专利名称：机井供水自动收费自动控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种水费自动收费管理系统，具体是涉及一种机井单户或多户用水的自动收费自动控制系统。
背景技术：
为促进农业高产、稳产，很多地区在大力推广机井灌溉。机井灌溉用水的计量方法，因分散在广域大地，目前主要是采用水表计量，计量精度很差。国内虽开始使用自动化控制机井用水的计量，在信号采集方面，国内目前主要有二类产品。一类是简单的售水控制器，是用电表电量间接折算成水量而进行控制的。水泵的不同，各种电机的不同，负载的改变，空载电流的大小等诸多因素都直接影响电量与水流量之间的变换系数，因此以电量折算控制供水是不合理的。另一类产品能够实现以真实计水，其计量方式都是通过水表或流量表进行的，最小计量单位一般在1m3，精度不高。
发明内容本发明的目的，是提供一种人机交互界面友好，方便，数据量大，保密性强，控制性能好，用水计量精度高，可实现突然停电保护和电源缺项保护的机井供水自动收费、自动控制系统。
采用的技术方案是机井供水自动收费自动控制系统，包括供水自动收费管理机子系统和机井供水自动计量自动控制器子系统。两者之间的数据传送是以IC卡为媒介进行的。供水自动收费管理机子系统完成对用户供水写卡和信息管理。机井供水自动计量控制器子系统，包括计量控制器、流量传感器和机井配电箱。流量传感器对供水进行计量控制，将获得信息反馈到计量控制器。
供水自动收费管理机的工作功能是(1)向用水用户以IC卡形式预售水量，对卡充值时直接将购水款按当前水价格转换成水量写入IC卡中。
(2)制作供水管理人员专用的检查卡等管理卡。
(3)可读取用户IC卡中的信息和管理人员的管理卡中的信息。
(4)自动存储售水记录。
(5)查询用户购水记录。
(6)当用户IC卡丢失，可以补卡，并自动作废丢失的IC卡。
(7)连接打印机，可以打印购水单据。
供水自动计量自动控制器的工作过程(1)按密码自动识别插入的IC卡是否为本系统IC卡，是否为本机井的IC卡，并给出相应提示。
(2)插卡后，若核实无误，则顺序自动显示该用户卡号，上次的购水量，目前用户累计实际剩余可用水量。
(3)当用户卡中有剩余可用水量时，自动启动水泵供水，随着用户用水过程自动进行计量，并随时显示出用户卡的实际剩余可用水量。
(4)采样流量传感器获取用户实际用水量，并在IC卡和控制器中的存储器中自动减去所使用的水量。
(5)当用户卡中剩余水量为零时，自动停止供水。
(6)供水管理人员可用专用检测卡提取控制器中各用户的信息，对丢失卡的补卡提供核实数据。
(7)每台机井上的一个控制器可管理多个用水用户(暂定200户)，每个用户按自己需要使用IC卡，单独计量互不干涉。
(8)控制器中具有水泵电机过载保护，电机电源缺相保护等自动功能。出现电源故障可自动停机保护。
用户使用时，首先持IC卡在管理部门购买水量，供水自动收费管理机子系统的主机便按当前水价和用户购水金额计算为水量写进IC卡内，然后用户持IC卡插入机电井泵房内的控制器，控制器对IC卡进行帐户和水量确认后，即可启动水泵供水。水泵供水后，控制器通过安装在水泵出口的流量传感器实时采集供水量，按实际用水量扣除IC卡内的水量，并随时显示用户剩余实际可用水量。当供水结束后，拔下IC卡，控制器切断水泵电源，自动停止供水。或者当IC卡用户实际剩余可用水量为零时，控制器也将切断水泵电源，关闭水泵，停止供水。
本发明的优点1、管理机提供完善的人机交互界面，数据量大，保密性强管理机为普通微机系统，使用汉字界面，直接在键盘上操作，界面友好，直观。存储信息量充足可存储用户的姓名，地址，所使用的供水机井号，用户卡号；历次购水数据可按需要年限保存。
2、突然停电下的数据保护功能在对IC卡写数据过程中如果遇到突然停电，可能使多字节数据只写入部分而使整个数据发生错误，直接造成用户可使用的水量值发生错误，错误的严重性可想而知。IS2005控制器在其5V直流供电电源上接入一个容量高达1法拉的电容，在突然停电时或电源出现故障时可以维持供电几十秒以上，远远超过写数据所需时间，保证无误。另外，由于1法拉电容的接入，使控制器可以在电源有丢波、垂迟、瞬间电压过低等干扰时也可正常工作。
