一种一卡多表的多模式收费射频卡预付费智能水表及计费方法
一种一卡多表的多模式收费射频卡预付费智能水表及计费方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种一卡多表的多模式收费射频卡预付费智能水表及计费方法。
【背景技术】
[0002]由于国家对水资源重要性的认识逐渐增强，合理用水、节约用水已成为公民的广泛共识，单一价格预付费与阶梯收费用水有效结合，崭新的“先付费、后用水、阶梯用水”，简捷、先进、管理成本低的城市供水收费系统迫切需要。该类型水表可以采用单一价格收费模式，也可以采用阶梯收费方式。为实现城市供水阶梯计费与节水管理提供了智能化的水表
τ?: 口广PR ο
[0003]射频IC卡作为一种新的技术，具有无触点、不怕污染、潮湿、操作方便，适应环境能力强等特点。目前市面上射频IC卡水表主要采用低频射频卡，由于卡容量的限制，数据量不能太大，只能实现一卡控一表模式，并且表内计费模式单一。不能适应我国不少旧房改造使用多块水表情况;也不能适应需要使用多种用水计费模式共存的使用情况。
[0004]目前的水表普遍采用电池供电，当电池电量不足或人为拔掉电池后，水表控制阀不能关闭，影响水量的计量。计量产品的数据可靠性至关重要，数据有误时，往往引起经济纠纷。电源模块作为整个电子部分的基础，如果不能保证其可靠性，系统将无法正常工作。
【发明内容】
[0005]本发明为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种一卡多表的多模式收费射频卡预付费智能水表及计费方法，射频卡采用Ml卡，Ml卡Ik字节EEPROM容量大可以设置多个表具对应区域，实现一卡控多表;设计多种计费模式。
[0006]为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案:
[0007]—种一卡多表的多模式收费射频卡预付费智能水表，其特殊之处在于:包括阀门驱动电路、电源管理电路、显示模块、读写卡模块、存储器以及微处理器:
[0008]读写卡模块用于读卡；
[0009]所述微处理器包括配置模块、卡信息采集模块、用水总量计算模块、阀门状态监控模块、电源判断模块、流量采集模块以及阶梯计费模块；
[0010]所述配置模块用于向阶梯计费模块配置报警金额以及收费阶梯；
[0011]所述卡信息采集模块用于从读写卡模块中读写充值金额；
[0012]所述用水总量计算模块用于根据流量传感器发送脉冲信号计算总用量，并发送给阶梯计费模块，同时在间隔规定时间后将实时总用量发送给存储器。
[0013]上述微处理器为MSP430F4152芯片。
[0014]上述时钟模块为芯片PCF8563。
[0015]上述流量传感器为一组流量传感器。
[0016]水表的计费方法，包括以下步骤:
[0017]I)参数配置:向阶梯计费模块配置报警金额以及收费阶梯；
[0018]2)读取卡信息，将存入卡的充值金额，并发送给阶梯计费模块；
[0019]3)检测水管上的阀门状态，同时电源管理电路检测的电池用量:
[0020]若阀门为打开状态，电池用量正常，则保持阀门开状态；
[0021 ]若阀门为打开状态，电池用量小，则控制阀门关，同时发送提醒指示；
[0022]若阀门为关闭状态且电池用量正常，则控制阀门打开；
[0023]若阀门为关闭状态且电池用量小，则保持阀门关闭，并发送提醒指示；
[0024]4)用水量实时计量:
[0025]时钟模块发送时钟信号给阶梯计费模块；
[0026]水流经过流量传感器时，向总量计算模块发送脉冲信号，总量计算模块使得总用量累加，总用量计算模块将实时用水量发送给阶梯计费模块，同时在间隔规定时间后将实时总用量发送给存储器；
[0027]5)阶梯计费模块根据时钟信号、实时用水量，判断计费阶梯，并计算当前用水金额，从充值金额中扣除得到剩余金额；
[0028]将剩余金额与报警金额进行比较:
