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1、0 前言长期以来，我国城镇居民所使用的水表普遍是普通机械旋翼湿式水表，这种水表价格低廉，性能比较稳定，但是还采用人工抄表、按户收费的模式。此方式存在着工作量大，收费周期长，收费困难，效率低下等缺点。随着我国信息产业的飞速发展，金卡工程的全面实施，实现自来水收费管理的电子化、信息化及网络化已成为可能。水表系统的智能化可以大大提高供水管理部门的工作效率、节约费用，用以改善供水设施，提高居民饮水质量；同事还能为加强自来水使用的监督管理提供手段，从而在技术上为节约用水合理用水创造条件。随着为电子技术的不断发展，集成了处理器、存储器、定时器/计数器、并行和串行接口、看门狗甚至 A/D、D/A 转换器等电
2、路在一块芯片上的超大规模集成电路芯片单片机出现了。智能水表是一种以单片机为主体，结合计算机技术与测量控制技术，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。智能水表除了可对水量进行记录和电子显示外，还可以按照约定对用水量进行自动控制，并且自动完成阶梯水价的水费计算，同时可以进行用水数据存储的功能。出于其数据传递和交易结算通过 IC 卡进行，因而可以实现由工作人员上门抄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，可以利用银行进行结算的特点。智能水表是一种可对用水量进行计量并进行用水数据传递及结算交易的
3、新型水表。王海玲：基于单片机的水表的智能系统设计21 水表的发展1.1 传统水表传统水表的发展经历了漫长年代，它涉及社会生活的各个方面。它对改善人类生活、促进社会发展和科技进步起到了无法估量的作用。直到现在在很多领域还能继续发挥作用。1.1.1 传统水表的主要结构传统水表主要结构由硬件构成，以相对固定形式确定下来，所实现的功能较单一。只具有流量采集和机械指针显示用水量的功能，用户在使用过程中无法对其功能进行改变。它一般具有输入信号接口、内部处理电路和实时显示三部分。对于一些仪表功能如自凋零、自校准、自动调节量程等的设置是由用户在仪表设备面板上手工完成。1.1.2 传统水表的主要特点传统水表的主
4、要特点是自成体系，自我包容，用户无法更改。传统水表功能单一，只具流量采集和机械指针显示用水量的功能。同时，一台普通传统水表具有相对独立性，不能与其他水表设备进行通信，而只能用于现场测量，测量结果不能处理、存储、显示，局限性很大。另外，传统水表无法升级换代，而且开发周期长、经费投入大。随着科技水平不断发展，人们对传统水表提出以下几方面的要求：测量精度高、功能强、可靠性好，测量全能自动化、智能化，小型化、使用灵活方便、升级方便，同时还能进行测量数据的处理、存储和显示，具有和其他设备进行数据通讯等功能。这些新的要求不仅促使着传统水表不断地改进和发展，也孕育着新一代水表智能水表的产生。1.2 智能水表
5、随着为电子技术的不断发展，集成了处理器、存储器、定时器/计数器、并行和串行接口、看门狗甚至 A/D、D/A 转换器等电路在一块芯片上的超大规模集成电路芯片单片机出现了。智能水表是一种以单片机为主体，结合计算机技术与测量控制技术，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。智能水表除了可对水量进行记录和电子显示外，还可以按照约定对用水量进行自动控制，并且自动完成阶梯水价的水费计算，同时可以进行用水数据存储的功能。出于其数据传递和交易结算通过 IC 卡进行，因而可以实现由工作人员上门抄表收费到用户自己去营业所交费的转变。IC 卡交易系