3、具有微机检测电源缺相，电源故障功能控制器使用微机自动检测水泵三相电源，缺相反应灵敏、速度快，可靠性高。在水泵电机的三相电源进线端接三个小继电器，电源正常供电时，继电器的三对常开触点吸合，低电平经三对常开触点接入到控制器的检测端，当电源有任何一相缺相或有故障时，控制器中的单片机即可检测到，马上进行必要的数据处理，并提示。而此时控制器的供电直流电源由于有电容效应还是稳定的，数据处理不会发生错误。而目前的计算机系统或控制器中使用的检测方法或电源监测芯片都是监测的供电直流电源，当监测到异常时再进行数据处理由于是在电源异常时进行的所以要产生错误。
4、保护型面板设计可防止误操作和延长IC卡使用寿命使用推弹式IC卡座，防止普通插拔式IC卡卡座插拔时对IC卡接触点表面的划痕，使IC卡使用更可靠。为防止新用户在不熟悉产品的情况下对控制面板误操作或不小心误按按纽，停止按钮设置成延时开关按钮，用户要停止用水只要按弹出键0.6秒以上，卡则自动弹出，且将当时的流量准确的记录。
5、具有丢失卡处理，补卡，自动作废挂失卡的功能现有的智能卡除各类银行卡外，尚不具备丢卡后的数据恢复与保护功能，例如医保卡、公交车IC卡、电话卡等，虽然这些系统有着庞大的服务体系和强大的网络系统平台，但仍没能实现IC卡丢失后的剩余资金补回，现有的用水计量设备也不例外。本系统当用户不慎将IC卡丢失后，可以到售水处挂失和补卡。由于本产品控制器和IC卡在工作时同步刷新数据，同步保存记录，通过管理卡对控制器记录和管理机缴费记录验证，可读取回用户原卡实际剩余可用水量，据此为用户进行补卡。而补卡一经插入控制器中，立即将原来丢失的卡挂失作废。控制器具有识别功能，即使有人拾到丢失的IC卡私自到机井控制器上使用，控制器会自动识别拒绝其使用，保护用户利益。
图1是本系统使用总流程图。
图2是供水自动计量自动控制器操作流程示意图。
图3是控制器包括的主控电路示意图。
图4主程序流程框图。
具体实施方式
机井供水自动收费自动控制系统，包括供水自动收费管理机和机井供水自动计量自动控制器。两者之间的数据传送是以IC卡为媒介进行的。机井供水自动计量控制器，包括计量控制器5、流量传感器6和机井配电箱7。流量传感器6装设在输水管路8上。
机井供水自动计量自动控制器系统以MCS-51单片机构成控制核心，以IC卡中的存储数据为供水自动控制依据。显示器为常用的LED数码管，用可编程键盘/显示控制芯片8279控制，138做译码器，段和位的驱动器均采用七达林顿反相驱动器MC1413。控制器系统内的数据存储器用flash闪存作为用户数据的备份存储器，系统采用推弹式IC卡卡座，其卡面接触时划痕小，接触紧密，对卡损伤小，比其他插卡卡座更为可靠。由于弹卡线圈在弹卡时瞬间的电流达到2安以上，这对电源将产生很大冲击，影响电源寿命，同时也将在电源上产生较大干扰，本电路采用电容贮电放电的弹卡线圈供电方式，弹卡有力而又避免了上述缺点。
控制器电源直接用220v交流，供给变压器后，整流、滤波得+12v、-12v、+5v。
机井供水自动计量自动控制器程序流程是开机首先初始化系统，对机井供水自动计量自动控制器中的各寄存器、标志位初始化，键盘、显示初始化，计数/定时器初始化。
初始化稳定后，系统按顺序首先检查是否插有IC卡，若无卡，数码管显示“IC-no”，提示控制器内无卡，应插入IC卡。
若有卡，延时一段时间再次确认，若再次确认有卡，则辨别是否为本系统使用的1C卡核对IC卡中存储的密码(总计16位密码)，若密码不符，说明不是本系统的IC卡，数码管显示“IC---E1”，提示用户IC卡是错误卡，为第一类错误。
若与系统密码相符，再继续辨别IC卡的性质是售水部门使用的检查卡还是用户使用的用户供水卡？核对IC卡中存放的密码是二者中的哪一类，并按核对后卡的性质转移到检查程序或用户供水程序，若均不是，说明IC卡为非上述二类卡，为错误卡，数码管显示；“IC-E2”，提示用户IC卡是错误卡，为第二类错误。