[0029]若剩余金额大于报警金额，则执行步骤4);
[0030]若剩余金额小于等于报警金额，则执行步骤6);
[0031]6)报警同时关闭阀门。
[0032]本发明的优点是:
[0033]1、本发明采用一卡多表的形式，用户可以使用一张射频卡控制多块水表，针对不少的拥有多块水表的旧用户改造只需使用一张用户卡即可，减轻了对用户的管理难度。
[0034]2、本发明智能水表采用三种计费模式(单一水价、按月阶梯水价收费和按年阶梯水价收费)，可以针对小区管理用户对不同的客户进行多种收费模式。
[0035]3、本发明设计了专用的拔电池关阀电路，可以避免主电池电量不足或人为拔电池造成的阀门无法关闭的情况。
[0036]4、本发明采用数据三次备份技术，最大可能保证智能水表数据的可靠性、一致性。
[0037]5、本发明采用两级电池电压检测方式，实时监控电源状况，并提示用户做相应的处理，更加人性化，给用户使用带来便利。
[0038]6、本发明可主动检测工作环境，发现异常及时处理。具有很好可靠性和安全性。
[0039]7、采用高频射频IC卡，内存空间大，读写速度快。
【附图说明】
[0040]图1智能水表总体结构示意图；
[0041 ]图2本发明的电路原理框图；
[0042]图3拔电池关阀电路图；
[0043]图4射频IC卡读卡电路；
[0044]图5智能水表主程序流程图；
[0045]图6阶梯收费处理程序流程图；
[0046]图7电源电压检测程序流程图。
【具体实施方式】
[0047]如图1、图2所示，一种一卡多表的多模式收费射频卡预付费智能水表，包括阀门驱动电路、电源管理电路、显示模块、读写卡模块、存储器以及微处理器:读写卡模块用于读卡;微处理器包括配置模块、卡信息采集模块、用水总量计算模块、阀门状态监控模块、电源判断模块、流量采集模块以及阶梯计费模块;配置模块用于向阶梯计费模块配置报警金额以及收费阶梯;卡信息采集模块用于从读写卡模块中读写充值金额；用水总量计算模块用于根据流量传感器发送脉冲信号计算总用量，并发送给阶梯计费模块，同时在间隔规定时间后将实时总用量发送给存储器。
[0048]本发明的一卡多表的多模式收费预付费智能水表，包括微控制器、流量传感器、阀门驱动电路、LCD显示、射频IC卡数据读写和电源管理部分组成。其特征在于:系统上电时，首先从存储器中读取水表相关信息(已用水量、剩余水量、表常数等)，如果剩余水量大于零，控制阀门处于打开状态，然后系统进入休眠，降低功耗。微控制器检测流量传感器信号计量用户的用水量，当流经水表的水量达到一定程度时，流量传感器给微控制器发送一个信号，微控制器对表的已用量和剩余量进行处理，暂存起来，每流过Im3水时，把暂存的数据写入外部存储器。当用户剩余金额小于报警金额或零时，通过阀门驱动关闭水表阀门。微控制器也可以通过射频IC卡读写模块进行交换数据，并通过LCD显示模块显示表内数据。
[0049]工作原理:IC卡智能水表的工作流程，在使用时首先需要建立射频IC卡和水表的对应关系，用户必须向售水管理部门购买IC卡(用户卡)，并将水表与IC卡相互识别;在用户购量时需要用户携带IC卡至售水管理部门交费购水，工作人员将购水相关信息写入卡中。用户将卡放在水表读卡位置，水表将读取卡信息，如果校验并确认无误后，将卡中购水信息写入水表中，并根据表内运行状态做出相应的显示或开关阀的动作。
[0050]在用水过程时，带磁铁的指针在水流的冲击下转动，每当水表通过0.1m3水量时，带磁铁指针旋转一周，水表发送一个计量脉冲信号，此时，单片机将输入的有效脉冲计入并计算用水量，并计算用水金额。当用户剩余金额低于设置报警金额时，关闭阀门提示用户购水，用户可以使用IC卡在水表上刷卡，可以重新打开阀门。当用户剩余金额小于等于零时，水表关闭阀门，直到用户购量，并存入表中剩余金额大于零时，开启阀门。
