专利名称：代码式智能冷水水表的制作方法
技术领域：
本实用新型属于用于预收费的自来水自动计量控制装置，具体是指代码式智能冷水水表。
背景技术：
已知的自来水水表大多为机械计量，即使用的水量直接反映在水表的计数器上，由抄表员定期抄录所用水量，再由收款员到用户处按量收费。这类水表管理模式落后、浪费很多人力和物力。经改进的水表有8位代码的智能水表，这种表基本能实现用水预收费，较传统的机械计量式水表有一定进步，但也存在可靠性和安全性差，限制按键次数(不能超过8次，如超过8次就锁死，必须由自来水公司解密，很不方便)，容易错码等缺点。
发明内容
本实用新型的目的就是为了克服现有水表存在的问题而提供一种代码式智能冷水水表。
本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现这种水表包括流量计、电动阀门、传感器、电子控制电路、数字键盘、液晶显示器。具体技术是电子控制电路电源(4)直流电池经滤波输出电压VCC，其再经稳压块IC3和滤波输出电压VCC1；电压比较器(6)三极管TN发射极经电阻接三极管TP基极，电阻串联稳压管再与串联的电阻并联，再通过IC1的3、4管脚与IC1内部模拟比较器联接共同组成比较电路(7)，比较电路接TP集电极；驱动电路(8)3个三极管TN的集电极分别经电阻后接3个三极管TP的基极，其中1个TP的集电极接另2个TP的发射极；数字键盘(9)包括1-9个按键和一个“0”按键及一个确认键和一个退格键，还有“代码”键，“显示”键；单片机IC1的管脚1经电阻接电压比较器的三极管TN的基极，IC1的管脚2、5、6分别经3个电阻后接驱动电路的3个三极管TN的基极；IC1的管脚3、4分别接在比较电路中的电阻与稳压管之间和电阻与电阻之间；IC1的管脚9接电压探测器IC4；IC1的管脚10、11、13、16、17、25、26、27、28、33接数字键盘；IC1的管脚12、32、33、35、36、37、38、39分别接数字比较器IC2的管脚6、9、10、12、13、14、15、1；IC1的管脚24经电阻接三极管TP；IC1的管脚21、22、23分别经电阻接液晶显示器LCD；IC1的管脚13、33、35、37分别接上拉电阻；IC1的管脚37、39分别接计数开关JK1和计数防伪开关JK2；电机M1分别经行程开关XK1和XK2接驱动电路中的三极管TP的集电极；IC2接电压VCC1；IC4接电压VCC1；IC1的管脚39经电阻接电压VCC1；传感器由一系列磁性开关(干簧管)及机械开关构成，是单片机的外部信号源。有计数开关、计数防伪、阀的限位开关等。
代码加密和代码解密加密指定16位主工作密钥，与16位特征码做初次DES加密，加密后的密文做为动态密钥，再与需要传递的明文信息做DES运算，得到加密后的16位十六进制码的密文，经过数制转换为四组十进制码做为智能水表的功能代码。
解密主工作密钥与16位特征码做初次DES加密，加密后的密文做为动态密钥，与用户输入的功能代码转换后的十六进制码做逆DES运算，解密析出原明文信息，进行合法性判别后，进入下一步数据处理。
本实用新型的目的还可以通过以下技术方案来实现
IC1为AVR系列单片机AT90S8515；IC2为74HC85。
本实用新型具有如下优点1、智能化程度高。
2、试码命中率为1800亿亿分之一。
3、操作方便、无故障。
图1是本实用新型的总体示意图，其中(1)阀体，(2)数字键盘，(3)液晶显示器。
图2是图1中电路原理图，其中(4)电源，(5)上拉电阻排，(6)电压比较器，(7)比较电路，(8)驱动电路，(9)数字键盘。
图3是图1中数字键盘示意图。
图4是图1中液晶显示示意图。
图5是图1中代码输入时液晶显示示意图。
图6是代码加密程序方框图。
图7是代码解密程序方框图。
具体实施方式
本水表除了具有传统水表的计量功能外，新增了电动阀门、传感器及电子控制器。电子控制器采用目前较先进的AVR系列单片机AT90S8515为核心部件，数字键盘及液晶显示器(LCD)作为数据信息传递手段。
