关键词：无需电源维持 预付费 水表 气表 CPU卡?
引 言：笔者历经七年从事预付费领域的技术研究和产品开发，经历了普通IC卡为交换媒体的预付费方式、键盘为媒体的预付费方式和目前研究成功的无需电源维持的预付费方式三个阶段。无需电源维持的预付费水表、气表的发展，具有现实意义，对我国预付费领域的发展将起到积极的作用，因此特籍本次会议，提交论文，供大家探讨。
一、 预付费表的基本特征和预付费控制器的三个基本要素和实现的功能
1． 预付费表的基本特征：计量基表（水表、气表）+预付费控制器
2． 预付费控制器的三个基本要素：获取计量数据的传感器、切断控制、数据交换
3． 预付费控制器有中央控制器协调，实现计量核减、预付费数据交换、切断控制，数据显示和通讯接口是必要的，电源提供是必须的。?
预付费水、气表是一种利用现代微电子技术对用水量、用气量进行计量及结算交易的新型水、气表。这与传统水表、气表只具有流量采集和机械指针显示用水量、用气量的功能相比，是一个很大的进步。预付费水、气表除了可对用水量、用气量进行记录和电子显示外，还可以按照约定对用水量、用气量自动进行控制。由于其数据传递和交易结算通过IC卡等媒介进行，因而可以实现由工作人员上门操表收费到用户自己去营业所交费的转变，并且计算准确，具有可利用银行进行结算的特点。
预付费水表和预付费气表关键技术在与获取计量仪表的传感器技术和切断控制技术，而数据交换技术已经很成熟，并且数据交换只是预付费表的一个基本要素，因此从严格意义上讲，应该将此类仪表定义为“预付费水表”和“预付费气表”，而不应定义为“IC卡水表”和“IC卡气表”，IC卡只是实现预付费功能的一个应用而已。?
预付费水表、气表的发展及关键技术
为了推动预付费水表、气表的发展，全国有许多研究机构都投入力量对预付费水表、气表产品进行了开发研究，很多自来水公司和燃气公司也积极参与了此项开发工作并成功的开发出了自己的产品。从理论角度看，预付费水表、气表已经进入了成熟期。但是，为什么现在预付费水表、气表的推动工作还很困难呢？这不难理解。因为从实际情况看，现在的预付费水表、气表确实还存在着许多影响其大规模推广使用的问题。这些问题集中起来主要是1、价格太高；2、质量不可靠；3、存在安全隐患，其中几个关键技术是主要的制约因素。
?由于干式水表采用磁铁传递数据，容易出现数据丢失造成计量失准，所以不适合在我国安装使用，基本都以出口为主。虽然在干式水表上采样容易，而被一些厂家所采用，但从发展的角度来看，很难被大规模普及应用
?湿式水表计量准确，可以达到B级计量精度，是预付费水表首选表型。但信号采集的难度相对要大。
由于水表零件简单，所以预付费水表生产厂基本都具备生产水表基表的能力目前国内安装使用的燃气表，基本都是膜式气表。由于气表生产相对水表难度要大，所以国内的预付费气表生产厂，基本采用与气表整机厂合作生产的方式，将预付费控制器嫁接在燃气表上，实现预付费燃气表的功能是将水表和气表计量信号采集、送给预付费控制器用于核减的装置。由于水表内压力较大，信号采集难度较大，一般采用干簧管方式，并为防止外部磁铁干扰，采用多组干簧管进行防护。
虽然干簧管方式成本高、寿命短、可靠性差，但随着科学技术的发展，这种信号采集方式是可以成为主流方案的。
气表的信号采集方式与水表基本相同 数据交换技术已经很成熟，无论采用IC卡方式交换数据，还是键盘输入方式交换数据，都可以满足现有产品的需要。
IC卡的安全方面，已经从过去采用存储器卡、加密卡，逐渐采用CPU卡和RF 卡，从而确保在数据交换媒介方面的安全。
???? 但是，由于预付费水表和预付费气表均采用电池供电，没有额外的能量维持保护电路工作，所以无法抵御来自IC卡卡口的干扰，容易造成系统瘫痪，失去控制。到目前为止，全世界范围内还没有一个厂家宣称自己的产品可以抵御来自卡口攻击并且达到实用化程度的预付费水表、气表产品上市。
有鉴于此，在过去的几年里，采用全封闭键盘方式进行数据交换的预付费产品受到普遍欢迎 控制是预付费的核心手段，如果没有控制，就无法实现预付费，因此，控制是否可靠，关系到预付费产品是否成熟 预付费水表由于压力较大，实现控制难度相对要大，而系统使用电池供电，所以推动阀门的能量很小，一般采用先导方式的阀门实现切断控制随着我国城镇自来水供应的水质的提高，采用先导阀门是比较可靠的。
