關鍵詞：無需電源維持 預付費 水表 氣表 CPU卡?
引 言：筆者歷經(jīng)七年從事預付費領域的技術研究和產(chǎn)品開發(fā)，經(jīng)歷了普通IC卡為交換媒體的預付費方式、鍵盤為媒體的預付費方式和目前研究成功的無需電源維持的預付費方式三個階段。無需電源維持的預付費水表、氣表的發(fā)展，具有現(xiàn)實意義，對我國預付費領域的發(fā)展將起到積極的作用，因此特籍本次會議，提交論文，供大家探討。
一、 預付費表的基本特征和預付費控制器的三個基本要素和實現(xiàn)的功能
1． 預付費表的基本特征：計量基表（水表、氣表）+預付費控制器
2． 預付費控制器的三個基本要素：獲取計量數(shù)據(jù)的傳感器、切斷控制、數(shù)據(jù)交換
3． 預付費控制器有中央控制器協(xié)調(diào)，實現(xiàn)計量核減、預付費數(shù)據(jù)交換、切斷控制，數(shù)據(jù)顯示和通訊接口是必要的，電源提供是必須的。?
預付費水、氣表是一種利用現(xiàn)代微電子技術對用水量、用氣量進行計量及結算交易的新型水、氣表。這與傳統(tǒng)水表、氣表只具有流量采集和機械指針顯示用水量、用氣量的功能相比，是一個很大的進步。預付費水、氣表除了可對用水量、用氣量進行記錄和電子顯示外，還可以按照約定對用水量、用氣量自動進行控制。由于其數(shù)據(jù)傳遞和交易結算通過IC卡等媒介進行，因而可以實現(xiàn)由工作人員上門操表收費到用戶自己去營業(yè)所交費的轉(zhuǎn)變，并且計算準確，具有可利用銀行進行結算的特點。
預付費水表和預付費氣表關鍵技術在與獲取計量儀表的傳感器技術和切斷控制技術，而數(shù)據(jù)交換技術已經(jīng)很成熟，并且數(shù)據(jù)交換只是預付費表的一個基本要素，因此從嚴格意義上講，應該將此類儀表定義為“預付費水表”和“預付費氣表”，而不應定義為“IC卡水表”和“IC卡氣表”，IC卡只是實現(xiàn)預付費功能的一個應用而已。?
預付費水表、氣表的發(fā)展及關鍵技術
為了推動預付費水表、氣表的發(fā)展，全國有許多研究機構都投入力量對預付費水表、氣表產(chǎn)品進行了開發(fā)研究，很多自來水公司和燃氣公司也積極參與了此項開發(fā)工作并成功的開發(fā)出了自己的產(chǎn)品。從理論角度看，預付費水表、氣表已經(jīng)進入了成熟期。但是，為什么現(xiàn)在預付費水表、氣表的推動工作還很困難呢？這不難理解。因為從實際情況看，現(xiàn)在的預付費水表、氣表確實還存在著許多影響其大規(guī)模推廣使用的問題。這些問題集中起來主要是1、價格太高；2、質(zhì)量不可靠；3、存在安全隱患，其中幾個關鍵技術是主要的制約因素。
?由于干式水表采用磁鐵傳遞數(shù)據(jù)，容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失造成計量失準，所以不適合在我國安裝使用，基本都以出口為主。雖然在干式水表上采樣容易，而被一些廠家所采用，但從發(fā)展的角度來看，很難被大規(guī)模普及應用
?濕式水表計量準確，可以達到B級計量精度，是預付費水表首選表型。但信號采集的難度相對要大。
由于水表零件簡單，所以預付費水表生產(chǎn)廠基本都具備生產(chǎn)水表基表的能力目前國內(nèi)安裝使用的燃氣表，基本都是膜式氣表。由于氣表生產(chǎn)相對水表難度要大，所以國內(nèi)的預付費氣表生產(chǎn)廠，基本采用與氣表整機廠合作生產(chǎn)的方式，將預付費控制器嫁接在燃氣表上，實現(xiàn)預付費燃氣表的功能是將水表和氣表計量信號采集、送給預付費控制器用于核減的裝置。由于水表內(nèi)壓力較大，信號采集難度較大，一般采用干簧管方式，并為防止外部磁鐵干擾，采用多組干簧管進行防護。