用户预购水量及管理部门控制指令均以功能代码的形式，由键盘输入传递给表内单片机系统，由单片机系统解密析出相应的数据信息，并根据数据信息的要求进行相关处理，进而完成剩余水量累计、性能维护、开关阀门等相关控制及操作。
该实用新型的功能代码是采用国际上通用的DES加密技术(由美国国家标准局公布的数字加密标准——Data Encryption Standard)，对16位十六进制代码(64比特)的数据(密钥亦为64比特)加密生成，具有非常出色的安全防伪性能。代码加密过程如下加密运算由计算机销售管理系统完成，计算过程指定16位(64比特)主工作密钥，与16位特征码(包含用户号、区域代码等信息)做初次DES加密，加密后的密文做为动态密钥，再与需要传递的明文信息(包含用户预购量、维护指令或其它实用数据信息等)做DES运算，得到加密后的16位十六进制码(即64比特)的密文，经过数制转换为四组十进制码(每组5位)做为智能水表的功能代码。
解密运算由智能水表单片机系统完成，过程主工作密钥与16位特征码做初次DES加密，加密后的密文做为动态密钥，与用户输入的功能代码转换后的十六进制码做逆DES运算，解密析出原明文信息，进行合法性判别后，进入下一步数据处理。
DES加密技术在代码式表上的应用，使数据传递的安全性大大增强，破解概率几乎为0，无需限制用户的试码次数。
控制器内部AT90S8515单片机的采用及相关电路的设计，构成了完成DES运算的硬件条件，嵌入单片机的运算过程设计构成其软件条件。
接受功能代码后，电子控制器控制过程如下剩余水量不为0时，控制器控制电动阀门开启，允许用户用水。用户用水时，由计量传感器向控制器提供计数信号，内部数据处理单元递减剩余水量。剩余水量达到预定报警量时，控制器控制声报警器提示用户购水。剩余水量为1时，阀门关闭，用户可使用“显示”键开启阀门一次(LCD同时显示剩余水量)。当剩余水量为0时，阀门再次关闭，此时需输入新的购水功能代码后方可开启。输入新购量代码，控制器自动将新预购量累加到剩余量。
智能水表使用中，当电池电量不足时或用户有非法操作时(如用强磁干扰)，阀门自动关闭。管理部门更换电池或通过功能代码传递相应的维护指令后，控制器控制阀门开启。
代码式智能冷水水表的操作控制过程1、代码输入方法1)按“代码”键，进入代码输入状态(显示屏显现屏号及光标)，然后依次分屏输入四组数据字码，每组输入完毕后按“确认”键确认。
2)输入字符有误，可用“退格”键删除后重新输入，“退格”+“0”可退出代码输入状态。
3)四组数字码输入完毕，显示屏显示“剩余”、“累计用量”、或“存入“等信息，则说明输入数据正确；若听到两声急促报警，显示屏显示“E2”，说明输入有误，需重新输入显示“E1“表示代码失效。
4)在非输入状态，按“显示”键能显示表内基本信息反馈，可间接验证输入的正确性。
2、使用方法1)智能表出厂前，内部数据存储区已清空，阀门为关闭状态。
2)输入建户码使智能表初始化。若显示信息有“_XXXXX_”屏出现，表示该表已建户，_XXXXX_为户号。户号屏的后续屏内容为反馈码。
3)输入购量码，输入无误，智能表做系统自检，状态正常，则阀门开启；显示屏显示“存入”的预购量值，并闪烁数次。
4)用水时，表内自动记录。当剩余水量少于3立方时，智能表给出两声报警提示；剩余1立方时，阀门关闭，用户可按“显示”键打开阀门，剩余量为0时，阀门关闭，需有新的购量码输入才能开启。
5)用户再次购量时，应按“显示”键将户号及后续屏的反馈码读出并记录，反馈给自来水公司。购量后，输入新购量码，智能表自动将新预购量累加到剩余量。
6)当电池电量不足时或用户有非法操作，智能表自动关闭阀门，并伴有报警声响。用户应告知自来水公司更换电池或进行维护处理(提供维护码)，否则阀门不能开启。
