CN2519246Y

CN2519246Y - Tm卡智能复费率预付费水表

Info

Publication number: CN2519246Y
Application number: CN 02223269
Authority: CN
Inventors: 宋其新; 肖建如; 左立标
Original assignee: CHAOFAN COMPUTER SYSTEM Co Ltd CHANGSHA
Current assignee: CHAOFAN COMPUTER SYSTEM Co Ltd CHANGSHA
Priority date: 2002-01-15
Filing date: 2002-01-15
Publication date: 2002-10-30
Anticipated expiration: 2012-01-15

Abstract

一种TM卡智能复费率预付费水表,以TM卡作为传递数据与信息的介质,以单片计算机为核心,基表内信号采集器输出信号连接至单片计算机计数,TM卡通过TM卡接口电路与单片计算机进行数据通讯,并由液晶显示电路显示、数据存贮电路存贮,单片计算机可读取实时钟电路的时间数据,进行复费率计费,单片计算机还分别连接控制先导阀门驱动电路、先导阀门、先导阀门限位电路及电池欠压检测电路。本实用新型设计合理、技术先进、功能齐全、性能优良、应用广泛。

Description

TM卡智能复费率预付费水表

技术领域

本实用新型涉及一种水表，具体是指一种TM卡智能复费率预付费水表。

背景技术

目前我国的供水部门都采用先供水，后由供水部门定期逐户抄表和收费的管理方式。这样做不但手续繁锁麻烦，需要投入大量人力，而且水费的收缴滞后干供水的投入，并且还经常发生拖欠水费的现象。更主要是由于用后付费，用户很难有一种浪费水即浪费资源浪费金钱的强化意识。而我国水资源缺乏，在北方尤甚，不少城市都有用水缺乏的现象，节约用水，乃至限制用水以保护水资源成为缺水城市的当务之急。随着市场经济改革的深入发展，供水部门越来越迫切需要改革收费管理现状，实行先缴费后用水的管理方式，以加快资金回笼，也为强化人们的节水意识。在水资源缺乏的地方，尤其迫切需要实行预付费管理方式，以保护资源。

发明内容：

本实用新型所要解决的技术问题是，改变现有先供水、后收费、逐户抄表计费的落后管理方式，而提供一种先缴费后定量用水、不同时段、不同季节按不同的费率计费、管理科学、智能化程度高、功能齐全、工作稳定可靠、有效节约用水、保护水资源的TM卡智能复费率预付费水表。

本实用新型采用的技术方案是：这种TM卡智能复费率预付费水表包括有基表、信号采集器、单片计算机、TM卡、TM卡接口电路、电池欠压检测电路、先导阀门限位电路、液晶显示电路、数据存贮器、实时钟电路、先导阀门驱动电路、光导阀门；以TM卡作为传递数据与信息的介质，以单片计算机为核心，在基表内安装信号采集器，信号采集器输出的闭合脉冲信号连接至单片计算机接收，进行数据处理及防磁关阀，用户购水量写入高可靠性高保密性的TM卡内，TM卡碰触卡座后，TM卡通过TM卡接口电路与单片计算机相连接，进行数据通讯，单片计算机对TM卡的密码和识别码进行检验，确认正确后，将TM卡数据接收到单片计算机内存，并连接至液晶显示电路显示，单片计算机控制先导阀门驱动电路驱动先导阀门供水，先导阀门的全开全闭触动先导阀门限位电路的限位开关，限位开关的闭合信号输入单片计算机，单片计算机停止输出驱动信号，电机停转，开或关阀到位，专用复费率设置TM卡将时段和费率输入单片计算机内存，单片计算机接收基表内信号采集器的信号并读取实时钟电路的时间数据，定时发出中断信号唤醒计算机定期操作，E²PROM数据存贮电路由单片计算机连接控制进行数据存贮，电池欠压检测电路检测锂电池供电电压，欠压输出低电平给单片计算机，转存数据，关闭先导阀门，并在液晶显示电路显示有关提示。

