1、引言

長期以來，自來水用戶的用水量管理依靠人工抄表，然后由收費員到各家收費或各用戶去銀行交費。這種傳統的收取水費的做法需要的工作人員多，費時、費力、效率低，常常出現用戶欠費、遲繳或漏繳水費等問題。

采用IC卡智能水表后，可以改變自來水收費及管理的現狀，達到下列管理目標：

1） 智能水表代替傳統水表，用IC卡實現預付費，實現“先付費后用水”、持卡結算的理想管理模式，從根本上杜絕欠繳、遲繳、漏繳水費的現象，使自來水公司應收費用及時到位。

2） 建立自來水公司計算機信息管理網絡系統，實現對自來水供應、自來水用戶及自來水公司員工的科學化管理；建立完善的財務核算管理，使自來水公司的日常工作和管理流程化、自動化、科學化，提高自來水公司的服務質量和競爭力。

3） 減輕工作人員的勞動強度，消滅（減少）現金交易，減少人為差錯和杜絕貪污案件的發生。

4） 提供方便的統計查詢功能，便于全面、及時地了解情況，為決策提供依據。IC卡水表系統是由IC卡水表、通用IC卡及計算機收費管理網絡組成，起核心是IC卡水表。

2、硬件設計

IC卡計費水表主要由閥門、流量傳感器、微處理器、IC卡讀/寫器、顯示器及電源等組成，其硬件結構如圖1所示。

圖1IC卡智能水表原理框圖

1） 微處理器

為降低整個水表的功耗，微處理器選用Microchip公司的低功耗芯片PIC16F84。該芯片工作于休閑狀態時，耗電量僅為級。另外，采用FLASH的串行存儲芯片93C46作為數據存儲器。93C46是一個串行的EEPROM，占用體積小，功耗低，且操作簡單，主要用來存放 IC卡識別字、發行密碼及用水計量等數據，以作為水表識別與計計量的依據。

2） 閥門

對水表而言，閥門是被控對象，控制著進水的開/關狀態。目前可控的閥門主要是電磁閥，但常規的電磁閥是靠電的通/斷來控制閥門的開/關的，即要讓閥門一直開著，就必須一直通電，因此耗電較大，不符合本水表低功耗的要求。因此，必須對現有的電平開關式電磁閥進行改進，采用雙穩態電磁閥，即閥門開/關由電脈沖來實現。使得對閥門開/關只需瞬時供電從而減少耗電量。

3） 流量傳感器

流量傳感器是水表中的傳感器部分，是實現正確計量的基礎。考慮到現有的模擬式水表中，旋翼式水表結構簡單，測量范圍寬，靈敏度高，外形尺寸小，精確度已被廣大用戶所接受；因此本水表的流量傳感器還是基于模擬水表的旋翼式結構，而通過在葉輪上安裝磁鋼與微型干簧管等機構，將葉輪的旋轉轉換成電信號，以實現頻率脈沖計數，進而實現水流量的計量。其耗電小，并保持了原有的結構簡單、精確度高的優點。

4） IC卡讀/寫器

IC卡讀/寫器是IC卡水表的輸入接口。當IC卡插入讀/寫器時，首先讀入的是卡中的密碼，以判斷此IC卡的合法性；水表在判斷了卡的合法性后，讀入所購水量并和水表內剩余水量累加，同時將卡上購水量單元清零；回寫水表上用水量、剩余水量等信息，以便下次購水時自來水公司讀取，實現水表信息的回饋功能。

5） 顯示器

液晶顯示器作為水表的輸出接口，顯示剩余水量、電池狀態及開關狀態等信息。它們的有效工作時間都比較短。用戶看完后，沒有必要讓它一直顯示；為此，可利用水表上的防水蓋提供信號。即當蓋子打開時，使它們進入工作狀態；而當蓋子蓋上時，是它們停止工作，從而達到節電的目的。

6） 供電電源

本水表采用交/直兩用電源。平時水表由交流電通過表內的小型變壓器輸出供電，而備用電池處于充電狀態。一旦停電，水表就由內部備用電池供電。

下圖給出了智能水表主系統的原理圖：

圖二 系統原理圖

3、軟件設計

PIC16F84是Microchip公司的產品，具有低電壓、低功耗、高速度、指令少、可反復擦寫等優點，但是采用匯編語言的可移植性較差，故本系統采用可移植性較好的C語言編程。

IC卡智能水表軟件設計的關鍵是看門狗的初始化、進入睡眠及其喚醒等處理部分。從功能來看，有這樣一些模塊：IC卡接口模塊（包括IC卡有效性判斷及讀/寫IC卡）、閥門控制模塊、流量脈沖、用水量處理模塊及顯示模塊等。其框架如圖三。

圖三 流程框圖

4、結束語

此模塊硬件電路采用模塊化的設計方法，可根據實際需要擴展系統的控制功能，目前該模塊在實驗室試驗性能良好，有待于進一步應用于市場開發。

參考文獻：

【1】沈紅衛 單片機應用系統設計實例與分析 北京航空航天大學出版社

【2】張根源 IC卡計費水表的設計[J] 現代科學儀器 2000（6）