浅析清江泓景使用预付费智能水表的必要性

第1页共8页浅析清江泓景小区使用预付费智能水表的必要性周艳红摘要：水的供应、计量、收费问题，已经成为涉及到国计民生的大问题。将传统的“先用水，后付费”方式变为“先付费，后用水”，有效地解决了收费问题。关键词：水表，预付费，智能化管理1、工程状况清江泓景小区坐落在美丽的江城武汉之南——江夏区，西接文化路，东南临江夏区内风景优美的汤逊湖，北靠规划中的武汉绕城快速通道四环线，景观条件优越，交通便利，距武汉的主要城区中心仅十几分钟车程。本项目拥有24栋高层（31个单元）、八栋八合院及一栋幼儿园，共2400多套住宅户数，如果采用普通机械水表，每户抄表、登记、计算、双方确认估计需要5－6分钟，共计需要13500分钟，约225个小时，按每8个小时一个工日，约需28个工日，也就是说在理想状态下物业公司每月得派一个专人来完成这份工作，收费的工作还得另派人执行，如果机会不好，经常碰不到业主，就会形成水费拖欠，给物业管理增加了很大的难度。2、引言水，人类生命之源。随着水资源的日渐枯竭，水污染日趋加重，水价的不断上涨，供水、用水矛盾凸显，在不远的将来，饮用水的同比价格很有可能会超过石油，因此，水的供应、计量、收费问题，已经成为涉及到国计民生的大问题。在现有的普通居民用水计量管理工作中，绝大部分的计量器具仍然是传统的机械字轮式水表，而收费方式则是由大量的抄表人员走入千家万户，读取水表的字轮显示数据，通过与原有水表上期显示值比较，计算出两次抄表之间用户的用水量，再计算出应收费用后向用户征收水费。这样的查表收费方式存在着很大的弊端，即工作量大、手续繁杂、收费时间长,效率低等问题。同时由于用户或其他原因,常常不能按时收费,造成用户对管理单位的资金拖欠。另外还有不法分子冒充抄表人员入户抢劫等事情时有发生,给居民的安全造成了一定的威胁。随着城市化的进程，城市居民不断增加，住宅的大力兴建，高层建筑比比皆是，从而造成水表总量迅速加大，抄表难、收费难的问题已成为供水管理部门的头等大事。第2页共8页为解决面临的问题，提高供水现代化水平，预付费智能水表逐步走入人们的日常生活。3、预付费智能水表简介水表是一种在测量条件下连续测量、记录和显示流经水表水体积的仪器。从实现的功能可分为实现计量功能的普通水表和带有电子装置可以实现抄表或收费功能的智能水表。智能水表又分为远传水表和预付费水表。[1]预付费智能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。它普遍地使用IC卡做媒介交换购水数据并使用电池为水表供电，因此也被称为“卡表”。它是以先进的微电脑控制技术为核心，以智能卡为信息传递媒介而构成的高科技机电一体化智能仪表，具有机械计数和电子计数的双重功能，主要由智能卡读写器、低功耗微电脑、独创新型电机阀、流量采集及相应电路组成。预付费智能水表除了可对用水量进行记录和电子显示外，还可以按照约定对用水量自动进行控制，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。由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操表收费到用户自己去指定网点交费的转变。现在市场上水表表壳大体分为三种：铜壳水表、塑壳水表和铝合金表。铜壳水表：绝大多数铜壳水表含铅超标，危害身体健康，并且价格校高，现在国家规定，淘汰铅黄铜水表，以锡黄铜替代，成本大幅度提升。塑壳水表：价格低廉，工艺简单节能环保，根据用户需要可替代金属壳水表。铝合金表：鉴于球磨铸铁的价格提升、黄铜价格的居高不下、塑壳水表强度遭质疑，介于塑壳水表和铜壳水表之间、价格与球磨铸铁水表相近的铝合金水表脱颖而出，有可能成为水表行业的后起之秀。4、预付费智能水表的工作原理[2]预付费智能水表是一种将电子和微计算机相结合,并辅助以相应机械结构,根据用户购买水量来实现自动计量收费的民用高科技产品。