本实用新型由于采用高可靠性高保密性的TM卡作为传递数据与信息的介质，而TM卡是一种单总线的大规模集成电路元件，封装在钮扣型的不锈钢外壳中，元件只有两个电极即负极和单数据电极，TM卡有一个由生产厂编入的唯一的48位的编号，有64位的密码，1152位的内存分为3个区块，每一个区块又都有各自的64位密码与64位识别码，因此TM卡具有IC卡无法比拟的可靠性、保密性、防攻击性。正是由于本实用新型TM卡智能水表选用了加密TM卡，使数据安全性、保密性能大为提高，完全可以杜绝伪造TM卡数据的可能性，又由于TM卡只有二个电极，因此可以将TM卡的卡座与本实用新型TM卡智能水表的机壳在注塑时形成一个整体，使机壳可以做到完全的隔水密封，保证了控制电路不会因在潮湿环境及有水流冲涮时漏水而影响正常工作。这是TM卡比IC卡的又一个优越的地方。因为IC卡至少有5个以上的电极，机壳必须留出插卡口，因而难于使机壳做到完全密封状态，特别是当用户没能把卡口关闭及时，在水流冲涮时，很容易进水而影响正常操作。本实用新型还由实时钟系统统计分时用水，单片计算机按不同时段计算水费，实现复费率用水管理。因此，本实用新型彻底改变了传统的机械计数表人工抄表逐户收费的原始落后状态，节约了大量人力物力，防止了拖欠费现象和误差作弊漏洞，实现了预收费管理，并可按不同时段、不同季节费率计费，有利于增强全民节水意识，管理科学、技术先进、智能化程度高、功能齐全、工作稳定可靠，为我国供水部门和广大人民群众提供了一种性能优良的新一代计量水表。

附图说明：

图1为本实用新型结构原理框图。

图2为本实用新型实施电原理图。

具体实施方式：

参见图1的结构原理框图，图中1为旋翼式水表(以下简称为基表)；2为信号采集器；3为单片计算机电路；4为TM卡；5TM卡接口电路；6电池欠压检测电路；7先导阀门限位电路；8为液晶显示电路；9为数据存贮电路；10为实时钟电路；11为先导阀门驱动电路；12为先导阀门。

具体工作原理如下：

在基表1的0.01m³计量齿轮边沿处安装有一小块永久的磁铁，磁铁随齿轮一起转动。在该齿轮周围的附近安装两只同型号的小型常开干簧管，作为信号采集器2，其中一只干簧管安装得紧靠齿轮的边沿作为用水量的采集干簧管，另一只干簧管为防磁干簧管。它离齿轮稍远，但尽可能靠近采样干簧管，它与齿轮的距离视永久磁铁在转到离该干簧管最近距离时不会磁化而闭合而定。这样每当用去0.1m³的水时，永久磁铁就会转一周，磁铁就会转近采样干簧管一次，使采样干簧管吸合一次，而防磁干簧管不受影响。这样采样干簧管每吸合一次的当量为0.01m³的用水量。而当有人试图外加磁铁来干扰采样干簧管的正常工作时，紧挨采样干簧管的防磁干簧管也会同时受磁化而闭合。这两个干簧管的闭合、释放状态都输入到单片计算机3。单片计算机3每接收到采样干簧管的一次闭合信号时，就进行一次数据处理，而单片计算机3一旦接收到防磁干簧管的闭合信号后，就控制先导阀门关闭，防止窃水。

本实用新型的主要特点之一就是以TM卡4作为传递数据与信息的介质。TM卡是一种单总线的大规模集成电路元件，封装在钮扣型的不锈钢外壳中，元件只有两个电极即负极和单数据电极。TM卡有一个由生产厂编入的唯一的48位的编号；有64位的密码(Password)；1152位的内存为分3个区块，每一个区块又都有各自的64位密码与64位识别码，只有正确输入64位的密码和64位的识别码后才能改写内存的数据，加上48位的唯一编号，因此TM卡具有IC卡无法比拟的高度保密性。TM卡通过与它外形匹配的卡座及相关元件组成的TM卡接口电路5与单片计算机3相连接，进行数据通讯。当用户从供水部门购买了写有购水量的TM卡后，将TM卡碰触卡座后，单片机先检验密码和相应的64位的内存区块的识别码，正确后，才能将购水量等数据接收到单片机内存，并将TM卡的购水数据擦除，并在显示器8显示。如果用户在尚未用完所购水量时，又将新购的TM卡上的购水数据输入时，计算机会自动将剩余水量与新购水量累加，并在显示器8显示。用户即可取走TM卡。单片机即可控制先导阀门驱动电路11驱动先导阀门12开阀开始供水。如果TM卡为非法卡等伪卡，则单片机的密码检验不正确，则不进行读写卡的操作，并在显示器8显示“错卡”等信息。当用户将购水量用到少于一个预定值时，单片机将在显示器8上显示“请购水”等信息，并控制阀门关闭。以此作为提醒用户购卡的手段。此时用户只要将已用过的TM卡再次碰触卡座，阀门将会自动打开，继续供水，直至用户将所购水量用完，计算机将控制先导阀门关闭。用户必须再次购水，即将用过的TM卡拿到供水部门重新充值，并将已重新充值的TM卡放入卡座中，单片机在检验密码无误后，将接收TM卡上的购水数据，并擦除TM卡上的购水量数据，在显示器8上显示所购水量。如果尚有剩余水量时，显示的则是新购水量与剩余水量之和。

