智能２０００— IC(CPU)卡预付费水表应用系统研究

来源：建设事业IC卡服务中心  作者：建设部IC卡应用服务中心  发布时间：2007-06-25 10:40:23  字体:[大 中 小]

关键字：IC卡  CPU卡  预付费水表  水表管理  

摘   要：根据市场要求、按照国家行业相关标准，建设事业智能卡技术研究所研制成功“智能2000 IC(CPU)卡预付费水表应用系统”，并于2001年五月十一日正式通过建设部科技司组织的部级科技成果鉴定。鉴定结论认为“达到国内领先水平”。现已在全国多家生产厂转化生产。在该项研究中，对多项传统技术进行了创新性的研发，取得了较好的效果。尤其在取信、阀门、专用集成电路、采用CPU卡方面有所突破，现对有关研究成果介绍如下。

　一、本系统建立的目的及规范 

　　（一）目的意义 

　　采用技术创新解决市场现有同类系统及产品存在的技术难题。为建设事业市场提供一种全新的高科技产品。 

　　（二）技术规范 

　　1、符合《中国金融集成电路(IC)卡规范》 

　　2、符合建设事业智能卡应用管理技术要求 

　　3、遵循建设部2001年10月1日实施的行业标准CJ/T 133-2001 《IC卡冷水水表》标准 

　　二、IC(CPU)卡水表管理系统的构成 

　　（一）软件管理系统 

　　1.管理软件组成结构： 

　　用户信息管理、操作员信息管理、智能卡管理、统计报表、系统维护、数据管理 

　　2.版本对照表  

　　（二）IC(CPU)卡水表表具 

　　1、IC(CPU)卡水表表具结构框图 

　　2、电子取信的"一体化"水表——“电子化” 

　　⑴电子取信提高了水计量的精确度  

　　⑵减少了功耗 

　　⑶保证了锂电池的使用寿命  

　　⑷新型双稳态复合控制阀 

　　⑸简化了控制电路  

　　⑹提高了使用的可靠性 

　　⑺装配实现了一体化  

　　⑻安装简捷 

　　⑼降低了制造成本 

　　3、专用集成电路的应用——“专业化”：全新设计的专用集成电路不仅可用于水表，同时可用于燃气、热力等智能卡表具产品，既可降低成本，又能规范市场　　。 

　　三、IC(CPU)卡水表管理系统的功能介绍 

　　（一）系统功能 

　　1、完成对公司所属发卡站点的售水情况的自动统计、数据处理和用户档案管理； 

　　2、完成对各种符合《中国金融集成电路(IC)卡规范》的CPU智能卡的初始化、读写和加密工作； 

　　3、根据管理部门要求打印各种报表，为公司领导提供营业资料和数据显示； 

　　4、可发放各种类型的用户卡和工作卡； 

　　5、能完成对智能卡的身份识别、卡上数据读出并显示的工作； 

　　6、对已售卡进行防伪识别； 

　　7、完成用户提出的相应要求。 

　　（二）预付费水表功能 

　　1、液晶显示器可显示用水总量、剩余水量、阀状态、水流状态和电池状态等信息； 

　　2、经密钥认证后对插入表中的用户卡、设置卡、清零卡和维护卡实现读写功能； 

　　3、根据剩余水量和关阀线自动实现关阀报警和用水量的自动控制； 

　　4、表的校准采用计算机控制的全电子化方式，研发了水表流量调整专用设备和软件，全部流量精度调整用计算机一次性完成； 

　　5、对剩余水量达到报警线、电池欠压、卡操作错误等情况自动实现声音报警； 

　　6、采用建设部IC卡密钥管理系统，加强行业信息保密功能；另外，还将IC卡中的存储区域的数据进行了合理的组织，在每次对卡操作之前采用严密科学的加密算法对IC卡的发行代码和用户密码进行校验，通过校验后才能对卡进行操作，大大增强了IC卡内数据的保密性；支持IC卡的一卡多用，为水、电、气、暖等表具的一卡通用做好了技术准备。 

