IC卡計(jì)費(fèi)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，硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中最主要解決的問題是低功耗和安全可靠性。
1.低功耗解決方案
IC卡的能耗由3部分構(gòu)成：第1部分是控制器中單片機(jī)(CPU)，液晶正常運(yùn)行時(shí)的持續(xù)性能耗第2部分是卡表執(zhí)行機(jī)構(gòu)(電控閥)動(dòng)作時(shí)的瞬時(shí)能耗，第3部分是IC卡表輔助功能的功耗，如聲光報(bào)警等。
上述IC卡表能耗的第1，2部分占了總能耗的95%以上。由于這兩部分能耗特征上完全不同，給選擇合適的電源增加了難度。用戶可以通過定期更換電池，維持IC卡表正常運(yùn)行，但同時(shí)也給IC卡留下了技術(shù)安全的兩大隱患。其一用戶自行更換電池，意味著控制器將有更多機(jī)會(huì)遭受劣質(zhì)電池的侵襲，造成元器件損壞。其二更換電池為技術(shù)性竊水提供了可能。解決的辦法是采用內(nèi)置式鋰電池。
為盡可能降低IC卡水表運(yùn)行時(shí)的功耗，延長(zhǎng)鋰電池的使用時(shí)間，考慮以下方法實(shí)現(xiàn)。
(1)選擇低功耗器件
為降低整個(gè)水表的功耗，微處理器可選用Microchip公司的低功耗芯PICl6F84。該芯片工作于休閑狀態(tài)時(shí)，耗電量?jī)H為μA級(jí)。
另外，采用FLASHEEPROM的串行存儲(chǔ)芯片93C46作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。93C46是一個(gè)串行EEPROM，占用體積小，功耗低，且操作簡(jiǎn)單，主要用來存放IC卡識(shí)別字、發(fā)行密碼及用水計(jì)量等數(shù)據(jù)，以作為水表識(shí)別與計(jì)量的依據(jù)。單片機(jī)的運(yùn)行模式是決定單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的功耗的主要方面。
具有掉電模式和睡眠模式的單片機(jī)，在掉電和睡眠這2種運(yùn)行方式下的功耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于正常運(yùn)行方式。在睡眠方式下，耗電約為lOμA(WDT開放)。因此，本系統(tǒng)只有在需要計(jì)數(shù)、插卡等情況下，才進(jìn)入正常工作，延時(shí)一定時(shí)間后，進(jìn)入睡眠狀態(tài)。
(2)選擇低功耗電磁閥
對(duì)于水表而言，閥門是被控對(duì)象，控制著進(jìn)水的開/關(guān)狀態(tài)。目前可控制的閥門主要是電磁閥，但常規(guī)的電磁閥是靠電的通/斷來控制閥門開/關(guān)的，既要讓閥門一直開著，就必須一直通電，因此耗電較大，不符合低功耗的要求。因此，必須對(duì)現(xiàn)有電平開關(guān)式電磁閥進(jìn)行改進(jìn)，采用雙穩(wěn)態(tài)電磁閥，即閥門開/關(guān)控制由電脈沖來實(shí)現(xiàn)。使得對(duì)閥門開/關(guān)只需瞬時(shí)供電，從而減少耗電量。
(3)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(tài)及開關(guān)狀態(tài)，信息。它們的有效工作時(shí)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(hào)。當(dāng)蓋子打開時(shí)，進(jìn)入工作狀態(tài)。當(dāng)蓋子蓋上時(shí)，停止工作，從而達(dá)到節(jié)電的目的。
2.安全性問題解決方案
(1)售水用IC卡(用戶卡)的安全性 用戶卡在每次購(gòu)水時(shí)，均由上位機(jī)根據(jù)剩余水量等信息隨機(jī)生成3B的密碼因子存入IC卡，以此對(duì)IC卡信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)加密；卡表內(nèi)的加密與解密程序讀取IC卡信息后，進(jìn)行逆向處理，達(dá)到解密目的，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)處理。采用這種方法后，可有效防止IC卡的非法復(fù)制與數(shù)據(jù)非法修改，保證IC卡的安全性。
(2)表內(nèi)信息的安全性
表內(nèi)信息的安全性由以下3種措施來保證：
第一，IC卡的有效認(rèn)證：卡表自動(dòng)識(shí)別有效IC卡，按預(yù)定程序與IC卡進(jìn)行雙向傳輸，一次讀入全部信息，表內(nèi)內(nèi)存的信息一次寫入IC卡。設(shè)置的讀/寫密碼保證一表只有一張用戶卡配對(duì)使用。
第二，防開表裝置：若用戶私自打開水表表蓋RB5狀態(tài)由高到低觸發(fā)中斷，中斷服務(wù)程序?qū)㈤_蓋行為記錄到表內(nèi)的EEPROM中，并立即關(guān)斷進(jìn)水開關(guān)。只有自來水公司管理人員用管理卡才能消除這種不良記錄。
第三，防人為磁干擾裝置：若故意用磁鐵干擾水表試圖竊水，卡表將自動(dòng)關(guān)閥并記錄下有關(guān)信息，只能由自來水公司供水管理部門開通。自來水公司可在管理系統(tǒng)內(nèi)看到非法行為的類型，有效地杜絕竊水行為。
