当剩余水量用完后，水表不关闭水表控制阀门自动进入透支状态，当剩余水量记录到等于透支限额后，水表控制器将再次关闭水表控制阀门，这时用户只有再次缴费购水才能打开水表控制阀门。

5、查询功能：

(1)查询余量：将购水卡插入控制器中，LCD显示窗上显示出该用户当前的剩余水量和累计用水量。

(2)查询水表信息：用查询卡插入控制器，可查询控制器的现行使用状态，并使控制器的阀门完成一次完整的开关动作，LED显示模块依次显示用户当前的剩余水量、累计使用水量、上月用水量、当前日历、当前时钟。

6、抄表功能：可以使用抄表卡将水表控制器中的月用水量冻结数据抄回，供分析使用。

7、故障表更换功能：当水表出现故障时，可以使用相应的卡片将故障表中的数据转移到新的水表中去，转移完毕后的故障表中的剩余水量清零。

8、阀门异常计量功能：阀门发生故障而不能关断，控制器将会累积透支水量，再次购水插卡时，控制器能自动扣减透支的过零水量。

9、一卡一表功能：开户卡插入水表控制器之后，该控制器就与该购水卡形成一一对应关系，该控制器不会再认其它购水卡，只认各种管理功能卡(查询卡、退水卡、清零卡、设置卡等)。

10、防磁干扰功能：用强磁扰乱水表正常采样时，控制器能自动关阀断水，控制器检测到磁干扰消失后，能够自动打开阀门恢复用水。

11、电池欠压提示、关阀功能：电池电压低于1.8时，控制器LCD显示“欠电压”提示信息，并自动关阀。

本发明的水表的卡片分类：

1、购水卡：由用户持有，用来完成缴费购水，首次购水的称为开户卡，购水卡中包含的数据有：分区号、用户号、报警水量1、报警水量2、充值下限、透支限额、购水量，通过购水卡返回的数据有：剩余水量、累计用水量、水表工作状态字。

2、查询卡：用来对水表控制器进行检查，将查询卡贴近水表控制器后，LCD显示屏依次显示水表剩余水量、累计用水量。同时将水表控制器阀门反方向动作一次，并将相关数据写入到查询卡，返写到查询卡的数据有：分区号、用户号、报警水量、充值下限、透支限额、购水次数、本次购水量、累计购水量、剩余水量、累计用水量、水表工作状态字、磁干扰次数、低电压次数等。

3、抄表卡：用来将水表控制器中的上月用水量抄回，抄收的数据有：6个月的月用水量，抄表日期。

4、清零卡：所生产的水表出厂时，可以将所有数据清楚，归为零。

5、设置卡：用来在生产过程中对水表控制器中的数据和运行参数进行设置，并将相关状态进行初始化。参数设置卡能设置的数据有：报警水量、充值下限、透支限额、预置水量。

6、时间校准卡：用来校准时间，即当前日历、当前时钟等。

本发明射频卡水表的使用流程如下：

(1)水表控制器在生产过程中，首先要用自检卡对水表控制器进行检测，测试水表控制器的LCD显示模块和水表控制阀门控制是否正常，并检测电池电压检测点是否正确。

(2)检测完毕后，用参数设置卡向水表控制器设置报警水量、充值下限、透支限额、预置水量、累计用水量、脉冲常数、当前日历、当前时钟，然后走水测试脉冲计量是否正确。

(3)在生产测试过程中，根据需要还可以多次重复使用参数设置卡，根据需要也可以把参数设置卡转化为加水卡和清零卡使用。

(4)水表生产完毕后，用清零卡将水表控制器中的数据全部清空初始化，水表处于出厂状态。

(5)水表在现场安装时，用密钥修改卡设定加密密钥和分区号，此加密密钥和分区号与后台售水管理系统相对应。这样保证每个售水管理系统能够独立运行。用开户卡为用户进行开户购水，开户卡就是首次购水卡，在第一次购水时需要把用户号信息传递到水表控制器中去。之后的购水水表控制器应该比较用户号是否相同，只有购水卡中的用户号和水表控制器中的相同才能完成购水。

(6)查询卡可以在水表生产或者运行过程中均可以使用，用来查询水表控制器中的数据和工作状态。

(7)退水卡和转移卡在水表运行状态下发生用户需要退水或更换故障表的情况下使用。使用过转移卡的水表不能继续接受购水卡的使用，但能够接受查询卡和清零卡。接受了清零卡后水表将转换成新表状态。

Claims (5)

1.一种智能预付费射频卡水表，包括相连接的基表部分和主控芯片，其特征在于：所述主控芯片通过天线和射频卡读写模块与M1卡连接，并且该主控芯片还分别与LCD显示模块、天线和射频卡读写模块、控制电机及铜球阀模块、计量模块、电源管理模块、预付费控制模块、电池检测模块和电机驱动模块连接。

2.如权利要求1所述的一种智能预付费射频卡水表，其特征在于：其中主控芯片采用STM8L微控制器。

3.如权利要求1所述的一种智能预付费射频卡水表，其特征在于：其中射频卡读写模块采用13.56MHZ的高频读写模块。

4.如权利要求1所述的一种智能预付费射频卡水表，其特征在于：其中控制电机及铜球阀模块包括控制电机，该控制电机的供电端与锂电池连接，该控制电机的输出轴与铜球阀的输入端传动连接，该控制电机的控制端与电机驱动模块连接。

5.如权利要求4所述的一种智能预付费射频卡水表，其特征在于：其中锂电池通过电源管理模块分别与主控芯片、天线和射频卡读写模块、M1卡、LCD显示模块、控制电机及铜球阀模块、计量模块、预付费控制模块、电池检测模块和电机驱动模块的供电端连接。