6、统还具有交易方便，计算准确，可以利用银行进行结算的特点。王海玲：基于单片机的水表的智能系统设计41.2.1 图例及介绍IC 射频卡卡式水表智能水表系统实物图用途：用途：用于供水方对流经自来水管道饮用水的用户进行先付费再用水，它的应用将彻底改变传统的自来水抄表收费计量方式。特点：特点：1、预付费功能，先付费，后使用2、阶梯水价，一卡多表3、机械读表与电子读数的双重现实功能4、独特的电池保护功能5、性能稳定，适用范围广6、功耗低，使用时间长使用原理：使用原理：射频卡水表是一种以无线方式传送数据的集成电路卡片（射频卡）为载体的预付费水表。用户将水费交给管理部门，管理部门将购水量写入射频卡中，用户将射
7、频卡中信息输入水表后，水表将自动开阀供水，在用户用水过程中，水表中的MCU 自动核减剩余量，所购水量用尽后，水表将自动关阀断水，用户需重新购水后才能再次开阀供水。使用条件：使用条件：水温40（热水表90） 水压1MPa最大允许误差：最大允许误差：在从包括最小流量（Q1）在内到不包括分界流量（Q2）的低区中的最大允许误差为5%，在包括分界流量（Q2）在内到包括过载流量（Q4）的高区中的最大允许误差为2%1.2.2 与传统水表相比，智能水表有以下特点：1对供水部门来说，可以实现先交费再供水的用水模式。这是大家都普遍认王海玲：基于单片机的水表的智能系统设计6可的一个优点。这对解决水费托拖欠这个过去难
8、以解决的问题会有帮助。供水部门推行 IC 卡水表的经验表明，人们普遍接受这一模式，供水部门不仅解决了拖欠交费的老大难问题，还可以提前收到资金。对用户来说，由于水费的支出在总支出中占得比重很小，这种改变，对用户来说，只是把水费的交付时间提前了一段时间，所以，用户并不敏感。但对供水部门来说，这种变化则是不能小看的。随着水资源的紧张和水的商品属性逐步被社会认可，水的交易将会逐渐采用一般商品的交易模式，显然，先交费后用水，是更合理的一种交易模式。2改变了入户抄表收费的模式。这种模式改变的意义是巨大的。由于城市规模不断扩大和居民户数快速增加，供水部门抄表和收费的工作量将不断加大。沿用传统的上门抄表模式，
9、将很难适应这种变化。而现在由于各种原因的影响，人工入户抄表的效率已经在逐渐下降并且是这种模式的成本不断增加。解决这个问题，可以采用多种途径，但依靠技术进步来解决这个问题，应当是更值得提倡的方式。显然，采用智能 IC 卡水表及其管理系统，将可以从根本上改变由供水部门派人去千家万户抄表收费的模式。只要供水部门合理设置交费机构，基本上不会给用户带来麻烦。如果得到金融系统的配合，还可以减少布点的成本。因此大规模采用智能 IC 卡水表技术对降低供水部门的管理成本是会有显著帮助的。而使用IC 卡进行交易结算，用户可以自主决定交费时间和数量，增大了用户的自主性。特别是随着人们家庭安全意识和隐私意识的增强，入
10、户抄表和上面收费等随意进入私人住户的做法将逐渐不受欢迎甚至受到抵制，这是一个必须给予重视的社会发展趋势。而使用智能 IC 卡进行交易结算，将可以有效解决这个会带来很多社会隐患的问题。3可以有效解决一些技术难题。比如,随着水资源的紧张，将会逐步实行超计划水价甚至阶梯式水价等较为复杂的用水管理模式。这些，将对供水交易提出较高的技术要求。采用普遍水表和人工抄表的模式，是难以解决这些技术问题的，而采用智能 IC 卡水表，将很容易解决这些问题。4随着科学技术的发展，供水行业也需要逐步实现用高科技手段进行供水管理。采用传统水表，这个跨越式很难完成的，而采用智能 IC 卡水表，将为运用计算机技术进行现代化管
11、理奠定一个技术基础。5当然，使用智能 IC 卡水表还有其他优点，比如可以有效解决尽量扯皮、用水纠纷，贪污水费、人情用水、用水统计困难等问题。6与远传抄表系统相比，智能 IC 卡水表具有使用和维护成本很低，没有布线 h 逐渐被社会所接受并成为一种基本配置。1.3 国内外智能水表的发展现状及发展趋势目前，国内企业与研究机构主要致力于智能网络远传水表的智能卡式水表系统方面的研究开发，如宁波水表厂、上海自来水公司水表厂等都在相继开发远传水表，由于智能网络远传水表系统需要配套远传通信网络支持，其初期投资大，因此只适用于在一些新建住宅小区组成相对独立的小网，所以目前尚未大量投入市场；而后者采用先付费后用水