电路单片机IC1管脚1经电阻R19接三极管TN10的基极，该管的集电极接地，发射极经电阻R20接TP6的基极，TP6的发射极接电压VCC，集电极分两路，一路经电阻R17、R16接地，另一路接在TP6集电极(VCC3)与电阻R18之间，R18与稳定管ZD1串联后接地。
IC1管脚3接在电阻R17与R16之间。
IC1管脚4接在电阻R18与稳压管ZD1之间。
IC1管脚2经电阻R1接三极管TN2基极，TN2集电极经电阻R7接TP3的基极，TP3的集电极经插座J2-1和限位开关XK1接电机M1。
IC1管脚5经电阻R2接TN4的基极，TN4的集电极经电阻R6接TP2的基极，TP2的集电极经插座12-2和限位开关XK2接电机M1。
IC1管脚6经电阻R3接TN6的基极，TN6的集电极经电阻R8接TP4的基极，TP4的集电极接TP3和TP2的发射极。
TP4的发射极接电压VCC、TN2、TN6、TN4的发射极分别接地。
IC1管脚8经电阻R5接TN9的基极，TN9的集电极接蜂鸣器SP，TN9的发射极接地，SP接电压VCC。
IC1管脚9接电压探测器IC4、IC4接电压VCC1和接地，IC1管脚9与IC4和VCC1之间跨接电阻R15。
IC1管脚10、11、17、16、28、27、26、25、13、33接数字键盘9。
IC1管脚24经电阻R22接TP1的基极，TP1的发射极接电压VCC1，集电极接电压VCC2。
IC1管脚21、22、23分别经电阻R30、R29、R28、R27、R26、R25接地。
液晶显示器LCD经插座J5-1-5-5接在R30与R29、R28与R27、26与R25之间，LCD接在电阻R24和地与R23和电源VCC2之间。
IC1管脚13、33、35、37接上拉电阻(5)。
IC1管脚37、39经插座J1-2、J1-3接计数开关JK1、计数防伪开关JK2，脚39经电阻R21接电压VCC1。
IC1管脚12、32、33、35、36、37、38、39接数字比较器IC2管脚6、9、10、12、13、14、15、1。
IC2管脚3接电源VCC，脚4、2接地。
直流电源(1)经滤波和稳压输出电压VCC和VCC1。
电路工作原理正常情况下，CPU处在休眠状态。“代码”键、“显示”键及计数开关和计数防伪开关可触发CPU工作。
“代码”键触发“代码”键触发CPU后，液晶显示器出现图5状态，所有数字键及“确认”“退格”等键被激活，可以输入功能代码。输入过程中，CPU控制显示器不断刷新显示。如输入正确，经确认后，显示器显示图4所示的相关内容(如“存入”水量等)；如输入有误，CPU通过IC1脚8控制蜂鸣器SP报警提示重新输入。
“显示”键触发CPU被唤醒后，IC1脚24经过TP1开关给液晶显示器上电，由CPU通过脚21、22、23把显示信息传递给显示器显示。
计数开关触发计数传感器把计数信号传递给CPU进行处理，并对处理后的数据存储、判断，进而控制执行单元(驱动电路，报警器等)进行相应操作。
防伪开关触发将用户的非法操作信息传递给CPU，CPU做信息记录，并控制驱动电路关闭电动阀门。
驱动电路由IC1脚2、5、6控制，其中脚6通过TN6、TP4控制驱动电路上电，脚2控制TN2、TP3通过XK1向电机加电，脚5控制TN4、TP2通过XK2向电机加电，以分别实现阀门开启或关闭功能。限位开关XK1、XK2分别用于限定阀门开、关位置，到位则切断电机与驱动电路的连接。
电压比较器在CPU被唤醒时，IC1脚1给出一个高电位信号，使比较器电路上电，再经过由稳压管等组成的比较电路，将标准电压和实际采样电压信号通过IC1脚3、4送回CPU，由CPU内部比较器进行判别。如采样电压低于标准电压，则通过显示器提示“换电池”，控制蜂鸣器报警提示，并关闭阀门，否则进行正常操作，完成后进入休眠状态。
数值比较器用于扩充CPU中断口(1扩4)。触发信号到来时，先经过IC2比较判别，满足条件(如A＝B)则通过IC2脚6向CPU发出中断信号，CPU再通过查询IC1管脚确认触发信号后进行处理。