[0051 ]阶 梯收费原理:系统使用专用的时钟芯片PCF8563，为系统提供实时日期及时钟，可在软件中设置每月的I?28日之间的任意一天开通收费。收费原理流程图如图5所示。按月阶梯收费需要首先在软件中设置阶梯水量、阶梯水价，月用水量在小于等于第一阶梯水量时，水价按第一阶梯收取，用水量在第二阶梯时，按第二阶梯水价收费，依次类推，最多可设置三个阶梯水量，四个阶梯水价。若按年阶梯收费即需要设定每年的用水量，用水量小于等于第一阶梯水量时，水价按第一阶梯收取，依次类推。
[0052]智能水表系统主要由微处理器、电动阀门控制、水量计量、时钟电路模块、电源管理、射频IC卡读写模块、液晶显示、报警电路、存储器等功能模块组成。
[0053]电源管理电路:采用3.6V锂电池作为供电电源，为提高智能水表运行的可靠性和安全性，设计中采用电源电压实时监测电路。使用两个XC61C系列电压检测芯片，此芯片是一款高精度，低功耗的电压检测芯片，分别将电源电压与3V和2.8V进行比较。由单片机对比较结果进行查询，当电源电压低于3V高压2.8V时，单片机发出指令，提示用户换电池；当电源电压低于2.8V时，关闭阀门直到用户更换电池后阀门再度打开，程序流程如图6所示。
[0054]拔电池关阀电路:采用较小容量备用电池ER14250，采用二极管降压后，电压小于3.6V，主电池电量充足时，此备用电池不对外放电，当主电池电压降到小于2.8V时，备用电池工作，为系统供电。因为锂电池存在钝化现象，所以使用大功率电阻定期对电池做放电激活处理，保证备用电池不会由于钝化而失效，单片机通过P15端口输出信号，P15为高电平时，三极管Q9导通，备用电池通过电阻R6放电激活。
[0055]数据存储电路:采用存储容量较大的AT24C04作为数据存储器，此存储器数据可擦写I，000，000次，数据可保存100年。在写数据时在存储器三个不同区域进行保存。在读数据时，从存储数据的三个区域读取，三个数据相同作为最终读取数据，如果三个数据不完全相同，以两个相同的数据作为最终读取数据。
[0056]射频IC卡接口电路:本射频IC卡读写电路主要采用MFRC522芯片，该芯片是NXP公司针对“三表”应用推出的一款低电压、低功耗、低成本、体积小的非接触式读写芯片，是智能仪表和手持设备研发的较好选择。单片机通过SPI连接方式与射频IC卡读写电路进行连接射频IC卡接口电路如图4所示。图中JI为射频电路板和主控板的连接件，PI为RST，P2、P7为电源的正负级，P6为芯片选择接口，其它四个脚为SPI接口。C11、C12为滤波电容，X2为芯片晶振，为芯片提供27.12MHz工作频率，用于驱动RC522并且提供给天线13.56MHz的载波信号。芯片TXl、TX2为信号发射端口，L1、L2、C3?ClO组成LC谐振电路。当有射频IC卡进入读卡区域内时，在电磁波的激励下，卡内的LC谐振电路产生共振，当所积累的电荷达到2V时，卡内集成电路工作，水表和IC卡进行数据交换。
[0057]脉冲采集电路:本系统中水表的基表采用符合IS04064B标准的旋翼式冷水水表。该表机械计数机构与电子计数通过磁耦合传动，采用干簧管传感器计量发讯，每流经0.1m3水时产生一个脉冲。为了有效防止各种可能的干扰抖动而产生的多计数现象，本设计中采用双干簧管双脉冲通过由电阻组成的防抖电路输入单片机计数，当两个脉冲输入端口依次有脉冲输入的时候才产生一个有效脉冲计数，两个脉冲端口同时有脉冲输入时判定为磁干扰，不进行脉冲处理。
[0058]阀门控制电路:本发明中利用直流电机带动半球阀正转或反转的方式来控制阀门的开启和关闭。利用MSP430F4152单片机的两个端口控制阀门的正反转动，并利用单片机的三个端口进行判断阀门是否开关到位。当GONG端口输入高电平，如果KAI端口为高电平阀门为开启状态，如果GUAN端口为高电平阀门为关闭状态。