雖然干簧管方式成本高、壽命短、可靠性差，但隨著科學技術的發(fā)展，這種信號采集方式是可以成為主流方案的。
氣表的信號采集方式與水表基本相同 數(shù)據(jù)交換技術已經(jīng)很成熟，無論采用IC卡方式交換數(shù)據(jù)，還是鍵盤輸入方式交換數(shù)據(jù)，都可以滿足現(xiàn)有產(chǎn)品的需要。
IC卡的安全方面，已經(jīng)從過去采用存儲器卡、加密卡，逐漸采用CPU卡和RF 卡，從而確保在數(shù)據(jù)交換媒介方面的安全。
???? 但是，由于預付費水表和預付費氣表均采用電池供電，沒有額外的能量維持保護電路工作，所以無法抵御來自IC卡卡口的干擾，容易造成系統(tǒng)癱瘓，失去控制。到目前為止，全世界范圍內(nèi)還沒有一個廠家宣稱自己的產(chǎn)品可以抵御來自卡口攻擊并且達到實用化程度的預付費水表、氣表產(chǎn)品上市。
有鑒于此，在過去的幾年里，采用全封閉鍵盤方式進行數(shù)據(jù)交換的預付費產(chǎn)品受到普遍歡迎 控制是預付費的核心手段，如果沒有控制，就無法實現(xiàn)預付費，因此，控制是否可靠，關系到預付費產(chǎn)品是否成熟 預付費水表由于壓力較大，實現(xiàn)控制難度相對要大，而系統(tǒng)使用電池供電，所以推動閥門的能量很小，一般采用先導方式的閥門實現(xiàn)切斷控制隨著我國城鎮(zhèn)自來水供應的水質(zhì)的提高，采用先導閥門是比較可靠的。
??? 氣表壓力較小，閥門控制較容易: 但要注意防爆。????????????????????????????????? 目前的預付費水表、預付費氣表，基本都采用電池供電，并且絕大多數(shù)采用內(nèi)置鋰離子電池供電。
???? 但由于鋰電池性能還不被人們徹底掌握，以及價格較高等因素，一些研制生產(chǎn)預付費氣表的廠家已經(jīng)嘗試使用普通電池給系統(tǒng)供電，由用戶更換電池，從而降低產(chǎn)品成本和提高了可靠性。
???? 隨著微電子技術的快速發(fā)展，加上國家相關政策的推動，民用計量儀表的智能化將是一個必然的發(fā)展方向。這不僅是中國的一種趨勢，也將成為世界性的趨勢。而在近十年里，單體式預付費儀表又將會是發(fā)展主流
?? 機械系統(tǒng)在電機的控制下，可以實現(xiàn)遞減計數(shù)器在充值的時候與馬達連接，充值完畢自動與累加計數(shù)器連接。
?? 充值完畢后，撤掉外部電源供電，系統(tǒng)完全處于機械運行狀態(tài)，計量和切斷完全靠水流或氣流實現(xiàn)，因此系統(tǒng)工作將非常穩(wěn)定可靠，從而實現(xiàn)無需工作電源維持系統(tǒng)的運行。
?? 由于控制電路只實現(xiàn)遞減計數(shù)器逆置的單一功能，而不參與計量和切斷，所以外界通過數(shù)據(jù)接口攻擊電路，使電路癱瘓，但無法達不到攻擊整個系統(tǒng)而實現(xiàn)盜用的目的，因此，產(chǎn)品可以選擇接觸式IC卡作為數(shù)據(jù)交換媒介。
?? 綜上所述，由于系統(tǒng)采用全新設計理念，突破傳統(tǒng)的設計模式，省去了電池、電池檢測電路、顯示器，從而大大節(jié)約了材料成本，使產(chǎn)品極具推廣價值。
3、產(chǎn)品應用