它以单片机为核心,以逻辑加密卡为信息传递媒介,以电动阀为执行机构,达到控制收费的目的。该预付费智能水表是安装在每个居民家中,为配合该智能水表的使用,需要在居民供水管理部门的计算机上安装主机发卡管理软件和读写卡器。用户在使用前需到管理部门去购买水量,在用户交纳相应的费用后,管理人员通过管理软件和读写卡器将一定的水量写入卡中。用户回到家中将卡插入预付费智能表读卡口时,单片机识别到卡插入后读出卡上的加密水量数据,将用户购买水量存入到表内存储器中后,发出电脉冲信号控制电动阀门开启,保证用户第3页共8页正常用水。在用户的使用过程中,每使用完1m3水后,信号采集电路将采集到相应的脉冲送入单片机处理,递减存储器中用户购买水量,并通过液晶显示器显示出剩余水量。当剩余水量达到设定的下限时,单片机控制发出声音报警信号同时在液晶显示器上显示“购卡”字样,提示用户重新购卡输入水量。若用户不购卡,智能水表内的剩余水量递减到零时,单片机将发出控制命令,控制电动阀门关闭,切断供水,直至用户重新购卡输入水量。简单地说，用户将含有金额的IC卡片插入水表中的IC卡读写器，阀门开启，用户可以正常用水。当用户用水时，水量采集计量，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。5、预付费智能水表的构成部分及作用特点预付费智能水表是在普通机械水表的基础上,安装相应的电子测控系统而构成的机电一体化产品。[3]它主要由机械水表、信号采集电路、电源供电及监视电路、卡读写电路、液晶显示电路、数据存储电路、报警电路、控制阀等部分组成。组成框图如图1。图1组成框图5.1单片机单片机是整个智能水表的核心,它担负着信息判断、识别、运算、处理等工作。单电源电源监视显示报警卡读写单片机控制阀机械水表信号采集数据存储第4页共8页片机采用电池供电,所以大部分时间工作于休眠模式,当有计量脉冲到来或有IC卡插入时,单片机由睡眠转为工作状态,处理完相应的工作后再转入休眠状态,以达到节省电能的作用。5.2信号采集电路安装在机械水表上的传感器电路主要完成对水流量的测量。5.3卡读写电路逻辑加密卡具有存储量大、保密性强、可靠性高等优点,独特的保密设计可以有效的保证一表一卡,每个卡的密钥都不相同,不同表之间的卡不可通用,每个卡的密钥经3次非法试探后会自动烧毁,因此,具有极高的安全性。卡上的不同地址存储着城市代码,用户惟一号,用户信息、密钥、购买水量、使用水量等有关数据,数据在卡上以加密的形式存在,既达到信息载体的作用又具有较高的安全保密性。通过以上的方式可以有效地避免非法用户恶意盗取水量或伪造数据卡行为的发生。在卡插入卡座后,卡座中的到位开关闭合,触发中断从休眠中唤醒单片机工作,单片机通过卡座的金属触点与卡联接完成对卡上数据的读出、写入、核对密钥等各项操作,然后再进入休眠模式。5.4显示电路显示采用液晶模块,液晶采用订做的字符段式液晶,可显示剩余水量、累计水量、关阀符号、电池欠压、错误、购卡、盗用等信息,方便用户知道智能水表的有关状态,便于操作。5.5存储电路存储电路用于实现卡号、剩余、累计水量等数据的有效存取，掉电后仍可保存数据达100a以上,保证了数据的可靠性。5.6电源监视电路整机电源有采用碱性电池也有采用锂电池,电源监视电路采用专用的电压监视芯片,当电压低于1.2V时,即整机低于4.8V时,它会输出低电平给单片机,由单片机做出判断处理,液晶显示电池电压低,发出关阀命令,并驱动蜂鸣器报警提醒用户更换电池。6、预付费智能水表的软件设计[4]软件采用模块化编程,主要由卡读写模块,计数模块以及掉电保护模块等组成。该软件的编写与智能水表的各项操作是紧密结合在一起的。软件的主程序流程如图2,系统初始化以后,根据从存储器中取出的数据判断是开阀还是关阀,然后执行相应的程序,最后进入休眠状态,直到有各种中断情况将其唤醒,再进入相应中断服务程序。第5页共8页图2主程序框图以下几种情况发生,可进入中断子程序。