[0059]实时时钟芯片接口电路:本系统对时钟的准确度要求不高，故采用性价比高的PCF8563芯片，这是低功耗的CMOS实时时钟/日历芯片，为了降低功耗，开启时钟芯片定时功能，可以在每月的I?28号中的某天设置中断，比较方便灵活。设定定时周期，如一月为一周期，则PCF8563每计量一个月时间时，它的INT端口输出低电平，提醒单片机做相应的阶梯处理。单片机根据时钟芯片提供的中断信号进行周期结算和历史用量信息保存。
[0060]安全性和可靠性设计:安全性主要体现在对射频卡的选择和管理上，本设计采用Ml卡，具有双重密码进行验证，同时对卡内数据进行加密处理，同时对数据进行自校验，防止数据读写错误。在射频卡管理上，本设计采用卡设置唯一编号和购量次数等验证信息，使水表具有识别伪卡功能;可靠性主要体现在对流量传感器的干扰，如用磁铁对水表进行干扰，水表可以判断出磁干扰，然后采取保护措施。
【主权项】
1.一种多表的多模式收费射频卡预付费智能水表，其特征在于:包括阀门驱动电路、电源管理电路、显示模块、读写卡模块、存储器以及微处理器: 读写卡模块用于读卡； 所述微处理器包括配置模块、卡信息采集模块、用水总量计算模块、阀门状态监控模块、电源判断模块、流量采集模块以及阶梯计费模块； 所述配置模块用于向阶梯计费模块配置报警金额以及收费阶梯； 所述卡信息采集模块用于从读写卡模块中读写充值金额； 所述用水总量计算模块用于根据流量传感器发送脉冲信号计算总用量，并发送给阶梯计费模块，同时在间隔规定时间后将实时总用量发送给存储器。2.根据权利要求1所述的一卡多表的多模式收费射频卡预付费智能水表，其特征在于:所述微处理器为MSP430F4152芯片。3.根据权利要求1或2所述的一卡多表的多模式收费射频卡预付费智能水表，其特征在于:所述时钟模块为芯片PCF8563。4.根据权利要求3所述的一卡多表的多模式收费射频卡预付费智能水表，其特征在于:所述流量传感器为一组流量传感器。5.基于权利要求1所述的水表的计费方法，其特征在于:包括以下步骤: 1)参数配置:向阶梯计费模块配置报警金额以及收费阶梯； 2)读取卡信息，将存入卡的充值金额，并发送给阶梯计费模块； 3)检测水管上的阀门状态，同时电源管理电路检测的电池用量: 若阀门为打开状态，电池用量正常，则保持阀门开状态； 若阀门为打开状态，电池用量小，则控制阀门关，同时发送提醒指示； 若阀门为关闭状态且电池用量正常，则控制阀门打开； 若阀门为关闭状态且电池用量小，则保持阀门关闭，并发送提醒指示； 4)用水量实时计量: 时钟模块发送时钟信号给阶梯计费模块； 水流经过流量传感器时，向总量计算模块发送脉冲信号，总量计算模块使得总用量累加，总用量计算模块将实时用水量发送给阶梯计费模块，同时在间隔规定时间后将实时总用量发送给存储器； 5)阶梯计费模块根据时钟信号、实时用水量，判断计费阶梯，并计算当前用水金额，从充值金额中扣除得到剩余金额； 将剩余金额与报警金额进行比较: 若剩余金额大于报警金额，则执行步骤4); 若剩余金额小于等于报警金额，则执行步骤6); 6)报警同时关闭阀门。
【专利摘要】本发明涉及一种一卡多表的多模式收费射频卡预付费智能水表及计费方法，包括阀门驱动电路、电源管理电路、显示模块、读写卡模块、存储器以及微处理器：读写卡模块用于读卡；微处理器包括配置模块、卡信息采集模块、用水总量计算模块、阀门状态监控模块、电源判断模块、流量采集模块以及阶梯计费模块；配置模块用于向阶梯计费模块配置报警金额以及收费阶梯；卡信息采集模块用于从读写卡模块中读写充值金额；用水总量计算模块用于根据流量传感器发送脉冲信号计算总用量，并发送给阶梯计费模块。本发明采用一卡多表的形式，针对不少的拥有多块水表的旧用户改造只需使用一张用户卡即可，减轻了对用户的管理难度。
【IPC分类】G07F15/06
【公开号】CN105488913
【申请号】CN201510943418
【发明人】黄建明, 张明达, 白伟, 雷晓娟
【申请人】西安航天计量测试研究所
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月16日