(轉(zhuǎn)載信息僅供參考)
1.低功耗解決方案
IC卡的能耗由3部分構(gòu)成：第1部分是控制器中單片機(jī)(CPU)，液晶正常運(yùn)行時(shí)的持續(xù)性能耗第2部分是卡表執(zhí)行機(jī)構(gòu)(電控閥)動(dòng)作時(shí)的瞬時(shí)能耗，第3部分是IC卡表輔助功能的功耗，如聲光報(bào)警等。
上述IC卡表能耗的第1，2部分占了總能耗的95%以上。由于這兩部分能耗特征上完全不同，給選擇合適的電源增加了難度。用戶可以通過定期更換電池，維持IC卡表正常運(yùn)行，但同時(shí)也給IC卡留下了技術(shù)安全的兩大隱患。其一用戶自行更換電池，意味著控制器將有更多機(jī)會(huì)遭受劣質(zhì)電池的侵襲，造成元器件損壞。其二更換電池為技術(shù)性竊水提供了可能。解決的辦法是采用內(nèi)置式鋰電池。
為盡可能降低IC卡水表運(yùn)行時(shí)的功耗，延長(zhǎng)鋰電池的使用時(shí)間，考慮以下方法實(shí)現(xiàn)。
(1)選擇低功耗器件
為降低整個(gè)水表的功耗，微處理器可選用Microchip公司的低功耗芯PICl6F84。該芯片工作于休閑狀態(tài)時(shí)，耗電量?jī)H為μA級(jí)。
另外，采用FLASHEEPROM的串行存儲(chǔ)芯片93C46作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。93C46是一個(gè)串行EEPROM，占用體積小，功耗低，且操作簡(jiǎn)單，主要用來存放IC卡識(shí)別字、發(fā)行密碼及用水計(jì)量等數(shù)據(jù)，以作為水表識(shí)別與計(jì)量的依據(jù)。單片機(jī)的運(yùn)行模式是決定單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的功耗的主要方面。
具有掉電模式和睡眠模式的單片機(jī)，在掉電和睡眠這2種運(yùn)行方式下的功耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于正常運(yùn)行方式。在睡眠方式下，耗電約為lOμA(WDT開放)。因此，本系統(tǒng)只有在需要計(jì)數(shù)、插卡等情況下，才進(jìn)入正常工作，延時(shí)一定時(shí)間后，進(jìn)入睡眠狀態(tài)。
(2)選擇低功耗電磁閥
對(duì)于水表而言，閥門是被控對(duì)象，控制著進(jìn)水的開/關(guān)狀態(tài)。目前可控制的閥門主要是電磁閥，但常規(guī)的電磁閥是靠電的通/斷來控制閥門開/關(guān)的，既要讓閥門一直開著，就必須一直通電，因此耗電較大，不符合低功耗的要求。因此，必須對(duì)現(xiàn)有電平開關(guān)式電磁閥進(jìn)行改進(jìn)，采用雙穩(wěn)態(tài)電磁閥，即閥門開/關(guān)控制由電脈沖來實(shí)現(xiàn)。使得對(duì)閥門開/關(guān)只需瞬時(shí)供電，從而減少耗電量。
(3)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(tài)及開關(guān)狀態(tài)，信息。它們的有效工作時(shí)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(hào)。當(dāng)蓋子打開時(shí)，進(jìn)入工作狀態(tài)。當(dāng)蓋子蓋上時(shí)，停止工作，從而達(dá)到節(jié)電的目的。
2.安全性問題解決方案
(1)售水用IC卡(用戶卡)的安全性 用戶卡在每次購(gòu)水時(shí)，均由上位機(jī)根據(jù)剩余水量等信息隨機(jī)生成3B的密碼因子存入IC卡，以此對(duì)IC卡信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)加密；卡表內(nèi)的加密與解密程序讀取IC卡信息后，進(jìn)行逆向處理，達(dá)到解密目的，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)處理。采用這種方法后，可有效防止IC卡的非法復(fù)制與數(shù)據(jù)非法修改，保證IC卡的安全性。
(2)表內(nèi)信息的安全性
表內(nèi)信息的安全性由以下3種措施來保證：
第一，IC卡的有效認(rèn)證：卡表自動(dòng)識(shí)別有效IC卡，按預(yù)定程序與IC卡進(jìn)行雙向傳輸，一次讀入全部信息，表內(nèi)內(nèi)存的信息一次寫入IC卡。設(shè)置的讀/寫密碼保證一表只有一張用戶卡配對(duì)使用。
第二，防開表裝置：若用戶私自打開水表表蓋RB5狀態(tài)由高到低觸發(fā)中斷，中斷服務(wù)程序?qū)㈤_蓋行為記錄到表內(nèi)的EEPROM中，并立即關(guān)斷進(jìn)水開關(guān)。只有自來水公司管理人員用管理卡才能消除這種不良記錄。
第三，防人為磁干擾裝置：若故意用磁鐵干擾水表試圖竊水，卡表將自動(dòng)關(guān)閥并記錄下有關(guān)信息，只能由自來水公司供水管理部門開通。自來水公司可在管理系統(tǒng)內(nèi)看到非法行為的類型，有效地杜絕竊水行為。
(轉(zhuǎn)載信息僅供參考)
