基于RFID（射頻IC卡）的水控管理系統(tǒng)簡析

文章出處：http://botanicstilllife.com 作者：王斌 人氣： 發(fā)表時(shí)間：2010年05月29日

RFlD水控管理系統(tǒng)應(yīng)用背景

在提倡人與自然可持續(xù)發(fā)展的今天，環(huán)境資源的保護(hù)越來越多的受到人們關(guān)注，其中水資源的日益短缺是一個(gè)不容樂觀的沉重話題，節(jié)水已經(jīng)成為世界各國的重要研究課題。目前，我國的用水情況不容樂觀，存在著巨大的浪費(fèi)。在節(jié)水措施中，除了提高人們節(jié)約用水意識(shí)，提倡少用水、使用中水等外，應(yīng)用技術(shù)方法來控制水頭出流終端是一個(gè)十分有效的手段。

隨著電子信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，終端水控已經(jīng)可以通過機(jī)械、電子信息、工控等技術(shù)來實(shí)現(xiàn)用水自動(dòng)化管理。其管理功能主要有閥門控制、身份認(rèn)證、水費(fèi)支付、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理等。

高校的用水情況主要為生活用水，其中以學(xué)生生活飲用水、公共浴室淋浴等公共用水為主。以學(xué)生浴室為例，一般高校的浴室采用傳統(tǒng)的售票式或每次刷卡的方式，這種管理方式只是按洗浴次數(shù)進(jìn)行收費(fèi)。學(xué)生進(jìn)入后，由于沒有受到用水量、用水時(shí)間的限制，沐浴時(shí)間任意，很多學(xué)生隨意使用沐浴水，甚至在浴室內(nèi)洗衣服，這樣一來，造成用水的極大浪費(fèi)。各高校后勤行政管理人員也采用相應(yīng)處理辦法，采用的水控方法主要有定時(shí)沐浴、機(jī)械踏板式、投幣式、紅外感應(yīng)式等等。但在實(shí)際應(yīng)用中，上述方式存在諸多問題。比如，定時(shí)沐浴、投幣式管理靈活性差、機(jī)械踏板式易損壞難以維護(hù)、紅外感應(yīng)式感應(yīng)率低，易手污損造成使用不便。

而RFID技術(shù)的發(fā)展給射頻卡極大的應(yīng)用空間，利用射頻識(shí)別技術(shù)來實(shí)現(xiàn)終端水控，可以避免傳統(tǒng)水控方式的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)用水自動(dòng)化管理。因?yàn)樯漕l識(shí)別技術(shù)為非接觸識(shí)別，體積小 形勢多樣、抗污染能力強(qiáng)、可實(shí)現(xiàn)無屏障閱讀，且采用的電子標(biāo)簽成本低、存儲(chǔ)容量大、能快速識(shí)讀和重復(fù)使用。因此成為了目前最為先進(jìn)、高效的終端水控方式。

2 RFID水控管理系統(tǒng)功能

在提倡人與自然可持續(xù)發(fā)展的今天，基于RFID技術(shù)的水控管理技術(shù)主要能實(shí)現(xiàn)以下功能(以浴室水控為例)：

1．信息數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示：當(dāng)射頻卡位于閱讀器感應(yīng)區(qū)時(shí)，閱讀器上通過數(shù)碼管顯示用戶卡上余額，然后可立即進(jìn)入用水計(jì)費(fèi)狀態(tài)。

2．消費(fèi)模式：消費(fèi)模式有預(yù)扣水費(fèi)模式、實(shí)時(shí)計(jì)費(fèi)模式、計(jì)次模式等幾種，

(1)預(yù)扣水費(fèi)模式：讀卡時(shí)會(huì)扣除默認(rèn)金額值，該值大小對(duì)應(yīng)默認(rèn)依次淋浴常規(guī)時(shí)間或流量，中途再次讀卡即停水，并退回余額。若超出設(shè)定值可再次讀卡，十分靈活；

(2)實(shí)時(shí)扣費(fèi)模式：讀卡就出水，并根據(jù)用水量實(shí)時(shí)進(jìn)行扣費(fèi)；

(3)按次計(jì)費(fèi)。讀卡一次出一次水(出水量可以設(shè))，可以限定一天或一個(gè)的刷卡次數(shù)。

3．計(jì)費(fèi)方式：

(1)按使用時(shí)間計(jì)費(fèi)，時(shí)間準(zhǔn)確到1毫秒，金額準(zhǔn)確到0．1分錢；

(2)按使用的流量計(jì)費(fèi)，外接脈沖流量表，根據(jù)脈沖水表發(fā)回來的脈沖數(shù)來計(jì)算產(chǎn)生的流量再進(jìn)行計(jì)費(fèi)。

