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智能IC卡水表及基本结构原理
目前市场电机球阀的开关时间从：8秒至14秒有几种，其中对8秒左右结构的电机球阀和14秒左右的电机球阀进行过试验。试验的环境为1.0MPa，供电方式是电池直接供给。试验用的是新电池。试验的结果：
14秒电机球阀在1.0MPa的动态环境关阀比较正常，没再次出现关阀失误现象。
根据两种试验的结果，我们大家可以看出，扭矩对球阀是很重要的。我们假设：电机是相同的参数，那么如果8秒时间的比速是1，则14秒时间的比速则是1.75。所以，电机球阀的关键是减速机构的比速大小问题，但是前面说的几个工艺问题也是很重要的。
3） 减轻工作人员的劳动强度，消灭（减少）现金交易，减少人为差错和杜绝贪污案件的发生。
4） 提供方便的统计查询功能，便于全面、及时地了解情况，为决策提供相关依据。IC卡水表系统是由IC卡水表、通用IC卡及计算机收费管理网络组成，起核心是IC卡水表。
IC卡计费水表主要由阀门、流量传感器、微处理器、IC卡读/写器、显示器及电源等组成，其硬件结构如图1所示。
IC 卡水表的外观与一般水表的外观基本相似，其安装过程也基本相同。IC卡水表的使用很简单，从用户的角度看，就时把IC卡卡片向水表里插一下。 IC 卡水表的工作过程一般如下：将含有金额的IC卡片插入水表中的IC卡读写器，经微机模块识别和下载金额后，阀门开启，用户都能够正常用水。当用户用水时，水量采集装置开始对用水量进行采集，并转换成所需的电子信号供给微机模块进行计量，并在LCD显示模块上显示出来。当用户的用水金额下降到一定数值时，微机模块进行声音报警，提示用户应该去持卡交费购水。如超过用水金额，则微机模块会自动将电控阀门关闭，切断供水。直至用户插入已经交费的IC卡片重新开始开启阀门进行供水。
●补卡挂失功能：若用户将卡丢失，须到管理终端处办理相应的补卡手续。本系统补卡后，原用户卡作废。
●数据返写卡片功能：本水表用户每次购水，管理终端将从IC卡提取水表使用数据，包括累计用量、剩余用量、当月用量、最近12个月用水记录、阀门状态、电池状态、表位等信息。
●液晶显示功能：插入用户卡，本水表液晶显示屏显示本次购量（额）、累计用量和剩余量（额）。
●一户一卡，一卡多表功能：采用“一户一卡”。为适应特殊用户的需求，本IC卡水表可一卡八表，为水、电、气、热量等家用计量仪表共用一卡提供了方便接口。
●防磁干扰功能：当水表遇外界强磁干扰影响水表的正常计量时，水表阀门关闭，磁干扰消除后，可用用户卡打开阀门。
此模块硬件电路采取模块化的设计方法，可结合实际需要扩展系统的控制功能，目前该模块在实验室试验性能好，有待于进一步应用于市场开发。
慧聪网 2005年1月24日11时1分 信息源自：华立仪表集团股份有限公司
电机先导阀是采用减速机构，未解决运动件的密封问题，运动杆采用了磁驱动原理操纵泄压孔的开启与关闭，进而达到阀封的开与关。它与电磁先导阀原理相像，只是时间和反应速度比电磁先导阀慢。出现的问题与电磁先导阀是一样的。
电机球阀工作原理：由减速机构将电机的转速减慢，将扭矩加大用以推动球阀进行旋转，达到开启与关闭的功能。对于球阀本身的制造工艺技术要求比较高，球阀的旋转力度要有一个很标准的参数，即旋转球阀必须控制在一组工艺参数的范围内。并且，驱动球运转杆的密封也是一个关键，其中采用的基本是O型橡胶圈进行密封，所以，橡胶圈过于紧将增加扭矩，过于松将会导致密封不严而泄漏。