12、的管理模式，在当前收费困难、人工抄表效率低下的情况下，更能获得供水管理部门的青睐。1.智能网络远传水表系统就目前来讲，智能网络远传水表又可分为分线制集中抄表方式和总线制智能抄表方式。（1）分线制集中抄表方式王海玲：基于单片机的水表的智能系统设计8各种分线制集中抄表方式的基本原理大致相同，即由采集器定时顺序采集来自多路分户线的水表信号，并进行数据处理、存储。各采集器之间采用总线制连接，最后连接到计算机。其典型特点是各户表通过分户线连接至采集器。分线制集中抄表模式单纯从技术上讲较成熟，也节约成本（多户表共享一个采集器），但从实际情况看，分线制集中抄表模式存在如下缺点：1）由于每次水表的计量信号是通
13、过分户线穿越较长距离到达采集器，中途任何一个环节出现疏漏都将使采集器采集不到数据，而且铺设分户线不仅使安装任务繁重，也存在许多隐患：短线、断线等。错综复杂的线路更使得维护工作困难重重。2）采集器均安装于现场，需专业人员调试系统并定期巡视维护，专业队伍日益“壮大”，维护费用也相应剧增。3）分线制集中抄表模式的风险不仅仅是各表风险的简单累加。如果采集器掉电或出现其他严重故障则会使该采集器上的所有户表数据丢失，集中抄表的风险无法有效分散，与测控系统强调的集中管理、分散控制的分布式设计思想相违背。（2）总线制智能抄表方式总线制智能水表由于采集、计数工作单元均安装在智能水表内并密封，本表的数据采集、处理
14、、存贮等基础工作全由智能水表本身完成，手抄器或电脑不参与底层数据采集，仅进行通讯联系，消除了外界因素对计量的影响。另外因智能水表引出的总线通、断不影响单表数据采集和保存（仅影响本表数据的读出），也不影响其它水表数据的读出，即使本次读数时该表总线出现故障，只需重新挂接好总线，无需重新置数，水表的真实读数仍可继续读出，其安全性、稳定性是比较可靠的。但由于单表内设置单片机和后备电源，成本较高，推广普及较慢。由于各表输出的总线只需挂接，可以减少分线制抄表方式大量烦琐的布线、系统调试任务以及后期使用过程中线路、系统维护等繁重劳动强度，也方便高层次设计如网络结构的设计、与其他系统（如安防、照明、空调、消防
15、）共享开放式网络的设计，进而为用户提供完善、综合的配套服务。2.智能卡式水表系统智能卡水表是在当今智能卡技术与市场迅猛发展、单个智能卡及刷卡机性能价格比日益提高的特定时期应运而生的。主要有智能卡式水表、智能卡、读卡器、收费管理信息系统等组成。用户须在供水部门指定售卡点预购水后刷卡方能使用。它具有限量用水、解决用水收费纠纷的功能，这是其它抄表方式及普通水表上门抄表方式所不能比拟的，并且智能卡水表如同普通水表，无需铺设管线及线路维护，安装方便、维护简单；另外，智能卡水表自带数据采集模块、电源部分、电磁阀（电动阀）控制，由智能卡读入预购水量等信息，使用简单，动作可靠；并且它的前期投资费用低，因此正日
16、益受到供水管理部门的青睐当前国内外水表的技术、工艺都在不断更新，逐步向下面几个方面发展：（1）远传户外抄读和计算机物业管理相结合。远传水表、集中抄读系统和二次仪表相配套的水表有广阔的发展前景。（2）卡、卡（智能卡式）水表和代码式水表将成为主流产品。这类水表适用于“先付费后用水”条件下的管理系统。我国当前水费收费难，不少地区和城市水费欠账的现象很多，如天津市一年可达 1000 万元。为了改变这个局面，自来水公司都欢迎采用这种结构的水表，所以国内有数十家企业在试制这种水表。（3）特种水表的发展，如热量表（或热能表）、污水表、特大流量计量水表（1 米以上）的使用也是当今国内外水表的发展趋势。热量表是热水表的升级，用热量表计量替代热水表计量更为科学、合理。现在工业发达国家已批量生产，而大多数国家尚在研制中。国内外智能建筑的智能化正在逐步提升，采用 IC 卡智能水表后，可以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
