基于RFID的水控管理系统

    1 RFlD水控管理系统应用背景 

    在提倡人与自然可持续发展的今天，环境资源的保护越来越多的受到人们关注，其中水资源的日益短缺是一个不容乐观的沉重话题，节水已经成为世界各国的重要研究课题。目前，我国的用水情况不容乐观，存在着巨大的浪费。在节水措施中，除了提高人们节约用水意识，提倡少用水、使用中水等外，应用技术方法来控制水头出流终端是一个十分有效的手段。
 
    随着电子信息技术、计算机技术、自动化技术的发展，终端水控已经可以通过机械、电子信息、工控等技术来实现用水自动化管理。其管理功能主要有阀门控制、身份认证、水费支付、数据采集、数据管理等。 

    高校的用水情况主要为生活用水，其中以学生生活饮用水、公共浴室淋浴等公共用水为主。以学生浴室为例，一般高校的浴室采用传统的售票式或每次刷卡的方式，这种管理方式只是按洗浴次数进行收费。学生进入后，由于没有受到用水量、用水时间的限制，沐浴时间任意，很多学生随意使用沐浴水，甚至在浴室内洗衣服，这样一来，造成用水的极大浪费。各高校后勤行政管理人员也采用相应处理办法，采用的水控方法主要有定时沐浴、机械踏板式、投币式、红外感应式等等。但在实际应用中，上述方式存在诸多问题。比如，定时沐浴、投币式管理灵活性差、机械踏板式易损坏难以维护、红外感应式感应率低，易手污损造成使用不便。 

    而RFID技术的发展给射频卡极大的应用空间，利用射频识别技术来实现终端水控，可以避免传统水控方式的缺点，实现用水自动化管理。因为射频识别技术为非接触识别，体积小 形势多样、抗污染能力强、可实现无屏障阅读，且采用的电子标签成本低、存储容量大、能快速识读和重复使用。因此成为了目前最为先进、高效的终端水控方式。 

    2 RFID水控管理系统功能 

    在提倡人与自然可持续发展的今天，基于RFID技术的水控管理技术主要能实现以下功能(以浴室水控为例)： 

    1．信息数据实时显示：当射频卡位于阅读器感应区时，阅读器上通过数码管显示用户卡上余额，然后可立即进入用水计费状态。 

    2．消费模式：消费模式有预扣水费模式、实时计费模式、计次模式等几种，

    (1)预扣水费模式：读卡时会扣除默认金额值，该值大小对应默认依次淋浴常规时间或流量，中途再次读卡即停水，并退回余额。若超出设定值可再次读卡，十分灵活； 

    (2)实时扣费模式：读卡就出水，并根据用水量实时进行扣费； 

    (3)按次计费。读卡一次出一次水(出水量可以设)，可以限定一天或一个的刷卡次数。 

    3．计费方式： 

    (1)按使用时间计费，时间准确到1毫秒，金额准确到0．1分钱； 

    (2)按使用的流量计费，外接脉冲流量表，根据脉冲水表发回来的脉冲数来计算产生的流量再进行计费。 

    4．控制阀体：支持控制电磁阀和电动阀两种阀体。控制器采用全密封防水设计，保汪使用安全。 

    5．由于射频卡采用Mifare one卡，保证卡内数据安全，从而保证了用户使用金额的安全性。
 
    6．通过卡片可以采集终端用水量数据，并得到总的出水量， 可以通过系统设定限制每张卡单日或单月的最高用水时间或用水量 

    7．可以对水控POS机进行在线系统升级，定期进行维护，以更好的扩充和完善系统功能。 

    8．系统供电采用24伏安全电压集中供电，并带漏电保护开关，且控制器件做_r严格防水处理，使用安全可靠。
 
    3 RFID水控管理系统组成 

    一个完整的RFID水控管理子系统一般由电源(包括UPS)、电磁阀、脉冲水表、节水控制器(RFID阅读器)、管理工作站及其他通讯中间件等，水控管理系统。 

    在系统组成部分中，管理工作站、通讯组件、数据传输介质等属于子系统平台，而实现节水控制和用水自动化管理的为前端设备，即控制器、电磁阀、脉冲水表等等。其中，核心部件是节水控制器。控制器主要实现金额数据显示、用户身份识别、数据存储、流量脉冲采集、计时、数据通信、电磁阀驱动控制等等，其主要构成部分作用如下： 

    (1)微处理器：微处理器调动和协调各部分的工作，并对数据信息进行分析运算和处理，是控制器的核心。 

    (2)读写卡电路：读写卡电路模块与天线模块接口，通过天线模块工作，发出读卡信号，接收电子标签数据信息，完成识读。通过上位机管理系统软件，将数据信息发送至射频电子标签，实现数据写入。 

    (3)存储器：存储用户身份信息、射频卡消费数据信息、用水时间信息、流量数据等信息，供微处理器及上位机调用。并通过保密设计，能保证数据存储的安全性。
 
    (4)显示电路：通过LED或者LCD显示模块以及相应驱动、译码电路，将数据如卡内余额、流量、时间等显示出来。 

    (5)通信电路：通信电路模块包括通信控制器和电平转换器两部分。其主要功能是通过数据总线(如CAN总线)完成控制器与控制器、控制器与上位机之间的通讯，实现平台数据传输。 

    (6)采样电路：采用电路主要针对脉冲水表，电路包括限流电阻和光电耦合器，通过数据采用，完成流量计量工作。 

    (7)阀门驱动电路：阀门驱动电路主要完成对控水器件—— 电磁阀的驱动控制，通过对电磁阀的开启控制完成水管的开关。 

    (8)时钟电路：在校园一卡通消费计费系统中，消费流水数据必须具有时间记录，从而来表示消费发生时刻和消费数据发生次序，满足结算和查询的要求。时钟电路一般有串行时钟芯片和外围电路构成。