4．控制閥體：支持控制電磁閥和電動(dòng)閥兩種閥體?？刂破鞑捎萌芊夥浪O(shè)計(jì)，保汪使用安全。

5．由于射頻卡采用Mifare one卡，保證卡內(nèi)數(shù)據(jù)安全，從而保證了用戶使用金額的安全性。

6．通過卡片可以采集終端用水量數(shù)據(jù)，并得到總的出水量， 可以通過系統(tǒng)設(shè)定限制每張卡單日或單月的最高用水時(shí)間或用水量

7．可以對(duì)水控POS機(jī)進(jìn)行在線系統(tǒng)升級(jí)，定期進(jìn)行維護(hù)，以更好的擴(kuò)充和完善系統(tǒng)功能。

8．系統(tǒng)供電采用24伏安全電壓集中供電，并帶漏電保護(hù)開關(guān)，且控制器件做_r嚴(yán)格防水處理，使用安全可靠。

3 RFID水控管理系統(tǒng)組成

一個(gè)完整的RFID水控管理子系統(tǒng)一般由電源(包括UPS)、電磁閥、脈沖水表、節(jié)水控制器(RFID閱讀器)、管理工作站及其他通訊中間件等，水控管理系統(tǒng)。

在系統(tǒng)組成部分中，管理工作站、通訊組件、數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)等屬于子系統(tǒng)平臺(tái)，而實(shí)現(xiàn)節(jié)水控制和用水自動(dòng)化管理的為前端設(shè)備，即控制器、電磁閥、脈沖水表等等。其中，核心部件是節(jié)水控制器?？刂破髦饕獙?shí)現(xiàn)金額數(shù)據(jù)顯示、用戶身份識(shí)別、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、流量脈沖采集、計(jì)時(shí)、數(shù)據(jù)通信、電磁閥驅(qū)動(dòng)控制等等，其主要構(gòu)成部分作用如下：

(1)微處理器：微處理器調(diào)動(dòng)和協(xié)調(diào)各部分的工作，并對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析運(yùn)算和處理，是控制器的核心。

(2)讀寫卡電路：讀寫卡電路模塊與天線模塊接口，通過天線模塊工作，發(fā)出讀卡信號(hào)，接收電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)信息，完成識(shí)讀。通過上位機(jī)管理系統(tǒng)軟件，將數(shù)據(jù)信息發(fā)送至射頻電子標(biāo)簽，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)寫入。

(3)存儲(chǔ)器：存儲(chǔ)用戶身份信息、射頻卡消費(fèi)數(shù)據(jù)信息、用水時(shí)間信息、流量數(shù)據(jù)等信息，供微處理器及上位機(jī)調(diào)用。并通過保密設(shè)計(jì)，能保證數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的安全性。

(4)顯示電路：通過LED或者LCD顯示模塊以及相應(yīng)驅(qū)動(dòng)、譯碼電路，將數(shù)據(jù)如卡內(nèi)余額、流量、時(shí)間等顯示出來。

(5)通信電路：通信電路模塊包括通信控制器和電平轉(zhuǎn)換器兩部分。其主要功能是通過數(shù)據(jù)總線(如CAN總線)完成控制器與控制器、控制器與上位機(jī)之間的通訊，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)數(shù)據(jù)傳輸。

(6)采樣電路：采用電路主要針對(duì)脈沖水表，電路包括限流電阻和光電耦合器，通過數(shù)據(jù)采用，完成流量計(jì)量工作。

(7)閥門驅(qū)動(dòng)電路：閥門驅(qū)動(dòng)電路主要完成對(duì)控水器件—— 電磁閥的驅(qū)動(dòng)控制，通過對(duì)電磁閥的開啟控制完成水管的開關(guān)。

(8)時(shí)鐘電路：在校園一卡通消費(fèi)計(jì)費(fèi)系統(tǒng)中，消費(fèi)流水?dāng)?shù)據(jù)必須具有時(shí)間記錄，從而來表示消費(fèi)發(fā)生時(shí)刻和消費(fèi)數(shù)據(jù)發(fā)生次序，滿足結(jié)算和查詢的要求。時(shí)鐘電路一般有串行時(shí)鐘芯片和外圍電路構(gòu)成。