在我國(guó),，IC卡水表大約出現(xiàn)于20世紀(jì)90年代初期,，經(jīng)過(guò)10多年的快速發(fā)展已漸趨成熟。尤其是近幾年,，隨著設(shè)計(jì)水平的提高及生產(chǎn)的規(guī)?；诟鞔笾谐鞘兄械玫搅嗽絹?lái)越多的使用,。
　　IC卡水表是集測(cè)控于一身的機(jī)電一體化產(chǎn)品,，除了具備一般儀表所需的基本功能，還有其自身的特點(diǎn),。例如，對(duì)其必須采取防水防潮措施,；再如IC卡水表必須具備低成本,、低功耗" title="低功耗">低功耗、小外形及高精度的特點(diǎn),，即IC卡水表的四要素,。在設(shè)計(jì)過(guò)程中必須基于此四要素進(jìn)行設(shè)計(jì),，方能滿足產(chǎn)品的實(shí)際應(yīng)用要求。
1 IC卡水表的測(cè)控電路組成及軟件設(shè)計(jì)
1.1 IC卡水表的測(cè)控電路組成
　　測(cè)控電路組成框圖見圖1,?？紤]到低成本的要求，本系統(tǒng)主要芯片采用AT89C2051－12PI,、PCF8563及AT24C01等,。

　　其基本工作原理為：采用事件觸發(fā)機(jī)制，即通常不上電" title="上電">上電,，因此耗電只是PCF8563的休眠狀態(tài)消耗,，約250nA左右^[1]。采用三類事件觸發(fā)方式,，即干簧管吸合時(shí)發(fā)生的“計(jì)數(shù)事件”,、進(jìn)行卡操作時(shí)發(fā)生的“插卡事件”及預(yù)置于日歷時(shí)鐘芯片的定時(shí)醒鬧時(shí)發(fā)生的“定時(shí)事件”。當(dāng)發(fā)生此三類事件時(shí),，測(cè)控電路自行上電,，按預(yù)置的工作過(guò)程進(jìn)行處理，結(jié)束后自行斷電,。根據(jù)居民的用水情況,，需要測(cè)控電路工作的時(shí)間一般每日約0.3秒～1分鐘不等?？紤]到低功耗要求,，采用事件觸發(fā)機(jī)制是科學(xué)合理的。有些設(shè)計(jì)采用液晶長(zhǎng)期顯示方式,，雖然理論計(jì)算壽命時(shí)功耗要求能夠得到滿足,，但根據(jù)我國(guó)的實(shí)際運(yùn)作情況，無(wú)進(jìn)行長(zhǎng)期顯示的必要,，顯然此設(shè)計(jì)方式不足取,，除非電池特性要求如此，如采用鋰亞硫酰氯電池時(shí),。
1.2 軟件設(shè)計(jì)
　　基本的軟件功能框圖見圖2,。

　　依上述三類事件的工作，要求測(cè)控板啟動(dòng)工作狀態(tài),，故程序首先判斷是哪類事件發(fā)生并細(xì)化類型后分別處理,。例如卡操作事件情況下，再次判斷是何種功能卡要求操作等,。
　　由于小型化及低成本的要求,，程序未采用冗余量較大的C語(yǔ)言，而采用匯編語(yǔ)言進(jìn)行編制,，使程序代碼控制在2K字節(jié)^[2]之內(nèi),，故可選用小外形及低成本的單片機(jī),。
　　個(gè)別大中型城市推出了梯級(jí)水價(jià)，梯級(jí)水價(jià)的計(jì)算在日歷時(shí)鐘芯片及存儲(chǔ)器芯片的基礎(chǔ)上主要由軟件完成,。在現(xiàn)有國(guó)情下,，真正的大面積執(zhí)行尚需時(shí)日。在執(zhí)行梯級(jí)水價(jià)導(dǎo)致軟件量增加時(shí),，可選用AT89C4051－12PI及AT24C16甚或AT24C256等芯片滿足要求,，其它所有硬件設(shè)計(jì)均可不作更改。
