智能水表是一種利用現(xiàn)代微電子技術(shù)、現(xiàn)代傳感技術(shù)、智能IC卡技術(shù)對用水量進(jìn)行計量并進(jìn)行用水?dāng)?shù)據(jù)傳遞及結(jié)算交易的新型水表。與傳統(tǒng)水表一般只具有流量采集和機械指針顯示用水量的功能相比，是很大的進(jìn)步。除了可對用水量進(jìn)行記錄和電子顯示外，還可以按照約定對用水量進(jìn)行控制，并且自動完成階梯水價的水費計算，同時可以進(jìn)行用水?dāng)?shù)據(jù)存儲的功能。
釋義
智能水表是一種利用現(xiàn)代微電子技術(shù)、現(xiàn)代傳感技術(shù)、智能IC卡技術(shù)對用水量進(jìn)行計量并進(jìn)行用水?dāng)?shù)據(jù)傳 遞及結(jié)算交易的新型水表與傳統(tǒng)水表一般只具有流量采集和機械指針顯示用水量的功能相比，是很大的進(jìn)步。智能水表除了可對用水量進(jìn)行記錄和電子顯示外，還可以按照約定對用水量進(jìn)行控制。
為推進(jìn)解決人口老齡化趨勢下的獨居長者問題，2021年羅湖區(qū)與深圳市水務(wù)集團(tuán)政企聯(lián)合，在全市率先推出“智慧用水監(jiān)控”項目，通過運用智能水表技術(shù)，以科技手段守護(hù)長者的安全。
優(yōu)勢
1、可對用水量進(jìn)行記錄和電子顯示；
2、可以按照約定對用水量進(jìn)行控制，并且自動完成階梯水價的水費計算，同時可以進(jìn)行用水?dāng)?shù)據(jù)存儲的功能；
3、數(shù)據(jù)傳遞和交易結(jié)算通過IC卡進(jìn)行，具有交易方便，計算準(zhǔn)確，可利用銀行進(jìn)行結(jié)算的特點。
安裝
1、選擇水表的正確口徑；
2、水平安裝，表面朝上，表殼上態(tài)射方向與水流方向相同。安裝位置應(yīng)避免曝曬、水淹、冰凍和污染，方便拆裝、抄表。新裝管道務(wù)必把管道內(nèi)的砂石，麻絲等雜物沖洗干凈后再裝水表，以免造成水表故障；
3、水表上下游應(yīng)安裝閥門，使用時應(yīng)確保全部打開；
4、水表上下游要安裝必要的直管段或其等效的整流器，要求上游直管段的長度不小于10D，下游直管段的長度不小于5D（D為水表公稱口徑）。對于由彎管或離心泵所引起的渦流現(xiàn)象，必須在直管段前加裝整流器；
5、水表安裝時，應(yīng)注意水表下游管道出水口高于水表0.5m以上，以防水表因管道內(nèi)水流不足而引發(fā)計量不正確；
6、該水表防堵塞性能優(yōu)良，但對管道內(nèi)淤留泥沙及雜草反映敏感，在使用過程中應(yīng)盡量避免。如果管道內(nèi)有淤留泥沙及雜草應(yīng)及時清理，否則將影響水表正常計量。
注意事項
1、更換電池后必須蓋好防潮蓋，上緊螺絲，否則表不工作且刷卡顯示E--5。
2、定期檢查智能水表運行情況，冬季注意防凍。
3、已安裝于管道但未交付使用的或長期（一周以上）不用水的請關(guān)閉智能水表前后閥門，本公司不承擔(dān)由此造成的后果。
4、若智能水表出現(xiàn)電子顯示與字輪不相符或智能水表故障，以字輪計量為準(zhǔn)。
冬日防護(hù)要點
第一：用水類產(chǎn)品一定要做好防潮、防凍工作。雖然是智能水表有先進(jìn)的智能技術(shù)，但并不表示智能水表“水火不侵”，為了確保水表的正常運行，最好定期給水表做檢查，冬季溫度低，做好保暖同時要注意蓋好防潮蓋。
二：避免接觸腐蝕性物質(zhì)。腐蝕性物質(zhì)對智能水表精密儀器的傷害是致命的，一定不能接觸。此外，強烈的碰撞與沖擊也會對智能水表造成損傷。
三：不要用磁性強烈或者其他具有強烈干擾功能的器具接近智能水表，否則會引起智能水表的功能混亂，甚至直接“罷工”。
計量特性
1.使用條件：水溫0.1～30℃2.水壓等級：MAP10
3.氣候和機械環(huán)境安全等級：C類
4.電磁兼容等級：E2
5.流動剖面敏感度等級：U10 D5