若该卡是用户使用的供水卡(售水部门使用的检查卡功能在后边另述)，则再继续检查此卡是否为本机泵(或机井)卡，核对机井密码；不符，则数码管显示“IC-E37，提示用户IC卡是错误卡，为第三类错误。
若该卡是本机井IC卡，则再继续辨别该IC卡是否为已挂失的失效卡。其原理是，当用户IC卡丢失后；售水部门用检查卡检查系统内存储备份的该用户的上次购水日期、购水量、剩余可用水量等各种数据，并按实际所剩可用水量补写一个新卡和新的有效号，同时在控制器的闪存中将原来卡的有效号更新。这样即使别人捡到该用户丢失的IC卡，也无法私自使用，保护了用户利益，减小了用户损失。若核对该卡后为挂失的IC卡，控制器数码管显示“IC-E4”提示用户IC卡是错误卡，为第四类错误。
若该卡上述几种密码均核对无误，则读出该机井在系统中的序列号，该卡在该机井中的序列号，同时在数码管上将机井序列号和该卡序列号显示出来“XXX---XXX”5秒钟，以备用户查看。
然后从IC卡中读出该用户最后一次购水量(以0.1吨为单位)，并在控制器数码管上显示用户最后一次购水量6秒钟。
再从IC卡中读出该用户实际剩余可用水量(以0.1吨为单位)，并在控制器数码管上显示用户实际剩余可用水量6秒钟。
显示上述数据备用户查看及核对。
若用户IC卡中实际剩余可用水量为零，则不启动水泵，若用户实际剩余可用水量不为零，则数码管在显示完用户实际剩余可用水量6秒钟之后，连续闪动6次，共3秒钟，提示用户即将启动水泵。在开机及连续闪动的整个过程中，若用户只想查看核对水量而不想启动水泵，只要连续按弹卡键0.6秒钟，则卡自动弹出。在启动电机后的整个供水过程中，亦如此，什么时候用户想停止泵水，只要连续按弹卡键0.6秒以上即可弹出IC卡，水泵自动停止。(之所以选择连续按弹卡键0.6秒以上生效，是为防止用户不小心误触碰弹卡键，只要不是连续稳定地按0.6秒以上，弹卡功能是不会生效的。)若用户卡中实际剩余水量不为零，则启动水泵。在启动水泵20秒后的所有供水期间，程序都在随时自动检测三相电源是否掉电缺相，有缺相则自动停泵保护水泵电机。
水泵启动后流量传感器自动记录流过的水量。所用流量传感器为涡流式流量传感器，精度好。流过每吨水将产生27783个脉冲。每流过0.1吨水即2778个脉冲，CPU将用户实际剩余可用水量减0.1吨，写IC卡一次。由于是连续记录脉冲，虽然每0.1吨写卡一次，但并不意味精度或分辨率为0.1吨，而是按吨/27783分辨率连续计量，只是在停机前的最后一次写卡中放弃不足0.1吨的误差。这是符合国家有关IC卡使用规定的。
每写卡10次，则自动在控制器系统中的存储器中备份一次。而当系统检测到停电或弹卡时，立即进行写IC卡操作，同时，在控制器系统中的存储器中进行备份。这样即满足了系统中的存储器可以连续保持备份时间长，又避免由于每10次写卡而造成的备份精度不够问题。
水泵运行后，系统自动记录水量，为零时，也将自动停泵。
若是售水部门的检查卡，则系统将不再识别该卡是否为本机井所用IC卡，而直接允许进入，使检查卡可以在各个机井间通用。检查卡插入后，可读出存储在系统中的用户备份的各种数据并写入检查卡中，从而为丢失卡补卡业务提供可靠数据。
程序用MCS-51汇编语言编写，代码利用率高，节省存储地址单元。
权利要求
1.机井供水自动收费自动控制系统，包括供水自动收费管理机子系统和机井供水自动计量控制器子系统，其特征在于A、供水自动收费管理机子系统与机井供水自动计量控制器子系统，两者之间的数据传送是以IC卡为媒介进行的；B、机井供水自动计量控制器子系统，包括计量自动控制器(5)、流量传感器(6)，流量传感器(6)装设在输水管路(8)上，流量传感器(6)的信号输出端与自动计量自动控制器(5)的信号输入接口对应连接；C、计量自动控制器(5)以CPU单片机构成控制核心，以IC卡中的存储数据为供水自动控制依据，采用推弹式IC卡卡座；D、机井供水自动计量自动控制器子系统的工作程序包括(1)开机首先初始化系统，对机井供水自动计量自动控制器中的各寄存器、标志位初始化，键盘、显示初始化，计数/定时器初始化；初始化稳定后，系统按顺序首先检查是否插有IC卡，若无卡，数码管显示“IC-no”，提示控制器内无卡，应插入IC卡；若有卡，延时一段时间再次确认，若再次确认有卡，则辨别是否为本系统使用的1C卡核对IC卡中存储的密码(总计16位密码)，若密码不符，说明不是本系统的IC卡，数码管显示“IC-E1”，提示用户IC卡是错误卡，错误类型为1；若与系统密码相符，再继续辨别IC卡的性质是售水部门使用的检查卡还是用户使用的用户供水卡？