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种一卡多表的多模式收费射频卡预付费智能水表及计费方法。
【背景技术】
[0002]由于国家对水资源重要性的认识逐渐增强，合理用水、节约用水已成为公民的广泛共识，单一价格预付费与阶梯收费用水有效结合，崭新的“先付费、后用水、阶梯用水”，简捷、先进、管理成本低的城市供水收费系统迫切需要。该类型水表可以采用单一价格收费模式，也可以采用阶梯收费方式。为实现城市供水阶梯计费与节水管理提供了智能化的水表
τ?: 口广PR ο
[0003]射频IC卡作为一种新的技术，具有无触点、不怕污染、潮湿、操作方便，适应环境能力强等特点。目前市面上射频IC卡水表主要采用低频射频卡，由于卡容量的限制，数据量不能太大，只能实现一卡控一表模式，并且表内计费模式单一。不能适应我国不少旧房改造使用多块水表情况;也不能适应需要使用多种用水计费模式共存的使用情况。
[0004]目前的水表普遍采用电池供电，当电池电量不足或人为拔掉电池后，水表控制阀不能关闭，影响水量的计量。计量产品的数据可靠性至关重要，数据有误时，往往引起经济纠纷。电源模块作为整个电子部分的基础，如果不能保证其可靠性，系统将无法正常工作。
【发明内容】
[0005]本发明为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种一卡多表的多模式收费射频卡预付费智能水表及计费方法，射频卡采用Ml卡，Ml卡Ik字节EEPROM容量大可以设置多个表具对应区域，实现一卡控多表;设计多种计费模式。
[0006]为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案:
[0007]—种一卡多表的多模式收费射频卡预付费智能水表，其特殊之处在于:包括阀门驱动电路、电源管理电路、显示模块、读写卡模块、存储器以及微处理器:
[0008]读写卡模块用于读卡；
[0009]所述微处理器包括配置模块、卡信息采集模块、用水总量计算模块、阀门状态监控模块、电源判断模块、流量采集模块以及阶梯计费模块；
[0010]所述配置模块用于向阶梯计费模块配置报警金额以及收费阶梯；
[0011]所述卡信息采集模块用于从读写卡模块中读写充值金额；
[0012]所述用水总量计算模块用于根据流量传感器发送脉冲信号计算总用量，并发送给阶梯计费模块，同时在间隔规定时间后将实时总用量发送给存储器。
[0013]上述微处理器为MSP430F4152芯片。
[0014]上述时钟模块为芯片PCF8563。
[0015]上述流量传感器为一组流量传感器。
[0016]水表的计费方法，包括以下步骤:
[0017]I)参数配置:向阶梯计费模块配置报警金额以及收费阶梯；
[0018]2)读取卡信息，将存入卡的充值金额，并发送给阶梯计费模块；
[0019]3)检测水管上的阀门状态，同时电源管理电路检测的电池用量:
[0020]若阀门为打开状态，电池用量正常，则保持阀门开状态；
[0021 ]若阀门为打开状态，电池用量小，则控制阀门关，同时发送提醒指示；
[0022]若阀门为关闭状态且电池用量正常，则控制阀门打开；
[0023]若阀门为关闭状态且电池用量小，则保持阀门关闭，并发送提醒指示；
[0024]4)用水量实时计量:
[0025]时钟模块发送时钟信号给阶梯计费模块；
[0026]水流经过流量传感器时，向总量计算模块发送脉冲信号，总量计算模块使得总用量累加，总用量计算模块将实时用水量发送给阶梯计费模块，同时在间隔规定时间后将实时总用量发送给存储器；
[0027]5)阶梯计费模块根据时钟信号、实时用水量，判断计费阶梯，并计算当前用水金额，从充值金额中扣除得到剩余金额；
[0028]将剩余金额与报警金额进行比较:
[0029]若剩余金额大于报警金额，则执行步骤4);
[0030]若剩余金额小于等于报警金额，则执行步骤6);