6.壓力損失等級：△P25
7.最大允許誤差。
一、主要技術(shù)性能
1、工作環(huán)境溫度：0-60℃
2、相對濕度：≤85%
3、被測水溫：冷水表0-50℃；熱水表0-90℃；純凈水表0-35℃
4、工作壓力：0.02MPa~1MPa
5、技術(shù)參數(shù)：
精度等級及流量范圍（見下表）
發(fā)展方向
遠(yuǎn)傳、自動抄讀系統(tǒng)技術(shù)是智能水表發(fā)展的一個方向
智能卡式水表預(yù)付費功能“先付費后用水”在社會文明發(fā)展到一定高度后，不可能成為水費收取唯一的制約手段，同時在工業(yè)發(fā)達(dá)國家的現(xiàn)階段他們應(yīng)用在企業(yè)內(nèi)部為節(jié)約用水控制額定計劃指標(biāo)與實際用水計量，也有大專院校內(nèi)部為節(jié)約用水，在校住宿學(xué)生宿舍房內(nèi)憑卡用水也采用智能水表來控制，很少使用在社會上直接對居民供水實施預(yù)付費后用水的智能水表，也不主張推行先收費后用水，對他們來說這個問題是關(guān)系到對喝水人的“人權(quán)”問題，沒有錢的人，喝水仍然是他們生存的權(quán)利，所以不推行這種措施。我國自建國以來對居民家庭有供水、供電、供氣的那一天開始，就實行先用后付費的程序規(guī)律。改變先付費后用水，本身是對居民心里的一種抵觸。況且，供電、供氣仍然保持先用后付費的規(guī)律，經(jīng)濟發(fā)達(dá)了，居民生活水平高了，人們的思想境界也提升了，先用水后付費的規(guī)律，也不會造成水費拖欠的社會問題，所以說社會文明進(jìn)步了，這種預(yù)付費的措施不是理想的措施。所以IC卡式水表的預(yù)付費形式逐步轉(zhuǎn)向遠(yuǎn)傳、自動抄讀系統(tǒng)的方向發(fā)展。
再由于卡式水表在使用過程中，除了由用戶主動報修或再次進(jìn)行購水充值時可以將該水表的運行信息傳遞給系統(tǒng)信息中心外，管理人員必須到達(dá)安裝水表的現(xiàn)場才能知道該水表的運行情況。如水表倒轉(zhuǎn)、充值的水量用完后水表不能自動關(guān)閉閥門、甚至有用戶拆除水表直接用水等情況，只有管理人員到達(dá)安裝水表的現(xiàn)場才能知道。所以，各種卡式水表在使用過程中，管理部門不能隨時掌握水表的運行情況，必須配備一定的人員定期到安裝水表的現(xiàn)場輪回巡查，否則，水表的故障、以及缺失的水量是無法知道的。所以，遠(yuǎn)傳、自動抄讀系統(tǒng)技術(shù)是智能水表發(fā)展的一個方向。
我們曾經(jīng)對多個工業(yè)發(fā)達(dá)國家的預(yù)付費水表使用情況調(diào)研，如美、德、法、意、澳大利亞等，他們在水表智能化數(shù)據(jù)采集方面有很多自動抄表系統(tǒng)，有遠(yuǎn)傳、遙感、采集和集中采集不等，智能水表自動抄讀功能在工業(yè)發(fā)達(dá)國家特別是美國應(yīng)用得較多，如得克薩斯州、維基尼亞州、科羅拉多州、威斯康星州等已經(jīng)很普及。智能水表自動抄讀功能已大量的應(yīng)用在企業(yè)內(nèi)部為節(jié)約用水控制額定計劃指標(biāo)與實際用水計量，也有大專院校內(nèi)部為節(jié)約用水，在校住宿學(xué)生宿舍房也采用智能水表自動抄讀系統(tǒng)來控制。
檢驗方法
智能水表的檢驗是按各生產(chǎn)企業(yè)的技術(shù)條件和GB/T778進(jìn)行的。檢驗項目：外觀檢查(包括外形尺寸等)、水壓試驗、示值誤差、流量測定和加速磨損試驗。被試水表的數(shù)量最少為3只，有必要增加被試水表的數(shù)量時，最多可為10只。
技術(shù)指標(biāo)
1、型號：FS
2、規(guī)格（公稱口徑）：DN15∽DN300 3、精確度等級：2.0級
4、執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：GB/T778-2007