当需要进行复费率收费时，可由一只专用的复费率设置TM卡将复费率的时段和相应费率输入单片计算机的内存，这样每当单片计算机3接收到一次采样干簧管的闭合信号后，就会读取实时时钟电路10的时间数据，分析该采样信号属于那个时段，然后再根据所设定的时间周期，定时发出中断信号给单片计算机3，唤醒单片计算机3进行一些需要定期进行的操作。

先导阀门12在单片计算机的控制下进行操作，当需要开阀时，计算机输出一个驱动信号给先导阀门驱动电路11，驱动电路11将使先导阀门12中的电机通电而转动，驱动电路是单向的因此电机的转动也是单向的，电机带动磁钢，磁钢驱动阀芯运动，当阀门转到全开位置时，阀门限位触点将撞到阀门限位电路12中的开阀限位开关，使限位开关闭合，限位开关的闭合信号将输入到单片计算机3，单片计算机3停止输出驱动信号，从而使驱动电路11关闭，电机停转。当需要关闭阀时，工作过程与开阀时一样，不同的只是阀门限位触点撞到的将是阀门限位电路12中的关阀限位开关。

本实用新型尽管是用锂电池供电，但仍设置了E²PROM数据存贮电路9，9主要由I²C总线串行E²PROM集成电路组成，由单片机3控制进行数据的存贮。当更换电池或出现任何欠压信号时将把单片机内存中需要保存的数据转存到9中，换完电池或电压正常后，再将9中的数据取回。9中也可存放一些不是很频繁使用的数据供单片机需要时存取。

由于是锂电池供电，本实用新型还设置了电池欠压检测电路6，该电路是一种固定检测电压的集成电路，当电池电压高于6的检测电压时，6输出高电平给单片机3；当电池电压低于6的检测电压时，6输出低电平给单片机3。此时单片机3再将进行必要的数据处理，然后把必须保存的数据存入数据存贮电路9保存，关闭先导阀门，并在显示电路8显示“换电池”后，暂停工作，直至重新更换电池。

本实用型的液晶显示电路8是根据需要定制的液晶显示器，8在单片计算机控制下显示本实作新型所需的各种数据和信息。

参见图2所示的电原理图

信号采集电路2由常开型干簧管G₁、G₂、R₉、R₁₀组成，其中G₁为水量采样干簧管，G₂为防磁干簧管，R₉、R₁₀为上拉电阻，G₁、G₂分别连接到单片机U₁的I/O口，如RB₅、RB₄上。当基表1上的永久磁铁转近G₁时，G₁闭合，U₁的RB₅口，由高电平变为低电平，U₁接收到这个由高到低的电平信号后，即产生一个电平中断信号，U₁即可由休眠状态唤醒进行数据处理。当基表1上的永久磁铁转离G₁时，G₁又恢复为常开状态，U₁上的RB₅口又由低电平恢复为高电平输入。此时防磁干簧管G₂应不受影响。当有足够强的外加磁场作用时，G₁、G₂都将闭合，U₁上的RB₅、RB₄口又将变为低电平，此时U₁将把B4口上输入信号视为防磁信号，控制先导阀门关闭停止供水，并在液晶显示电路8上显示“违章”等信息。当外加磁场消失后，G₁、G₂又变为断开状态，RB₄、RB₅恢复为高电平，此时U₁又可控制先导阀门开阀，重新供水。但这种防磁信号在一定的时间周期内(如一个月)，只允许出现三次，超过三次阀门关闭后将不再自动打开，而必须等供水管理部门派人处理。这样就可防止有人试图用磁铁干扰本实用新型TM卡智能水表的正常工作而窃水。