[0031]6)报警同时关闭阀门。
[0032]本发明的优点是:
[0033]1、本发明采用一卡多表的形式，用户可以使用一张射频卡控制多块水表，针对不少的拥有多块水表的旧用户改造只需使用一张用户卡即可，减轻了对用户的管理难度。
[0034]2、本发明智能水表采用三种计费模式(单一水价、按月阶梯水价收费和按年阶梯水价收费)，可以针对小区管理用户对不同的客户进行多种收费模式。
[0035]3、本发明设计了专用的拔电池关阀电路，可以避免主电池电量不足或人为拔电池造成的阀门无法关闭的情况。
[0036]4、本发明采用数据三次备份技术，最大可能保证智能水表数据的可靠性、一致性。
[0037]5、本发明采用两级电池电压检测方式，实时监控电源状况，并提示用户做相应的处理，更加人性化，给用户使用带来便利。
[0038]6、本发明可主动检测工作环境，发现异常及时处理。具有很好可靠性和安全性。
[0039]7、采用高频射频IC卡，内存空间大，读写速度快。
【附图说明】
[0040]图1智能水表总体结构示意图；
[0041 ]图2本发明的电路原理框图；
[0042]图3拔电池关阀电路图；
[0043]图4射频IC卡读卡电路；
[0044]图5智能水表主程序流程图；
[0045]图6阶梯收费处理程序流程图；
[0046]图7电源电压检测程序流程图。
【具体实施方式】
[0047]如图1、图2所示，一种一卡多表的多模式收费射频卡预付费智能水表，包括阀门驱动电路、电源管理电路、显示模块、读写卡模块、存储器以及微处理器:读写卡模块用于读卡;微处理器包括配置模块、卡信息采集模块、用水总量计算模块、阀门状态监控模块、电源判断模块、流量采集模块以及阶梯计费模块;配置模块用于向阶梯计费模块配置报警金额以及收费阶梯;卡信息采集模块用于从读写卡模块中读写充值金额；用水总量计算模块用于根据流量传感器发送脉冲信号计算总用量，并发送给阶梯计费模块，同时在间隔规定时间后将实时总用量发送给存储器。
[0048]本发明的一卡多表的多模式收费预付费智能水表，包括微控制器、流量传感器、阀门驱动电路、LCD显示、射频IC卡数据读写和电源管理部分组成。其特征在于:系统上电时，首先从存储器中读取水表相关信息(已用水量、剩余水量、表常数等)，如果剩余水量大于零，控制阀门处于打开状态，然后系统进入休眠，降低功耗。微控制器检测流量传感器信号计量用户的用水量，当流经水表的水量达到一定程度时，流量传感器给微控制器发送一个信号，微控制器对表的已用量和剩余量进行处理，暂存起来，每流过Im3水时，把暂存的数据写入外部存储器。当用户剩余金额小于报警金额或零时，通过阀门驱动关闭水表阀门。微控制器也可以通过射频IC卡读写模块进行交换数据，并通过LCD显示模块显示表内数据。
[0049]工作原理:IC卡智能水表的工作流程，在使用时首先需要建立射频IC卡和水表的对应关系，用户必须向售水管理部门购买IC卡(用户卡)，并将水表与IC卡相互识别;在用户购量时需要用户携带IC卡至售水管理部门交费购水，工作人员将购水相关信息写入卡中。用户将卡放在水表读卡位置，水表将读取卡信息，如果校验并确认无误后，将卡中购水信息写入水表中，并根据表内运行状态做出相应的显示或开关阀的动作。
[0050]在用水过程时，带磁铁的指针在水流的冲击下转动，每当水表通过0.1m3水量时，带磁铁指针旋转一周，水表发送一个计量脉冲信号，此时，单片机将输入的有效脉冲计入并计算用水量，并计算用水金额。当用户剩余金额低于设置报警金额时，关闭阀门提示用户购水，用户可以使用IC卡在水表上刷卡，可以重新打开阀门。当用户剩余金额小于等于零时，水表关闭阀门，直到用户购量，并存入表中剩余金额大于零时，开启阀门。