　　7、采用全封闭设计。采用IC卡读卡器侧面斜插等设计及内封口和电路胶封灌保护措施等手段，具有防水、防尘、防磁、防静电的功能，保证设备的可靠使用； 

　　8、根据自带时钟电路自动计算水的月用量。 

　　（三）、系统主要技术指标 

　　系统管理设备配置 

　　1、最低系统配置： 

　　操作系统：Windows 95 

　　硬 盘：50 M剩余空间 

　　Ｃ Ｐ Ｕ：486 

　　内 存：16 M 

　　2、建议配置： 

　　操作系统：Windows 95/98/2000/NT 

　　硬 盘：500 M剩余空间 

　　Ｃ Ｐ Ｕ：奔腾或其他相当性能CPU 

　　内 存：32 M 

　　预付费水表的技术指标 

　　1、电源：DC 7.2V 

　　2、电池寿命≥6年 

　　3、静态电流≤20uA，开关阀电流≤120mA 

　　4、可靠开关压力范围:0-0.4Mpa 

　　5、IC卡表读写次数≥1万次 

　　6、过载流量时最大压力损失≤0.1Mpa 

　　7、水温≤30℃ 

　　8、水表公称压力1Mpa  

　　9、阀门开关时间≤4S 

　　10、最小计量显示精度10-4m3 

　　（四）系统特点 

　　1、一户一卡、一表一卡、一卡多表 

　　2、水表中存储最近12个月的月用水量 

　　3、根据用户购水记录、用量记录等信息生成用户黑名单 

　　4、水表采用电子取信，计量更准确，完全符合并超出国标 

　　5、可根据调价和不同用量范围等标准自动计算补退差额 

　　四、技术创新点 

　　（一）卡 

　　采用IC(CPU)卡开发应用符合《中国金融集成电路（IC）卡规范》行业标准和《IC冷水水表》技术。凡经过中国金融卡检测的CPU卡片，在装入建设部IC卡专用密钥后均可作为用户卡在水表上使用。因此，在IC卡的选用上采取了标准规范下的对市场开放方式，有利于发卡方对产品的自主选购和公平的市场竞争。 

　　（二）专用集成电路 

　　采用自主创新研发的“三表”专用集成电路，将单片机、安全模块（SAM）、实时时钟、显示驱动、计量、阀门控制等电路集成于一体。同时按照建设事业IC卡应用技术管理的相关要求设计了专用软件和管理系统。专用集成电路在实现单片机功能的同时还具备PSAM卡的功能，大大提高了其安全性。预装了测试密钥和多组应用密钥，在建设部IC卡密钥统一管理下，具有在生产和应用过程中自动完成密钥组替换功能。该专用电路可用于“自来水、燃气、热力”三表，为提高安全性和规范产品市场提供了可靠的技术保障。 

　　（三）阀 

　　使用自主知识产权的国家专利技术，创新的低功耗双稳态阀门的设计采用了电动、电磁技术相结合的方式，解决了现有产品单独应用电动技术或电磁技术生产的阀门存在的工作不稳定和采用常规差压阀碗状膜片带来的节流孔堵塞、阀口开启不到位等技术难题。经三万次开启试验，证明运行可靠，完全达到了使用要求。 

　　（四）取信 

　　为解决现有IC卡水表产品均在原机械水表上加装干簧管或霍尔元件取信方式，造成取信精度低、始动阻力大、抗磁干扰差的弊端，创新研发了非磁感应式的电子流量取信方式，从根本上解决了取信难题。为显示精度的提高提供了基础，完全防止了表外磁场的干扰，大大提高了流量精度，始动流量 < 5升／小时，为热水表和饮用水表的电子取信准备了技术条件。 

　　（五）显示 

　　采用了全新的液晶显示屏，加有电子转轮显示，为用户提供了更为直观的流动显示。由于取信方式的创新，保证了显示精度的提高，显示精度达到0.0001m3（0.1升），达到了现有机械水表的显示精度，改变了现有IC卡水表电子显示精度低的状况。 

　　同时，加有用量识别、存量识别、电源识别、卡识别、阀状态识别和报警等显示，给用户提供了一种全新的水表电子显示。 

液晶显示的内容见下图。 

　　（六）电源 

　　由于IC卡水表电路主芯片采用了自主研发的“三表”低功耗专用集成电路，加强了电路集成，在软件上设置了多种节电控制方式，大大降低了功耗。 

　　同时采用两块锂电池供电，保证了表具的电路驱动能力和使用寿命，经理论计算和实测，可确保产品电池使用6年以上。 

　　（七）校表 

　　IC（CPU）卡水表的校准采用计算机控制的全电子化方式，研发了水表流量调整专用设备和软件，全部流量精度调整用计算机一次性完成。一台计算机可同时调整64台表。 

　　实现了全电子自动化调整校准，提高了校表效率和可靠性。为今后的产品产业化准备了条件，也防止了机械表由于磨损和人为造成的计量不准问题。 

　　五、结论 

　　该项研究经科技成果鉴定和生产转化为建设市场提供了一种高科技的新产品。为数字化城市建设提供了新技术。相信随着技术和生产工艺的不断完善、产品的规模化生产，将为建设事业的信息化建设做出应有的贡献。 

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