单片计算机电路3由单片计算机U₁(如PIC16C622A型单片机)和晶振OC₁组成，OC₁为U₁提供时钟源，U₁已是一个完整的计算机，它有13个I/O口，即“RA₀～RA₄”，“RB₀～RB₇”，一个上电复位口“MCLR”，两个晶振接口。“OSC₁”、“OSC₂”及正负电源端“V_DD”“V_SS”。U₁为本实用新型的主控制器，它通过13个I/O口控制本实用新型TM卡智能水表的切操作。

TM卡接口电路5由卡座J₁，上拉电阻R₂组成，卡座J₁的数据线连接到U₁的RA₄和RB₀口，当TM卡4碰触卡座J₁时，将在RB₀上产生一个负脉冲，RB₀是U₁的一个外部中断口，U₁接收到这个负跳变脉冲时，即知道有TM卡输入，即可启动TM卡读写程序通过RA₄口对TM卡进行密码检验及数据读写了。

电池欠压检测电路6由固定电压检测集成电路U₄组成，U₄的电源端“V_CC”和“GND”分别接至电池的正、负极。U₄的输出端“out”接至U₁的一个电平中断口(如RB₆)，当电池电压高于U₄的域值电压时，U₄输出高电平；当电池电压低于U₄的域值电压时，U₄输出低电平。U₁接收到U₄的低电平信号时，即认为电池已经欠压，即可进行关阀显示“换电池”及转存数据到数据存贮电路9等操作。直至更换电池。

先导阀门限位电路7是由限位开关K₁、K₂及电阻R₃、R₄、R₅组成，其中K₁为开阀限位开关，K₂为关阀限位开关，R₃、R₅为上拉电阻，R₄为隔离电阻，K₁连接到U₁的一个I/O口，如RB₁，K₂连接到U₁的另一I/O口如RB₂，由于RB₁口同时作液晶显示器的时钟信号“CLK”的输出口，因此需要R₄作为隔离电阻。这种一个I/O口同时作为多种用途以节约成本也是本实用新型TM卡智能水表的一个特色。当先导阀门12开阀转动时，限位触点撞到K₁时，K₁闭合，此时U₁的RB₁口将接收到一个低电平，U₁接收低电平时将停止阀门驱动电路11工作，使先导阀门12的电机失电停转。同理当先导阀门关开转动时，限位触点撞到K₂，K₂闭合，U₁的RB₂口将接收到一个低电平，从而停止阀门驱动电路11的工作，使先导阀门停转。这样U₁通过判断K₁、K₂的组合通、断状态，就可知道先导阀门的开、关状态了。

液晶显示电路8，由液晶显示模块LCD组成，LCD可以显示本实用新型TM卡智能水表所需显示的各种信息与数据。LCD模块是根据需要定制的，它有5个接线端，其中“V_DD”(4端)，“V_SS”(2端)分别接至电池的正负极，它的数据端“DI”(1端)是与数据存贮电路U₂、实时钟电路U₃共用而接至U₁的RA₃口，时钟端“CLK”(3端)是与开阀限位信号K₁共用U₁的RB₁口，片选信号“CS”(5端)是连接到U₁的RA₀口，LCD在单片机U₁的控制下工作。当需要显示数据及信息时，U₁的RA₀口输出低电平，此时选中LCD，使LCD处于可工作状态，此时即可由U₁的RB₁口输出串行时钟信号“CLK”，由U₁的RA₃口输出串行数据“DI”在“CLK”与“DI”按一定的串行指令、数据顺序组合时，LCD就可接收到需要显示的数据。当数据传送结束后，U₁的RA₀变为显示刚接收到的信息的显示状态。

数据存贮电路9由U₂、R₁组成，R₁为上拉电阻，U₂是I²C总线串行E²PROM集成电路，它的地址输入端A₀、A₁、A₀都接负极，使U₂的地址为000。U₂的串行时钟“CLK”端接至U₁的一个I/O口如RA₂，U₂的串行数据“SDA”端与LCD、U₃的串行数据端共用，一起连接至U₁的一个I/O口如RA₃。由于U₂、U₃都是I²C总线结构，都有自己的地址及指令序列及不同的“CLK”控制端，而LCD有自己的片选信号“CS”控制端，LCD没有选中时，它的“DI”端是关闭的高阻状态，因此把U₂、U₃、LCD的数据线连接在一起时不会互相干扰。这样就可以减少U₁的I/O口而节省了成本。多个信号线的共用也是本实用新型TM卡智能水表的一个特色。U₂在单片机U₁的控制下进行数行数据的存取。