2 采樣&供電模塊的工作原理
　　采樣&供電模塊電路原理圖如圖3所示,。在圖3中,，Q1及Q2組成開關(guān)電路，控制測(cè)控板的上電及掉電,。當(dāng)用水使GHG1吸合即發(fā)生采樣事件時(shí),，則開始C1的充電過(guò)程，充電電流使開關(guān)組導(dǎo)通上電,，完成采樣計(jì)數(shù)功能,。當(dāng)繼續(xù)用水使GHG2吸合時(shí)便使C1放電，以便下一次的采樣事件發(fā)生時(shí)有效,。如此設(shè)計(jì)可防止由于水壓不穩(wěn)定所致的GHG1的頻繁吸放而誤計(jì),。C1的另外一個(gè)作用是：即便GHG1長(zhǎng)期吸合也可保持測(cè)控板處于失電狀態(tài)，保證低功耗性能,。C4的作用是抑制GHG1的機(jī)械抖動(dòng)對(duì)計(jì)數(shù)的影響,。C2的作用是在C1充滿電而尚未放電期間遭到磁攻擊時(shí)提供另一路觸發(fā)脈沖，使測(cè)控板上電以便進(jìn)行關(guān)閉閥門,、記錄磁攻擊時(shí)間及次數(shù)等工作,。經(jīng)上述分析可見，C1,、C2應(yīng)盡量選用漏電流小的電容,，以便提高模塊的工作性能。

3 雙電源設(shè)計(jì)
　　所謂雙電源,，即測(cè)控電路及閥門驅(qū)動(dòng)各使用一組電池,。經(jīng)觀察大量的實(shí)際測(cè)控板的電壓波形發(fā)現(xiàn)，單電源供電情況下,，在電機(jī)啟動(dòng)瞬間有時(shí)會(huì)出現(xiàn)電壓下跳現(xiàn)象,，一般達(dá)到1.5V100ms的程度，尤其是電池電量不太充足時(shí)更易發(fā)生,。由于采用浮動(dòng)電壓工作方式,，雖然有時(shí)系統(tǒng)仍正常工作，但此脈沖形式的干擾輸入對(duì)控制系統(tǒng)的影響是不言而喻的。這不僅影響單片機(jī)及其它芯片的工作穩(wěn)定性,，而且將對(duì)電池造成嚴(yán)重?fù)p傷。電池電量充足時(shí)不易發(fā)生此類問(wèn)題,，大量安裝使用幾年后此問(wèn)題將帶來(lái)較嚴(yán)重的后果,。
　　已有一些代表性廠家采用了雙電源設(shè)計(jì)，但采取共地設(shè)計(jì),。這不僅很難徹底解決上述問(wèn)題,，甚至可能因兩組電池電壓不同步而導(dǎo)致危險(xiǎn)情況發(fā)生。采取光耦隔離后測(cè)試,，測(cè)控板電壓在電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)只有微小波紋疊加,，即便電池電量不充足，也絕無(wú)電壓跳變現(xiàn)象發(fā)生,，保證了測(cè)控板工作的長(zhǎng)期穩(wěn)定性,。雖然增加了材料成本，但降低了售后服務(wù)成本,，提高了企業(yè)信譽(yù)度,，總體效益是令人滿意的。
4 閥門模糊控制器設(shè)計(jì)
4.1 模糊控制的必要性