預付費控制是一項綜合控制技術，涉及結構、傳動、電子、微控制器、后臺系統(tǒng)、IC卡、閥門、流量計量等學科，所以解決相關技術問題是確保預付費領域發(fā)展壯大的前提，只有這樣，才能使預付費產(chǎn)業(yè)成為我國王牌拳頭產(chǎn)業(yè)。
??? 無需工作電源預付費水表命名和規(guī)格：WYS15/20，WYS20
。W代表無需工作電源，Y代表預付費，S代表水表，Q代表氣表，15代表DN15標準水表長度，20代表DN20標準水表長度，15/20代表DN15標準水表長度但口徑為DN20標準。
??? 根據(jù)國內(nèi)外市場需求，無需工作電源預付費水表采用透明材料的PC材料制造外殼，因此可以用于純凈水和直供水供應的計量和收費。
??? 在全國城鎮(zhèn)自來水管網(wǎng)改造和新住宅的建設中，基本采用了鋁塑管，因此適合采用PC材料制造的無需工作電源預付費水表配套。
??? 無需工作電源預付費水表全部采用B級表計量機芯，以及全部采用濕式表芯，從而確保計量準確可靠和避免外界磁場干擾。
??? 由于老式住宅更換自來水表比較困難，并且大多數(shù)采用是DN15的標準，因此WYS15/20這一型號的產(chǎn)品非常適合原來采用DN15標準水表的替換，不用改變水管的長度就可直接替換，從而增大流量實現(xiàn)預付費控制。
??? 對于新住宅和原來采用DN20標準水表的用戶，可采用WYS20標準的水表安裝或替換。
??? 南方戶外安裝水表的地區(qū)，可選擇WYS15/20-G型全不銹鋼產(chǎn)品，防護強度高。
??? 無需工作電源預付費水表和氣表的工作原理完全相同，采用這項技術，可以極大地降低產(chǎn)品成本，提高產(chǎn)品的可靠性，節(jié)能環(huán)保，可以為本領域節(jié)約巨額生產(chǎn)投資，也可為各地自來水公司、燃氣公司選擇安裝預付費產(chǎn)品節(jié)省巨額的用戶費用，為預付費產(chǎn)品大規(guī)模普及奠定了堅實的基礎，使預付費產(chǎn)品規(guī)模應用成為可能。
一、????????
無需工作電源預付費表使用CPU卡及網(wǎng)絡發(fā)行系統(tǒng)介紹
無需工作電源預付費儀表采用CPU卡作為數(shù)據(jù)交換方式，但由于儀表本身為廉價大規(guī)模普及產(chǎn)品，不適合采用價格昂貴的加密模塊，因此采用自行設計、公開算法的硬件加密方式。在系統(tǒng)運行后，該系統(tǒng)的密鑰受CPU卡控制，由用戶（自來水公司、燃氣公司）自行控制生成，因此安全可靠。
??? 為實現(xiàn)各地用戶的聯(lián)網(wǎng)發(fā)卡和數(shù)據(jù)管理，現(xiàn)已完成網(wǎng)絡系統(tǒng)的設計和系統(tǒng)調(diào)試，并研制配備電腦終端讀寫卡POS機，任何人都可以將手持POS系統(tǒng)連接在電腦上，通過網(wǎng)絡系統(tǒng)授權，實現(xiàn)就近發(fā)卡。
二、????????
結論
隨著科學技術的不斷發(fā)展，預付費水表、預付費氣表將會不斷發(fā)展完善。在近期內(nèi)以實現(xiàn)基本預付費為目的廉價的無需工作電源預付費水表將在全國城鎮(zhèn)自來水管網(wǎng)改造工程中大規(guī)模普及；無需工作電源預付費氣表將在西氣東輸工程中被大規(guī)模采用。
??? 對這種先進儀表的大規(guī)模推廣使用將會有力地促進中國供用水管理和供用氣管理的現(xiàn)代化進程。中國在這個方面的超前發(fā)展會使這種計量模式得到優(yōu)先完善，并有可能成為中國的一個有競爭力的產(chǎn)品出口到其它國家。