为了有准确的年、片、日、时、分、秒、星期数值，并有很高的走时精度。当本实用型TM卡智能水表需要设置准确的实时钟初始值时，可将一个已编程为时钟设置卡的TM卡碰触时钟写卡器上的卡座中，时钟写卡器将把准确的时钟参数写入TM卡中，然后立即将此TM卡碰触本实用新型的TM卡座中，U₁将由此TM卡读入的时钟参数写到实时钟电路U₃中，用这种办法设置时间参数，可以省去一般设置时钟初始值时所需的两个按钮，并使操作简便易行，安全可靠。

先导阀门驱动电路11由三极管T₁、电阻R₆及二极管D₁组成，由U₁的一个I/O口如RB₃控制，当需要先导阀门工作时，由U₁的RB₃输出高电平，通过T₁的偏流电阻R₆给T₁的基极提供一定的偏置电流，使三极管T₁饱和导通，电动机M₁得电转动，通过电机转动驱动磁钢，磁钢驱动阀芯运动来开启或关闭阀门。阀门运转到位时，阀门上的限位触点碰到限位开关K₁或K₂，U₁接收到K₁或K₂的闭合信号后，使RB₃输出变为低电平，T₁变为反向偏置而截止，M₁失电停转。D₁作为电机停电时的续流二极管，以免电机的电枢电感线圈断电时产生的反电动势击穿三极管T₁。

先导阀门12由电机及电磁式机械阀门组成，通过电机、减速齿轮、磁钢、先导阀芯组成，这种阀门的动作是通过介质压差、磁力的牵引、弹簧的复位来完成，先导阀门还装配有机械触点，当阀门开关到位时，使触点撞到阀门限位电路7中的限位开关K₁或K₂，使电机立即停转。

集成电路型号：

U1：PIC16C622A，U2：W20C01，U3：PTF8563，U4：HT7030A，LCD：SMS0538。

Claims

1、一种TM卡智能复费率预付费水表，其特征在于包括有基表、信号采集器、单片计算机、TM卡、TM卡接口电路、电池欠压检测电路、先导阀门限位电路、液晶显示电路、数据存贮器、实时钟电路、先导阀门驱动电路、光导阀门；以TM卡作为传递数据与信息的介质，以单片计算机为核心，在基表内安装信号采集器，信号采集器输出的闭合脉冲信号连接至单片计算机接收，进行数据处理及防磁关阀，用户购水量写入高可靠性高保密性的TM卡内，TM卡碰触卡座后，TM卡通过TM卡接口电路与单片计算机相连接，进行数据通讯，单片计算机对TM卡的密码和识别码进行检验，确认正确后，将TM卡数据接收到单片计算机内存，并连接至液晶显示电路显示，单片计算机控制先导阀门驱动电路驱动先导阀门供水，先导阀门的全开或全闭触动先导阀门限位电路的限位开关，限位开关的闭合信号输入单片计算机，单片计算机停止输出驱动信号，电机停转，开或关阀到位，专用复费率设置TM卡将时段和费率输入单片计算机内存，单片计算机接收基表内信号采集器信号并读取实时钟电路的时间数据，定时发出中断信号唤醒计算机定期操作，E²PROM数据存贮电路由单片计算机连接控制进行数据存贮，电池欠压检测电路检测锂电池供电电压，欠压输出低电平给单片计算机，转存数据，关闭先导阀门，并在液晶显示电路显示有关提示，

2、根据权利要求1所述的TM卡智能复费率预付费水表，其特征在于单片计算机的一个I/O口同时连接先导阀门限位电路的限位开关和液晶显示电路的时钟信号“CLK”端。

3、根据权利要求1所述的TM卡智能复费率预付费水表，其特征在于数据存贮电路的串行数据“SDA”端与液晶显示电路、实时钟电路的串行数据端共用，一起连接至单片计算机的一个I/O口。