??? 气表压力较小，阀门控制较容易: 但要注意防爆。????????????????????????????????? 目前的预付费水表、预付费气表，基本都采用电池供电，并且绝大多数采用内置锂离子电池供电。
???? 但由于锂电池性能还不被人们彻底掌握，以及价格较高等因素，一些研制生产预付费气表的厂家已经尝试使用普通电池给系统供电，由用户更换电池，从而降低产品成本和提高了可靠性。
???? 随着微电子技术的快速发展，加上国家相关政策的推动，民用计量仪表的智能化将是一个必然的发展方向。这不仅是中国的一种趋势，也将成为世界性的趋势。而在近十年里，单体式预付费仪表又将会是发展主流
?? 机械系统在电机的控制下，可以实现递减计数器在充值的时候与马达连接，充值完毕自动与累加计数器连接。
?? 充值完毕后，撤掉外部电源供电，系统完全处于机械运行状态，计量和切断完全靠水流或气流实现，因此系统工作将非常稳定可靠，从而实现无需工作电源维持系统的运行。
?? 由于控制电路只实现递减计数器逆置的单一功能，而不参与计量和切断，所以外界通过数据接口攻击电路，使电路瘫痪，但无法达不到攻击整个系统而实现盗用的目的，因此，产品可以选择接触式IC卡作为数据交换媒介。
?? 综上所述，由于系统采用全新设计理念，突破传统的设计模式，省去了电池、电池检测电路、显示器，从而大大节约了材料成本，使产品极具推广价值。
3、产品应用
预付费控制是一项综合控制技术，涉及结构、传动、电子、微控制器、后台系统、IC卡、阀门、流量计量等学科，所以解决相关技术问题是确保预付费领域发展壮大的前提，只有这样，才能使预付费产业成为我国王牌拳头产业。
??? 无需工作电源预付费水表命名和规格：WYS15/20，WYS20
。W代表无需工作电源，Y代表预付费，S代表水表，Q代表气表，15代表DN15标准水表长度，20代表DN20标准水表长度，15/20代表DN15标准水表长度但口径为DN20标准。
??? 根据国内外市场需求，无需工作电源预付费水表采用透明材料的PC材料制造外壳，因此可以用于纯净水和直供水供应的计量和收费。
??? 在全国城镇自来水管网改造和新住宅的建设中，基本采用了铝塑管，因此适合采用PC材料制造的无需工作电源预付费水表配套。
??? 无需工作电源预付费水表全部采用B级表计量机芯，以及全部采用湿式表芯，从而确保计量准确可靠和避免外界磁场干扰。
??? 由于老式住宅更换自来水表比较困难，并且大多数采用是DN15的标准，因此WYS15/20这一型号的产品非常适合原来采用DN15标准水表的替换，不用改变水管的长度就可直接替换，从而增大流量实现预付费控制。
??? 对于新住宅和原来采用DN20标准水表的用户，可采用WYS20标准的水表安装或替换。
??? 南方户外安装水表的地区，可选择WYS15/20-G型全不锈钢产品，防护强度高。
??? 无需工作电源预付费水表和气表的工作原理完全相同，采用这项技术，可以极大地降低产品成本，提高产品的可靠性，节能环保，可以为本领域节约巨额生产投资，也可为各地自来水公司、燃气公司选择安装预付费产品节省巨额的用户费用，为预付费产品大规模普及奠定了坚实的基础，使预付费产品规模应用成为可能。
一、????????
无需工作电源预付费表使用CPU卡及网络发行系统介绍
无需工作电源预付费仪表采用CPU卡作为数据交换方式，但由于仪表本身为廉价大规模普及产品，不适合采用价格昂贵的加密模块，因此采用自行设计、公开算法的硬件加密方式。在系统运行后，该系统的密钥受CPU卡控制，由用户（自来水公司、燃气公司）自行控制生成，因此安全可靠。
??? 为实现各地用户的联网发卡和数据管理，现已完成网络系统的设计和系统调试，并研制配备电脑终端读写卡POS机，任何人都可以将手持POS系统连接在电脑上，通过网络系统授权，实现就近发卡。
二、????????
结论
随着科学技术的不断发展，预付费水表、预付费气表将会不断发展完善。在近期内以实现基本预付费为目的廉价的无需工作电源预付费水表将在全国城镇自来水管网改造工程中大规模普及；无需工作电源预付费气表将在西气东输工程中被大规模采用。
??? 对这种先进仪表的大规模推广使用将会有力地促进中国供用水管理和供用气管理的现代化进程。中国在这个方面的超前发展会使这种计量模式得到优先完善，并有可能成为中国的一个有竞争力的产品出口到其它国家。