IC卡读/写器是IC卡水表的输入接口。当IC卡插入读/写器时，首先读入的是卡中的密码，以判断此IC卡的合法性；水表在判断了卡的合法性后，读入所购水量并和水表内剩余水量累加，同时将卡上购水量单元清零；回写水表上用水量、剩余水量等信息，以便下次购水时自来水公司读取，实现水表信息的回馈功能。
摘要：本文介绍了一种基于低功耗芯片PIC16F84的IC卡智能水表的设计，文中给出了系统的硬件设计和软件设计。该IC卡水表具有低成本、低功耗、可靠性高等优点，可大范围的应用于各城市供水系统。
长期以来，自来水用户的用水量管理依靠人工抄表，然后由收费员到各家收费或各用户去银行交费。这种传统的收取水费的做法需要的工作人员多，费时、费力、效率低，常常出现用户欠费、迟缴或漏缴水费等问题。
电机球阀：在球阀的结构上，提高工艺水平，将球阀的扭矩控制在一个不会泄漏又在一定的扭矩参数范围。这一项工艺要求包含两个方面的要求，第一，球阀与密封压紧圈之间的松紧程度，既要保持在很多压力下关闭时不会泄漏；又要在外作用力下旋转所使用的扭矩在一个参数范围。这个参数值应：
●余额报警功能：当水表剩余量（金额）小于设定的报警值时，阀门关闭告警一次，用户发现关阀后可插用户卡将阀门开启。
●囤积限量(额)功能：表中对用户购水量（金额）有限制。当余量（额）与充值量（额）之和超出限定额度时，水表将不读取用户卡中的购水量（金额）。囤积限量（额）值可由IC卡设置。
平面叠阀工作原理：由减速机构将电机的转速减慢，将扭距加大用以推动平面叠阀进行旋转，达到开启与关闭的功能。密封性是由水压上片来保证。平面叠阀对阀片的摩擦平面的平面度和光洁度要求相当的高，而且对于采用的材料要求也有很高的要求。未解决这样一些问题，平面叠阀下叠片采用了陶瓷基材，上片采用了其它强度高的耐磨损材料，完全按化工机械密封的原理制造与加工，既保证了合理的接触面，又保证了最小的摩擦系数。
华旭牌射频卡智能冷、热水表是以射频卡(非接触式卡)为信息载体的IC卡冷水、热水水表，它由售水管理系统（包括管理软件和读写器）、水表、射频卡等部分所组成。该产品具有体积小，重量轻、功耗低、精度高、抗干扰性强、防水防油污、可靠性好、安装及使用起来更便捷等特点，可实现数据采集、处理、显示、保存及自动控制等功能。该产品是供水管理部门实现供水管理信息化、现代化的基本仪表。
目前市场上执行器的种类包括：电磁先导阀、电机先导阀、电机球阀、平面叠阀。
电磁先导阀的工作原理：电磁阀开启时，对阀封压力腔进行泄压，管道内的水压将阀封推开，智能水表就正常工作；电磁阀关闭时，即关闭了泄压腔的孔，此时在阀封上的腔内的水压迅速上升，直至将阀封压住阀口，关闭了出水口。
对水表而言，阀门是被控对象，控制着进水的开/关状态。目前可控的阀门主要是电磁阀，但常规的电磁阀是靠电的通/断来控制阀门的开/关的，即要让阀门一直开着，就必须一直通电，因此耗电较大，不符合本水表低功耗的要求。因此，必须对现有的电平开关式电磁阀进行改进，采用双稳态电磁阀，即阀门开/关由电脉冲来实现。使得对阀门开/关只需瞬时供电由此减少耗电量。
PIC16F84是Microchip公司的产品，具有低电压、低功耗、高速度、指令少、可反复擦写等优点，但是采用汇编语言的可移植性较差，故本系统采用可移植性较好的C语言编程。
IC卡智能水表软件设计的关键是看门狗的初始化、进入睡眠及其唤醒等处理部分。从功能来看，有这样一些模块：IC卡接口模块（包括IC卡有效性判断及读/写IC卡）、阀门控制模块、流量脉冲、用水量处理模块及显示模块等。其框架如图三。
结构分析电磁先导阀和电机先导阀在自来水管道实际使用中已然浮现了由于长时间水质问题导致先导孔的堵塞泄压阀杆吸附铁质微粒造成阀杆被卡死等问题通过市场的使用与反馈的信息开发商已经了解到这种结构的执行器不适宜我国水司目前的水质使用