5、執(zhí)行檢定規(guī)程：JJG162-2009
6、電源電壓：3.6V鋰電池
7、靜態(tài)電流：≦ 10uA
8、示值誤差限
A、從包括最小流量（Qmin）到不包括分界流量（Qt）的低區(qū)：±5%
B、從包括分界流量（Qt）至包括過截流量（Qs）的高區(qū)：±2%
9、額定工作壓力：≦1.6Mpa
10、使用環(huán)境溫度：（0.1∽+50）℃
11、相對濕度：（30%∽95%）RH 12、壓力損失：≤0.063MPa
13、流動剖面敏感度等級：U10,D5
14、氣候和機械環(huán)境安全等級：B類
15、電磁兼容性等級：E1
包裝儲運
每個智能水表應(yīng)有單獨小包裝，且能防止運輸和搬運中的沖撞，水表應(yīng)水平放置。水表是一種儀器，外包裝上應(yīng)有明顯的“向上”,“輕放”標(biāo)記。水表應(yīng)存放在環(huán)境溫度為5-40℃,空氣中不含有腐蝕性介質(zhì)的干燥場所。
設(shè)計
引言
智能水表因其從根本上改變了傳統(tǒng)的抄表方式，實行買卡用水的收費模式，在節(jié)省大量人力的基礎(chǔ)上，同時解決了長期困擾供水行業(yè)的水費拖欠問題，因而將直接給供水行業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟效益。所以，它的可實施性正被日益看好。而如何對水表在技術(shù)上、性能上、價格上實行優(yōu)化設(shè)計，將是問題的關(guān)鍵所在。
組成部分
2.1發(fā)訊基表
發(fā)訊基表就是在普通的機械式水表中安裝發(fā)訊裝置以提供計量信號給水表電子主控電路以實現(xiàn)用水自動計量。水表的發(fā)訊裝置由一小磁鋼與一磁敏元件以一定的位置關(guān)系構(gòu)成，當(dāng)一個計量單位(一般是0.01m3或0.1m3)的水流經(jīng)過后，磁敏元件就發(fā)出一脈沖信號給主控電路用以計數(shù)。普遍采用的磁敏元件有干簧管和霍爾元件兩種。干簧管因其靜態(tài)時的零功耗性能在電池供電的微功耗智能水表中占有明顯的優(yōu)勢，而優(yōu)質(zhì)干簧管100萬次以上的工作壽命也完全能滿足水表的使用周期?；魻栐墓钠毡樵趍A級，雖然也出現(xiàn)了微功耗的新品，(如Allegro公司的開關(guān)型霍爾元件A3210，它的靜態(tài)功耗只有1μA。)但是其價格相對比較昂貴。
2.2控制閥門
智能水表通過主控電路對水表進(jìn)水閥門進(jìn)行開關(guān)控制，從而達(dá)到控制用戶用水的目的。因而，可靠性應(yīng)是閥門的設(shè)計要點。在智能水表設(shè)計的前期，應(yīng)該說電磁閥是一種普遍的選擇，因為它結(jié)構(gòu)簡單，并且功耗較低。但是經(jīng)反復(fù)試驗后，其缺點也不可避免地暴露出來。簡要地說，首先，電磁閥的抗震性較差，這也是最為致命的一個弱點；其次，電磁閥內(nèi)的塑料部件在長期的水浸泡環(huán)境中容易變形、受腐蝕，從而影響閥的開關(guān)性能。于是，電動閥的設(shè)計趨勢應(yīng)運而生，雖然，與電磁閥相比，它的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，功耗也較大，但是，在可靠性這個大前提下，電動閥應(yīng)該比較具有應(yīng)用前景，當(dāng)然，在結(jié)構(gòu)上需作進(jìn)一步的調(diào)整。雙穩(wěn)態(tài)電動閥是一種設(shè)計思路，此類閥門旨在利用電磁傳導(dǎo)驅(qū)動電動閥，達(dá)到降低能耗的目的。
2.3.2 CPU選型
