智能卡水表及其专用集成电路的设计与实现.doc

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1、智能卡水表及其专用集成电路的设计与实现第5卷,第1l期Vol5.No11电子与封装ELECTRONICS&PACKAGING总第31期2005年11月电路设计与制造智能卡水表及其专用集成电路的设计与实现王天科(东北微电子研究所,辽宁沈阳110032)摘要:本文介绍了一种新型智能卡水表.它较好地解决了普通Ic卡表易受攻击和可靠性低的缺点.该表内部采用两块具有自主知识产权的专用集成电路LC47127和LC47128.还介绍了这种新型电表的性能特点与功能结构以及应用原理和方法.表明这是一种适合我国国情的替代传统水表的优选方案.关键词:IC卡;智能卡;水表;专用集成电路中图分类号:TH7;TN

2、492文献标识码:A文章编号:1681-1070(2005)11-36-04TheDesignandImplementationofSmartCardWaterMeterandASICWangTian-ke(NortheastMicroelectronicsResearchInstitute,LiaoningShenyang,I10032,ChinaAbstract:Thispaperintroducesanewkindoffissionsmartcardwatermeter.whichsolvedeffectivelydefectthatcommonICcardprepaymentmeter

3、attackedanditsreliabilityislow.ThisnewmeteradoptedtwoASICLC47127LC47128inpossessionofintellectualproperty.Thispaperalsoprovidesbriefoverviewofthenewcardwatermeter,andLC47127LC47128,includingtheirmajorfeatures,functionaldiagram,andapplicationmethod.Itisatop-priorityprojectthatfitintoournationalcondit

4、ions.Keywords:ICcard:Smartcard:Watermeter;ASIC1引言我同是一个淡水资源贫乏的国家,节约用水将是长期的基本国策.目前城市的供水公司普遍存在经营性亏损,几乎都需要围家财政资助来维持居民的生活用水.为扭转局面,国家开始上调水价,还要从技术上逐步对现有落后的计量水表进行更新换代,三表(电表,水表,煤气表)智能化T程是我闫重点支持的新兴高技术产业,中国住宅产品发展纲要等国家建设部和科委的若干文件中都对_二表提出了智能化网络化要求.开发可靠价廉,易于推广应用的预付费智能卡式水表及其网络系统是今后智能水表行业的主要产收稿日期:2005050936一业发展方向.本

5、文介绍的智能卡水表是利用我们开发成功的两块专用计量芯片LC47127,LC47128添加少量的外同元件构成,它设计思路新颖,结构独特,简单实用.这种预付费卡表抛开了一般Ic卡表所采用的单片机电路结构,改为全数字硬件逻辑方式,克服了常规Ic卡表抗攻击能力弱的缺点,保留了Ic卡表的基本优点,而且价格低于普通IC卡表.利用这一具有显着技术特点的新型机电一体化计量水表,可以解决人工查收水费的种种弊端,提高自来水公司管理水平及经济效益,合理用水,节约用水,从而缓解水资源日益短缺的矛盾.第5卷第11期王天科:智能卡水表及其专用集成电路的设计与实现2智能卡表专用计量芯片EC47127,EC47128的功能原

6、理采样脉冲输入回传输c+5VLC47127,LC47128是两块专为计量表设计的大规模集成电路,既可用于机电一体化水表也可用于电表和煤气表.采用CMOS工艺制造,SDIP28管脚,其主要原理见图1,图2.计量脉冲输入RC时钟控制上电复位加密变换c+5V网1LC47128内部结构原理网写入密码写入开锁写入量识别密码输入写入控制接蜂呜器报警图2LC47127内部结构原理图键控输入起用量Vs选样一37第5卷第11期电子与封装LC47128芯片主要功能:对取样脉冲信号进行整形,鉴别,分频处理,对处理数据进行寄存,对回传输入的解锁编码信号和其他相关量进行译码判断,再经逻辑控制器综合各种信息进行运算后,向

7、外输出基准计量脉冲信号,以及发出相应的关闭或接通指令.LC47127芯片主要功能:接收基准计量计脉冲信号,冲减数据寄存器中的存量,当冲减正确时,产生回传特征码输出.另外,可键控输出串行的解锁特征码.芯片可直接驱动四位LED数码管,显示充值剩余量.它具有逻辑加密锁,充值时必须先输入写入密码对其识别无误后才能写入数据并贮存在芯片的寄存器中.3智能卡水表结构原理智能卡表由水表基表,磁发讯取样电路,主控模块,红外光接口电路,电控阀和有源模块显示卡等组成.图3是智能卡水表结构原理图./出水口一38一U鞴翼式冷水表IIl_Jl件IG光转接口4进水口图3智能卡水表结构原理图智能卡水表的结构十分简单,它是在一