电压探测器IC4监视CPU工作电压VCC1是否正常，如异常则给出一个复位信号，强迫CPU复位，以避免CPU错误操作，可以有效地保护内部数据。
正常情况下，CPU处于休眠状态，当代码键触发CPU时，计数开关和计数防伪开关触发CPU工作。代码按下后出现C状态，所有的数字键都被激活(可以使用)，可以输入代码，经确认，如正确，显示器就显示相关数据，整个电路正常工作状态，如输入错误则报警。
驱动电路由IC1脚2、5、6控制驱动电路，其中3、5控制2通过TN2、TP3控制行程开关XK1来控制电路带动阀门开启。脚5控制TN4、TP2，经行程开关XK2控制电机带动阀门关闭。脚6通过TN6、TP4控制上电。
显示键触发显示键触发后，CPU脚24经TP1开关给显示器加电，由CPU脚21、22、23把显示信息传递给显示器。
计数开关把计数信号给CPU进行处理，处理后的信息储存起来。
电压比较器CPU先给比较器一个信号，使比较器电路上电，再经过由稳压管组成的比较电路，把信号传递给CPU，如果低，提示更换电池，如果电压合适则等待下一次中断触发。
数字比较器主要起扩CPU中断口(扩4个)用。触发信号触发IC2，IC2经判断后是否需触发CPU，如需要就给CPU信号，CPU反过来又查询IC2管脚，经判断后进行处理。
电压探测器IC4探测CPU工作电压是否正常，如低于工作额定电压，给CPU一个复位信号，可以有效保护CPU的数据。
权利要求1.一种代码式智能冷水水表，它包括流量计、电动阀门、传感器、电子控制电路、数字键盘、液晶显示器，其特征是I、电子控制电路电源(4)直流电池经滤波输出电压VCC，其再经稳压块IC3和滤波输出电压VCC1；电压比较器(6)三极管TN发射极经电阻接三极管TP基极，电阻串联稳压管再与串联的电阻并联，再通过IC1的3、4管脚与IC1内部模拟比较器联接共同组成比较电路(7)，比较电路接TP集电极；驱动电路(8)3个三极管TN的集电极分别经电阻后接3个三极管TP的基极，其中1个TP的集电极接另2个TP的发射极；数字键盘(9)包括1-9个按键和一个“0”按键及一个确认键和一个退格键，还有“代码”键，“显示”键；单片机IC1的管脚1经电阻接电压比较器的三极管TN的基极，IC1的管脚2、5、6分别经3个电阻后接驱动电路的3个三极管TN的基极；IC1的管脚3、4分别接在比较电路中的电阻与稳压管之间和电阻与电阻之间；IC1的管脚9接电压探测器IC4；IC1的管脚10、11、1 3、16、17、25、26、27、28、33接数字键盘；IC1的管脚12、32、33、35、36、37、38、39分别接数字比较器IC2的管脚6、9、10、12、13、14、15、1；IC1的管脚24经电阻接三极管TP；IC1的管脚21、22、2 3分别经电阻接液晶显示器LCD；IC1的管脚13、33、35、37分别接上拉电阻；IC1的管脚37、39分别接计数开关JK1和计数防伪开关JK2；电机M1分别经限位开关XK1和XK2接驱动电路中的三极管TP的集电极；IC2接电压VCC1；IC4接电压VCC1；IC1的管脚39经电阻接电压VCC1。
2.根据权利要求1所说的水表，其特征是IC1为AVR系列单片机AT90S8515；IC2为74HC85。
专利摘要一种代码式智能冷水水表，由流量计、电动阀门、传感器、电子控制电路、数字键盘、液晶显示等组成。电路包括单片机、数字比较器、电压探测器、电压比较器、驱动电路、电动机、计数开关、计数防伪开关、蜂鸣器等。代码加密是指定16位(64比特)主工作密钥，与16位特征码做初次DES加密，再与需传递的信息做DES运算，得到16位十六进制码，经过数制转换为四组十进制码，做为功能代码。代码解密由单片机完成。
文档编号G07F15/06GK2638037SQ03213079
公开日2004年9月1日 申请日期2003年5月12日 优先权日2003年5月12日
发明者阎廷辉, 谷庆东, 李玉成 申请人:阎廷辉