智能水表是一個小型的電池供電系統(tǒng)，因此，CPU的選型應(yīng)著重從低電壓、低功耗、高帶載能力考慮。Microchip Technology公司的PIC系列單片機在這方面的整體優(yōu)勢比較明顯。并且它特有的精簡指令集(RISC)結(jié)構(gòu)和總線的哈佛結(jié)構(gòu)與同類單片機相比程序代碼可節(jié)省一半，指令速度可提高五倍左右，所以不失為一個理想的選擇。再從性價比考慮，PIC16C57和PIC16C62為兩款不錯的選擇，它們片內(nèi)都自帶Watchdog定時器，前者為2K*12位EPROM，80*8位RAM，20個I/O口；后者有2K*14位EPROM，128 RAM，20個I/O口，以及7級中斷。當(dāng)然，PIC16C57更為低價，但因其無中斷功能，在軟件設(shè)計時只能采用查詢方式，相比于中斷方式，在節(jié)省功耗方面稍遜一籌，但影響不大。
2.3.3數(shù)據(jù)存儲器
數(shù)據(jù)存儲器用于存儲來自于經(jīng)CPU計算、處理后的有關(guān)水表的各種信息，如購水量、用水量、用戶編碼等等。ATMEL公司的256*8位E2PROM通用存儲器AT24LC01簡單易用，而且價格十分低廉，完全能滿足使用要求。雖然有許多性能上更勝一籌的可編程監(jiān)控類、加密類存儲器，但在象智能水表這樣的產(chǎn)品中卻無必要，因為電路板是密封在水表中的，而CPU與存儲器之間的數(shù)據(jù)交換無外部接口，所以無所謂數(shù)鋸失竊。
2.3.4 IC卡的讀寫
IC卡讀寫模塊為主控電路與IC卡的邏輯接口電路，它首先應(yīng)能實現(xiàn)對IC卡的供電，并滿足不帶電插拔的要求(若帶電插拔，有可能會給IC卡帶來損傷，甚至損壞IC卡)，這可以通過硬件和軟件兩方面來實現(xiàn)。如圖2所示，當(dāng)CPU通過IC卡座的IC卡檢測開關(guān)檢測到IC卡插入時，IC-PWR端口經(jīng)過適當(dāng)延時(10ms左右)發(fā)出一低電平，通過小功率三極管9012控制系統(tǒng)的+5V電源切入，相同地，在軟件設(shè)計時，當(dāng)對IC卡的讀寫完成后，及時讓IC-PWR端口發(fā)出高電平，切斷IC卡的供電電源，以便IC卡拔出。
此外，所有的IC卡接口部分都應(yīng)加入位保護(hù)整流管，這些二極管可以使各引腳上的電壓嚴(yán)格控制在-VD~VCC+VD之間，(VD是二極管的正向壓降，通常為0.6V左右)。這樣，可以抑制由于線路干擾和邏輯電平變化的邊沿產(chǎn)生抖動所帶來的瞬間過壓，為IC卡提供了進(jìn)一步的保護(hù)措施。
2.3.5 開關(guān)閥控制
水表閥門的開關(guān)是CPU依據(jù)一定的開關(guān)條件定時導(dǎo)通開關(guān)電器回路來實現(xiàn)的，對開關(guān)閥控制的設(shè)計要掌握兩個要點：一是在軟件上控制好對開關(guān)閥電路的電流輸出時間，也即回路導(dǎo)通時間，時間過長，電池耗能太多；時間過短，不能可靠開關(guān)閥門。二是在硬件電路上要有一個針對關(guān)閥的儲能電路，當(dāng)電源失電時，該電路能及時釋放電能，關(guān)閉閥門。
2.3.6 低電壓檢測
低電壓檢測對單片機系統(tǒng)來講是個十分重要的問題，它在某種程度上起到了保障系統(tǒng)可靠運行，避免數(shù)據(jù)出錯的作用，智能水表的設(shè)計中同樣如此。具體地講，應(yīng)該在系統(tǒng)掉電到一個門限電壓(該門限電壓應(yīng)高于CPU的最低運行電壓)時，通過相應(yīng)的電壓檢測電路把信號傳遞給CPU，CPU及時對系統(tǒng)進(jìn)行軟件復(fù)位。電壓檢測器可以選用合泰公司的HT70系列產(chǎn)品，此產(chǎn)品價位較低，而且規(guī)格十分齊全。
2.3.7 顯示
智能水表的信息(水存量、開關(guān)閥狀態(tài)、電池狀態(tài)等)顯示可通過串行液晶模塊來完成，串行液晶模塊與CPU的接口簡單，只占用數(shù)據(jù)、WR、CS三條接口線，與并行液晶模塊相比大大節(jié)省CPU的I/O口資源。另外，為了盡量滿足低功耗的要求，可讓液晶平時處于休眠狀態(tài)，用插卡喚醒的方式使其顯示。