[0051 ]阶 梯收费原理:系统使用专用的时钟芯片PCF8563，为系统提供实时日期及时钟，可在软件中设置每月的I?28日之间的任意一天开通收费。收费原理流程图如图5所示。按月阶梯收费需要首先在软件中设置阶梯水量、阶梯水价，月用水量在小于等于第一阶梯水量时，水价按第一阶梯收取，用水量在第二阶梯时，按第二阶梯水价收费，依次类推，最多可设置三个阶梯水量，四个阶梯水价。若按年阶梯收费即需要设定每年的用水量，用水量小于等于第一阶梯水量时，水价按第一阶梯收取，依次类推。
[0052]智能水表系统主要由微处理器、电动阀门控制、水量计量、时钟电路模块、电源管理、射频IC卡读写模块、液晶显示、报警电路、存储器等功能模块组成。
[0053]电源管理电路:采用3.6V锂电池作为供电电源，为提高智能水表运行的可靠性和安全性，设计中采用电源电压实时监测电路。使用两个XC61C系列电压检测芯片，此芯片是一款高精度，低功耗的电压检测芯片，分别将电源电压与3V和2.8V进行比较。由单片机对比较结果进行查询，当电源电压低于3V高压2.8V时，单片机发出指令，提示用户换电池；当电源电压低于2.8V时，关闭阀门直到用户更换电池后阀门再度打开，程序流程如图6所示。
[0054]拔电池关阀电路:采用较小容量备用电池ER14250，采用二极管降压后，电压小于3.6V，主电池电量充足时，此备用电池不对外放电，当主电池电压降到小于2.8V时，备用电池工作，为系统供电。因为锂电池存在钝化现象，所以使用大功率电阻定期对电池做放电激活处理，保证备用电池不会由于钝化而失效，单片机通过P15端口输出信号，P15为高电平时，三极管Q9导通，备用电池通过电阻R6放电激活。
[0055]数据存储电路:采用存储容量较大的AT24C04作为数据存储器，此存储器数据可擦写I，000，000次，数据可保存100年。在写数据时在存储器三个不同区域进行保存。在读数据时，从存储数据的三个区域读取，三个数据相同作为最终读取数据，如果三个数据不完全相同，以两个相同的数据作为最终读取数据。
[0056]射频IC卡接口电路:本射频IC卡读写电路主要采用MFRC522芯片，该芯片是NXP公司针对“三表”应用推出的一款低电压、低功耗、低成本、体积小的非接触式读写芯片，是智能仪表和手持设备研发的较好选择。单片机通过SPI连接方式与射频IC卡读写电路进行连接射频IC卡接口电路如图4所示。图中JI为射频电路板和主控板的连接件，PI为RST，P2、P7为电源的正负级，P6为芯片选择接口，其它四个脚为SPI接口。C11、C12为滤波电容，X2为芯片晶振，为芯片提供27.12MHz工作频率，用于驱动RC522并且提供给天线13.56MHz的载波信号。芯片TXl、TX2为信号发射端口，L1、L2、C3?ClO组成LC谐振电路。当有射频IC卡进入读卡区域内时，在电磁波的激励下，卡内的LC谐振电路产生共振，当所积累的电荷达到2V时，卡内集成电路工作，水表和IC卡进行数据交换。
[0057]脉冲采集电路:本系统中水表的基表采用符合IS04064B标准的旋翼式冷水水表。该表机械计数机构与电子计数通过磁耦合传动，采用干簧管传感器计量发讯，每流经0.1m3水时产生一个脉冲。为了有效防止各种可能的干扰抖动而产生的多计数现象，本设计中采用双干簧管双脉冲通过由电阻组成的防抖电路输入单片机计数，当两个脉冲输入端口依次有脉冲输入的时候才产生一个有效脉冲计数，两个脉冲端口同时有脉冲输入时判定为磁干扰，不进行脉冲处理。
[0058]阀门控制电路:本发明中利用直流电机带动半球阀正转或反转的方式来控制阀门的开启和关闭。利用MSP430F4152单片机的两个端口控制阀门的正反转动，并利用单片机的三个端口进行判断阀门是否开关到位。当GONG端口输入高电平，如果KAI端口为高电平阀门为开启状态，如果GUAN端口为高电平阀门为关闭状态。
[0059]实时时钟芯片接口电路:本系统对时钟的准确度要求不高，故采用性价比高的PCF8563芯片，这是低功耗的CMOS实时时钟/日历芯片，为了降低功耗，开启时钟芯片定时功能，可以在每月的I?28号中的某天设置中断，比较方便灵活。设定定时周期，如一月为一周期，则PCF8563每计量一个月时间时，它的INT端口输出低电平，提醒单片机做相应的阶梯处理。单片机根据时钟芯片提供的中断信号进行周期结算和历史用量信息保存。