计数中断子程序流程下图。开始初始化取数据是否开阀执行关阀显示关阀休眠执行开阀显示开阀YN中断开始保护现场脉冲计数累计用水量，递减剩余量是否到下限恢复现场中断返回报警并显示NY第6页共8页(1)脉冲信号唤醒,进入计数中断子程序,判断是否执行递减水量操作。(2)卡到位信号,唤醒后进入卡读写操作子程序,根据卡上内容执行密钥校验,读出数据,返写入数据,累加等一系列功能操作。(3)电压低信号,进入掉电中断服务子程序,执行紧急数据保存,报警输出,控制关阀等命令。整个软件的设计在保证以上功能实现的前提下,又对运行的可靠性,抗干扰性等方面进行优化设计。7、预付费智能水表存在的问题7.1产品的可靠性问题产品可靠性问题，主要是因为使用电池长期在潮湿的环境中供电工作而引想的。任何电池都是有使用寿命的，既使是锂电池也不能过高的估计，一个水表的检定期规定是6年，水表的电池能否稳定工作6年，没人能保障。根据电路的消耗，理论上来讲电池的确可以支撑10年以上的时间，但是，电池自身工艺特性、电池自放电、电池性能的下降、电池能量释施后性能的改变，对控制电路而言，影响不大，但对于预付费表的核心部件——阀门的影响，情况完全就不一样了，结果是：该开阀不开、该关阀不关。电池的更换就成了不可回避的大问题，否则“智能水表”就会变成“弱智水表”，失去了预付费控制的作用。原来的厂家和用户，都以为水表的电池可以使用6年以上，在水表检定的时候，可以统一更换电池，但在实际使用中，最短的3天没有电，最长的12年还有电。由于各种原因，造成水表电池功能丧失的时间不确定，那么用户每天就必须面对大量出现的、因为电池没电造成的用户报修事件，同时要面对出现的如何更换电池、谁更换电池、电池来源、电池费用承担等诸多实际发生的问题。问题处理好了，大家相安无事，和谐共存，处理不好则会后患无穷。厂家亏本倒闭逃避售后服务带来的巨大经济负担；水表用户（供水公司或物业公司）除每日要应付大量的报修、处理相应的矛盾外，还要与厂家进行货款或诉讼上的较量，最后还有可能全部更换成普通水表；水表使用者，基本处于被动状态，如果不用出一分钱，你们愿意换什么就换什么，如果需要出钱，就没有这么简单了，被投诉就很正常了，供水公司或物业公司就会承受极大的舆论压力。7.2抗人为攻击干扰的问题预付费水表由机械水表加电子电路组成，从机械水表将计量信号转化为电信号，需第7页共8页要使用传感器，多数厂家使用的是磁性传感器，以实现密封与隔离。而正因为磁性传感器的存在，容易受到外接界强磁场的人为攻击干扰，造成产品的可靠性下降。预付费水表中的中央控制器，最多工作在5Ｖ电压环境下，一般降低功耗，可能使用低至2.7Ｖ的工作电压，受到外界电场的干扰，单片机会出现死机现象，一般的产品都有“看门狗”等自我恢复电路。但是，如果外部施加给控制电器工作电压上百万倍的电场，整个电路将处于瘫痪状态，产品就会失去控制功能。7.3价格居高不下的问题十多年的发展，按理说，预付费水表的成本应该有大幅度下降，而现在的实际情况是，现在的价格与十年前相比没有大的变化。主要有以下几个因素：中间商的大量存在，多层次销售，造成价格不断攀升；生产商不具备自主技术产权，在其它单位购买套件组装，层层加价；套件供应商明知产品存在技术漏洞，却大量向组装厂推销，将矛盾转嫁给生产商，为解决矛盾，生产商需投入更多的资金，造成产品价格的提高等。8、结束语预付费智能水表在保持了传统机械式水表的特点的同时，还具有直观的电子显示。具有设计先进、技术含量高、功能完备、计量准确、性能可靠、体积小、显示直观、外形精美以及安装便捷、使用方便的优点，适用于城市居民自来水的计量和收费，避免了偷水、漏水、冒水事件的发生，通过电子计费达到了节水和科学管理的目的同时改变了传统的城市供水管理方式，用一张小小的卡片改变了管理收费中的经济运行模式,将原有的“先用水,后付费”方式改变为“先付费,后用水”,从而有效地解决了种种弊端,避免了大量的人力物力损耗,解决了收费问题和安全问题,实现了