2.3.8 脈沖信號處理
對來自于發(fā)訊基表的脈沖信號，在軟件設(shè)計時應(yīng)作"防抖動"處理。因為在實際生活中 我們經(jīng)常會遇見這樣的情況：當(dāng)自來水管中進(jìn)入一定量的空氣后，打開籠頭用水，水管會瞬間不停震動，如果此時磁鋼與干簧管的位置剛好處于臨界狀態(tài)，就會不停地將脈沖信號發(fā)給 CPU，使CPU無法正確計數(shù)。相應(yīng)的措施是當(dāng)CPU接收到一脈沖信號后經(jīng)適當(dāng)延時(該延 時只要小于水表過載流量時磁鋼與干簧管的最大吸合時間即可)。再來檢測該信號是否依然存在，如果沒有，則認(rèn)為是假信號。
2.3.9 抗攻擊模塊
抗攻擊模塊是針對采用高壓、靜電等手段對卡口進(jìn)行惡意攻擊從而引起系統(tǒng)癱瘓而設(shè)置的保護(hù)電路。象北京握奇公司，富根公司等國內(nèi)廠家有成型產(chǎn)品可以提供，性能上都比較可靠。
2.4 卡的選擇
IC卡究其功能劃分可分為普通存儲卡、邏輯加密卡、CPU卡三大類?？ㄆ鳛橛脩艉凸┧块T之間傳遞信息的載體，更作為一種虛擬幣，可靠性之外，安全性當(dāng)是首要考慮的問題。
普通存儲卡芯片無安全邏輯，設(shè)計人員一般通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的加密算法和滾動存儲相結(jié)合的方法對數(shù)據(jù)安全性加以考慮，但由于普通存儲卡內(nèi)容可通過讀卡設(shè)備直接讀出，數(shù)據(jù)能被隨意篡改，并且真實數(shù)據(jù)極有可能經(jīng)過多次反復(fù)比較得出，因而安全性較差，不提倡使用。
邏輯加密卡提供電路的邏輯硬件密碼較對功能，一般情況下，只有通過用戶密碼和應(yīng)用區(qū)密碼才能對卡內(nèi)應(yīng)用區(qū)數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問，卡內(nèi)設(shè)置密碼計數(shù)器，一旦輸入錯誤密碼次數(shù)超過密碼計數(shù)器設(shè)置次數(shù)，卡將自鎖。但是數(shù)據(jù)在卡的I/O口上是以明碼方式傳輸?shù)?，如果通過儀器"竊聽"獲得數(shù)據(jù)，就能達(dá)到制作偽卡的目的。通常的做法是對卡上重要數(shù)據(jù)進(jìn)行DES、RSA等國際通行的密碼算法進(jìn)行加密，以作為反"竊聽"的有效手段。邏輯加密卡價格比較低廉，如果智能水表的收費不納入"長安通"系統(tǒng)，那么，它將是一種不錯的選擇。像西門子股份公司的SLE4442內(nèi)含256*8位E2PROM數(shù)據(jù)存儲器，32*1位保護(hù)存儲器，和一個可編程安全碼(PSC)邏輯，比較符合水表用卡的要求。
CPU卡芯片內(nèi)本身集成有微處理器，并且有自己的片內(nèi)操作系統(tǒng)(COS)。與邏輯加密卡相比，CPU卡最主要的優(yōu)點體現(xiàn)在兩個方面：一是安全機制上更為嚴(yán)密，它的片內(nèi)操作系統(tǒng)(COS)能對密鑰進(jìn)行有效管理，并使數(shù)據(jù)在卡內(nèi)進(jìn)行加密運算、比較，從而對卡、持卡人、讀卡設(shè)備的合法性進(jìn)行相互鑒別；二是在"一卡多用"上有較強的靈活性，可以同時兼容幾種不同的應(yīng)用，卡與系統(tǒng)的互相操作受存放在卡中與系統(tǒng)中的軟件控制。尤其是第二點，對"智能卡"的意義不容置疑。但具體到水表用卡，還應(yīng)視情況而定，因為畢竟CPU卡的價格仍然較高。
參考資料 >
深圳羅湖試點推出“智能水表”，智慧用水監(jiān)控守護(hù)獨居老人.今日頭條 南方都市報.2021-07-10
智能水表的設(shè)計.大比特半導(dǎo)體器件網(wǎng).2013-07-07