[0060]安全性和可靠性设计:安全性主要体现在对射频卡的选择和管理上，本设计采用Ml卡，具有双重密码进行验证，同时对卡内数据进行加密处理，同时对数据进行自校验，防止数据读写错误。在射频卡管理上，本设计采用卡设置唯一编号和购量次数等验证信息，使水表具有识别伪卡功能;可靠性主要体现在对流量传感器的干扰，如用磁铁对水表进行干扰，水表可以判断出磁干扰，然后采取保护措施。
【主权项】
1.一种多表的多模式收费射频卡预付费智能水表，其特征在于:包括阀门驱动电路、电源管理电路、显示模块、读写卡模块、存储器以及微处理器: 读写卡模块用于读卡； 所述微处理器包括配置模块、卡信息采集模块、用水总量计算模块、阀门状态监控模块、电源判断模块、流量采集模块以及阶梯计费模块； 所述配置模块用于向阶梯计费模块配置报警金额以及收费阶梯； 所述卡信息采集模块用于从读写卡模块中读写充值金额； 所述用水总量计算模块用于根据流量传感器发送脉冲信号计算总用量，并发送给阶梯计费模块，同时在间隔规定时间后将实时总用量发送给存储器。2.根据权利要求1所述的一卡多表的多模式收费射频卡预付费智能水表，其特征在于:所述微处理器为MSP430F4152芯片。3.根据权利要求1或2所述的一卡多表的多模式收费射频卡预付费智能水表，其特征在于:所述时钟模块为芯片PCF8563。4.根据权利要求3所述的一卡多表的多模式收费射频卡预付费智能水表，其特征在于:所述流量传感器为一组流量传感器。5.基于权利要求1所述的水表的计费方法，其特征在于:包括以下步骤: 1)参数配置:向阶梯计费模块配置报警金额以及收费阶梯； 2)读取卡信息，将存入卡的充值金额，并发送给阶梯计费模块； 3)检测水管上的阀门状态，同时电源管理电路检测的电池用量: 若阀门为打开状态，电池用量正常，则保持阀门开状态； 若阀门为打开状态，电池用量小，则控制阀门关，同时发送提醒指示； 若阀门为关闭状态且电池用量正常，则控制阀门打开； 若阀门为关闭状态且电池用量小，则保持阀门关闭，并发送提醒指示； 4)用水量实时计量: 时钟模块发送时钟信号给阶梯计费模块； 水流经过流量传感器时，向总量计算模块发送脉冲信号，总量计算模块使得总用量累加，总用量计算模块将实时用水量发送给阶梯计费模块，同时在间隔规定时间后将实时总用量发送给存储器； 5)阶梯计费模块根据时钟信号、实时用水量，判断计费阶梯，并计算当前用水金额，从充值金额中扣除得到剩余金额； 将剩余金额与报警金额进行比较: 若剩余金额大于报警金额，则执行步骤4); 若剩余金额小于等于报警金额，则执行步骤6); 6)报警同时关闭阀门。
【专利摘要】本发明涉及一种一卡多表的多模式收费射频卡预付费智能水表及计费方法，包括阀门驱动电路、电源管理电路、显示模块、读写卡模块、存储器以及微处理器：读写卡模块用于读卡；微处理器包括配置模块、卡信息采集模块、用水总量计算模块、阀门状态监控模块、电源判断模块、流量采集模块以及阶梯计费模块；配置模块用于向阶梯计费模块配置报警金额以及收费阶梯；卡信息采集模块用于从读写卡模块中读写充值金额；用水总量计算模块用于根据流量传感器发送脉冲信号计算总用量，并发送给阶梯计费模块。本发明采用一卡多表的形式，针对不少的拥有多块水表的旧用户改造只需使用一张用户卡即可，减轻了对用户的管理难度。
【IPC分类】G07F15/06
【公开号】CN105488913
【申请号】CN201510943418
【发明人】黄建明, 张明达, 白伟, 雷晓娟
【申请人】西安航天计量测试研究所
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月16日
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