　　隨著計(jì)測(cè)準(zhǔn)確度的提高,，近年來(lái)設(shè)計(jì)人員開始更加注重測(cè)控的另一方面,，即控制，如開始采用智能控制技術(shù)控制閥門,、為保護(hù)電池使用壽命而采用電機(jī)的軟啟動(dòng)技術(shù)等,。雖然水表行業(yè)規(guī)定六年強(qiáng)檢，但根據(jù)我國(guó)的實(shí)際運(yùn)作情況,，IC卡水表應(yīng)具有更高的使用壽命方能體現(xiàn)產(chǎn)品的價(jià)值,。目前功耗已非主要矛盾，電池自身的壽命基本決定了IC卡水表的使用壽命?，F(xiàn)今而言更為關(guān)鍵的是,，由于閥門的銹蝕導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)電流增大進(jìn)而造成電池的損傷及閥門的失效，從而造成IC卡水表的失效,。因?yàn)榇似款i問(wèn)題,，大大降低了其使用壽命，甚至有些IC卡水表只使用兩年左右便失效,，大大低于預(yù)期壽命,。此故障還將隨著在役年限的增加越來(lái)越凸顯。
　　近10年來(lái),，設(shè)計(jì)人員采用過(guò)如先導(dǎo)閥,、磁力助推閥、不銹鋼閥芯,、陶瓷閥芯及潤(rùn)滑劑等,，但效果不明顯,。亦有采用定時(shí)開關(guān)閥門的設(shè)計(jì)，即設(shè)時(shí)間間隔為D,，如按六年使用壽命計(jì)算,，則：
　　
　　式中，E——電池組2的總的可用電量,； E₁——開關(guān)一次閥門所需的電量,。
　　此方法雖然在一定程度上可以緩解此問(wèn)題，但因時(shí)因地不同所導(dǎo)致的閥門銹蝕程度是不同的,，以一定之規(guī)去適應(yīng)復(fù)雜變化的銹蝕情況顯然是不科學(xué)的,，不僅不利于合理使用有限的電量，而且勢(shì)必造成一定的故障率,。而銹蝕情況的數(shù)學(xué)模型是很難或不可能精確建立的,，此種情況采用模糊控制理論往往可以取得令人滿意的結(jié)果。
4.2 控制變量的確定
　　為了克服模糊算法計(jì)算量大這一缺點(diǎn),，采用了查表法進(jìn)行模糊控制,。即采用MATLAB模糊邏輯工具箱進(jìn)行離線設(shè)計(jì)，得到符合控制要求的模糊控制表,，存入系統(tǒng)的存儲(chǔ)器中,。
　　本研究以采集的電控" title="電控">電控閥的驅(qū)動(dòng)電流值I與設(shè)定電流值Ig的偏差e＝I－Ig及相鄰兩次偏差變化率ec為輸入變量，下次開關(guān)電控閥的時(shí)間調(diào)整量U為輸出變量,，建立典型的雙輸入單輸出PD結(jié)構(gòu)模糊控制器,，并利用模糊推理系統(tǒng)編輯器(FIS)對(duì)控制參量進(jìn)行設(shè)定。
4.3 變量的模糊化
　　試驗(yàn)表明,，驅(qū)動(dòng)電流的安全范圍在50～100mA之間,，正常情況下，電控閥每10天左右開關(guān)一次可以保證閥門不銹蝕,。本設(shè)計(jì)選擇75mA作為驅(qū)動(dòng)電流的給定值,，選定10天作為給定驅(qū)動(dòng)周期，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整,，調(diào)整范圍設(shè)定為2～18天,。則e的基本論域設(shè)定為[-25,25]，ec的基本論域也設(shè)定為[-25,25],，u的基本論域設(shè)定為[-8,，8]。限于篇幅,，具體設(shè)計(jì)過(guò)程此處從略,。
　　經(jīng)上述分析及兩萬(wàn)多具在役IC卡水表的實(shí)際使用情況，可以得出如下結(jié)論：
　　(1) 采用雙電源可明顯提高測(cè)控板的工作可靠性，保護(hù)電池并提高IC卡水表的使用壽命及降低故障率,。
　　(2) 采用模糊控制技術(shù)可更加有效地使用有限電量并避免閥門銹死,，徹底解決了IC卡水表使用壽命的“閥門瓶頸”問(wèn)題。