核对IC卡中存放的密码是二者中的哪一类，并按核对后卡的性质转移到检查程序或用户供水程序，若均不是，说明IC卡为非上述二类卡，为错误卡，数码管显示；“IC-E2”，提示用户IC卡是错误卡，错误类型为2；若该卡是用户使用的供水卡，则再继续检查此卡是否为本机泵或机井的IC卡，核对机井密码，不符，则数码管显示“IC-E3，提示用户IC卡是错误卡，错误类型为3；若该卡是本机井IC卡，则再继续辨别该IC卡是否为已挂失的失效卡，若核对该卡后为挂失IC卡，自动计量自动控制器数码管显示“IC-E4”，提示用户IC卡是错误卡，错误类型为4；若该卡上述几种密码均核对无误，则读出该机井在系统中的序列号，该卡在该机井中的序列号，同时在数码管上将机井序列号和该卡序列号显示出来，以备用户查看；(2)从IC卡中读出该用户最后一次购水量，并在自动计量自动控制器数码管显示用户最后一次购水量；再从IC卡中读出该用户实际剩余可用水量，并在自动计量自动控制器数码管显示用户实际剩余可用水量；显示上述数据备用户查看及核对；若用户IC卡中实际剩余可用水量为零，则不启动水泵，若用户实际剩余可用水量不为零，则数码管在显示完实际剩余可用水量之后，连续闪动，提示用户即将启动水泵，在开机及连续闪动的整个过程中，若用户只想查看核对水量而不想启动水泵，只要连续按弹卡键0.6秒钟，则卡自动弹出，在启动电机后的整个供水过程中，什么时候用户想停止泵水，只要连续按弹卡键0.6秒以上即可弹出IC卡，水泵自动停止；(3)若用户卡中实际剩余水量不为零，则启动水泵。在启动水泵20秒后的所有供水期间，程序都在随时自动检测三相电源是否掉电缺相，有缺相则自动停泵保护水泵电机；水泵启动后流量传感器自动记录流过的水量，流过每吨水将产生27783个脉冲，每流过0.1吨水即2778个脉冲，CPU将用户实际剩余可用水量减0.1吨，写IC卡一次；每写卡10次，则自动在计量自动控制器中的存储器中备份一次；而当系统检测到停电或弹卡时，立即进行写IC卡操作，同时，在控制器系统中的存储器中进行备份；(4)水泵运行后，系统自动记录水量，为零时，也将自动停泵；(5)若是售水部门的检查卡，则系统将不再识别该卡是否为本机井所用IC卡，而直接允许进入，检查卡插入后，可读出存储在系统中的用户备份的各种数据并写入检查卡中，从而为丢失卡补卡业务提供可靠数据。
2.根据权利要求1所述的机井供水自动收费自动控制系统，其特征在于自动计量自动控制器的CPU为MCS-51，用可编程键盘/显示控制芯片8279控制，138做译码器，段和位的驱动器均采用七达林吨反相驱动器MC1413，数据存储器用flash闪存作为用户数据的备份存储器；流量传感器(6)为涡流式流量传感器。
全文摘要
机井供水自动收费自动控制系统，包括供水自动收费管理机子系统和机井供水自动计量自动控制器子系统。两者之间的数据传送是以IC卡为媒介进行的。供水自动收费管理机子系统完成对用户供水写卡和信息管理。机井供水自动计量控制器子系统，包括计量控制器、流量传感器和机井配电箱。流量传感器对供水进行计量控制，将获得信息反馈到计量控制器。本发明人机交互界面友好，方便，数据量大，保密性强，控制性能好，用水计量精度高，可实现突然停电保护和电源缺项保护的机井供水自动收费、自动控制系统。
文档编号G07F15/00GK1750051SQ20051004655
公开日2006年3月22日 申请日期2005年5月31日 优先权日2005年5月31日
发明者于光平, 孟维忠, 谭国栋, 李趋, 金宇航, 侯鹏飞, 葛岩, 姜洋, 于国丰, 李春龙 申请人:辽宁省水利水电科学研究院