智能IC卡水表是一种利用现代微电子技术、现代传感技术、智能IC卡技术对用水量进行计量并进行用水数据传递及结算交易的新型水表。
电磁先导阀和电机先导阀在自来水管道实际使用中，已然浮现了由于长时间水质问题导致先导孔的堵塞、泄压阀杆吸附铁质微粒造成阀杆被卡死等问题，通过市场的使用与反馈的信息，开发商已经了解到这种结构的执行器不适宜我国水司目前的水质使用。由此，开发商又转向了球阀和平面叠阀。现在使用球阀的更多一点。以下对球阀、平面叠阀的结构可以进行综合分析：
智能IC卡水表是一种利用现代微电子技术、现代传感技术、智能IC卡技术对用水量进行计量并进行用水数据传递及结算交易的新型水表。这与传统水表一般只具有流量采集和机械指针显示用水量的功能相比，是一个很大的进步。智能IC卡水表除了可对用水量进行记录和电子显示外，还可根据约定对用水量自动来控制，并且自动完成阶梯水价的水费 计算，同时能进行用水数据存储的功能。由于其数据传递和交易结算通过IC卡进行，因而能轻松实现由工作人员上门操表收费到用户自己去营业所交费的转变。IC卡交易系统还具有交易方便，计算准确，可利用银行进行结算的特点。
采用IC卡智能水表后，能改变自来水收费及管理的现状，达到下列管理目标：
1） 智能水表代替传统水表，用IC卡实现预付费，实现“先付费后用水”、持卡结算的理想管理模式，从根本上杜绝欠缴、迟缴、漏缴水费的现象，使自来水公司应收费用及时到位。
2） 建立自来水公司计算机信息管理网络系统，实现对自来水供应、自来水用户及自来水公司员工的科学化管理；建立完善的财务核算管理，使自来水公司的日常工作和管理流程化、自动化、科学化，提高自来水公司的服务的品质和竞争力。
为降低整个水表的功耗，微处理器选用Microchip公司的低功耗芯片PIC16F84。该芯片工作于休闲状态时，耗电量仅为 级。另外，采用FLASH的串行存储芯片93C46作为数据存储器。93C46是一个串行的EEPROM，占用体积小，功耗低，且简单易操作，主要用来存放IC卡识别字、发行密码及用水计量等数据，以作为水表识别与计计量的依据。
液晶显示器作为水表的输出接口，显示剩余水量、电池状态及开关状态等信息。它们的有效上班时间都比较短。用户看完后，没有必要让它一直显示；为此，可利用水表上的防水盖提供信号。即当盖子打开时，使它们进入工作状态；而当盖子盖上时，是它们停止工作，进而达到节电的目的。
本水表采用交/直两用电源。平时水表由交流电通过表内的小型变压器输出供电，而备用电池处于充电状态。一旦停电，水表就由内部备用电池供电。
智能水表开发至现在已经有近8年的时间。8年时间在市场上投入到正常的使用中的智能水表出现一些质量、技术问题。这样一些问题最终集中在执行器上。开发商对执行器多多少少都做过基本功能的实验，来验证其功能在实际使用中的可靠性。为什么经过验证的执行器在用户正式的使用中会出现意想不到的问题呢？我以为有设计结构、试验方法、试验环境上的综合问题。以下就执行器的综合性问题阐述我个人的观点。
流量传感器是水表中的传感器部分，是实现正确计量的基础。考虑到现有的模拟式水表中，旋翼式水表结构相对比较简单，测量范围宽，灵敏度较高，外观尺寸小，精确度已被广大新老用户所接受；因此本水表的流量传感器还是基于模拟水表的旋翼式结构，而通过在叶轮上安装磁钢与微型干簧管等机构，将叶轮的旋转转换成电信号，以实现频率脉冲计数，进而实现水流量的计量。其耗电小，并保持了原有的结构相对比较简单、精确度高的优点。
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