8、个表阀一体化的普通发讯水表基础上增加一主控模块,外有封闭的塑料外壳,壳外部设有卡槽.与之配套的智能显示卡推入槽内即可使用.智能卡水表基表选用旋翼式发讯干式水表;磁发讯取样电路是干簧管结构,它安装在表芯内部相应的转轮旁;主控模块内主要的核心元件是LC47128(U1),通过红外光转换电路与显示模块卡适时交换数据;智能卡内主要有显示专用芯片LC47127和四位LED数码管,用户可一次购买1999m.水,当卡内水存量为零并达到赊用量(0.1m)时作用于主控模块,自动关阀断水.赊用量是一种人性化设计,以免特殊时刻关阀停水,给使用者带来不便,用户充值插卡后再扣回相应赊用量;电控阀是由电池供电的直流齿轮减

9、速电机和具有精密结构的球阀组成.4智能卡式水表的电气原理冈4示出了主控模块电气原理.模块的取样信号来自干簧接点GH,正定为水表每流出0.1mGH动作一次,加于U1的8脚为高电平脉冲,则在11脚即产生一编码信号输出加于红外发射管Fs,当智能显示卡收到Fs的光信号后即作减计数运算(从卡内的存水量中减去0.1m),运算正确后产生一回传编码,红外光信号通过红外接收管GJS网4主控模块电气原理图第5卷第11期王天科:智能卡水表及其专用集成电路的设计与实现加于u1的7脚,经U1确认无误自动转入下一T作周期.当智能显示卡剩余水量为0(或脱卡运行)时,智能显示卡不再回传信号,U1将自动转入赊用工作状态,当赊用

10、水量达到规定值时U1的17脚输出高电平,三极管QG导通,减速微电机QM工作,带动球阀关闭断水.此时用户必须持卡交费充值,充值卡推入卡槽按智能显示卡上的解锁键,解锁密码红外光信号通过GJS加于U1的7脚,经U1确认无误后在18脚输出高电平,QK导通,QM获得一个与关阀时相反的电压,此时球阀开启供水,与此同时U1的11脚发出信号使先前赊用水量从卡中减掉.在整个过程中主控模块与智能显示卡始终保持着通讯关系.另外,主控模块还具有低电压和强磁体干扰保护,只要U1的7脚输入的高电平脉宽超过一定数值,U1的17脚即发出关闭指令,只有恢复常值才能复位.5智能卡水表的主要特点智能卡水表具有通用Ic卡水表的基本功

11、能,如:先交费,后用水,欠费自动断水,通过微机售水管理,用户主动交费,不用登门抄表收费,有提示交费报警功能及电池低电压断电数据保护等.除此之外,还具有自己独特的优点:?专用电路结构购电卡,不同于普通Ic卡,不易破译,保密性强.?专用集成电路结构其可靠性和抗干扰能力优于单片机的软件编程系统.?智能卡本身具有显示功能,用户可随时查看内剩余水量.?可以组装成分体式结构,适合于水表移到户外的安装方式,而显示和插卡仍在户内,用户使用非常方便.表卡之间的通讯线不怕短路和断路,只要违规使用就会自动断水.6结论智能卡水表除具有通用Ic卡水表的基本功能之外,还具有抗攻击抗破坏能力强,结构简单,方便易用等特点,是

12、一种适合我国国情的替代传统水表的优选方案.参考文献:1李树良等.分体式预付费有源模块卡式电能表及其专用Ic的设计与实现.半导体行业,2001(4):37402程佩青.数字信号处理教程.北京:清华大学出版社,1995作者简介:王天科.男,陕西宝鸡人,高级工程师,现在中同电子科技集团公司东北微电子研究所从事微电子技术和计算机应用技术研究作.:德0撼;疆量研科技推出灵活触摸传感器芯片英商量研科技股份有限公司宣布推出Qtouch电荷转移(QT)QT1101,它是专为诸如电气和电子设备,游戏机,移动设备等消费类应用而设计的集成电路.它是一款完整的数字控制器,能检测到接近或触摸多达10个独立按键时的信号.

13、QTll01的电极可发射能穿透任何电介质(如玻璃或塑料)的独立感应场,并具有连续白校准功能,无需进行调整.每一个信道可相对其他信道独立操作,通过调节相应的外部电容,每个信道可以调整到一个特定的灵敏度电平,从而实现高度的灵活性.QT1101采用的扩频脉冲串技术可提供很强的抗噪声性能,还能与其他QT芯片或外部源同步以抑制低频干扰.在低功耗模式,3V电压T作时该芯片仅消耗60A.一个典型的设计只需少量外部元件,而且通过采用QT检测原理,QT1101具有成本低,可靠性高且鲁棒性强的检测能力,可替代传统的电容触摸传感器芯片,为机械式开关提供有吸引力的,易于实施的方案.该传感器芯片采用QFN一32或48SSOP无铅封装,单电压2.8VDC-5.5VDC供电.(本刊通讯员)一39