專利名稱：帶esam的射頻cpu卡水表電路模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及水表電路模塊，尤其涉及具有射頻功能的水表電路模塊，屬于水表元件領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
智能水表是一種目前在水計量器具市場上比較流行的一種測量表具，相對于傳統(tǒng)的機械表具，智能水表增加了 CPU等能夠?qū)崿F(xiàn)自動化、智能運算的部件從而實現(xiàn)了用水計量管理的智能化，普通的IC卡(又稱CPU卡)智能水表僅僅具有簡單的邏輯和存儲電路，無法實現(xiàn)水表功能的擴展，并且由于電路簡單，通常無法有效處理外界的電壓波動，容易出現(xiàn)安全故障；新型的IC卡不僅使用了 CPU，還增加了專門的ESAM(嵌入式安全控制模塊)安全芯片用于實現(xiàn)計量的安全性和準確性。但是已有的這種帶有ESAM的水表都存在一個問題:無法統(tǒng)一的、實時的向外提供水表內(nèi)的各種數(shù)據(jù)，而需要抄表員逐個抄表，把數(shù)據(jù)記在本子上或者手工輸入到計算機中，嚴重降低了工作效率。
發(fā)明內(nèi)容針對已有的水表數(shù)據(jù)輸出方式單一、需要手工抄表、費時費力的問題，本實用新型公開了一種新的水表電路模塊，具有射頻輸出組件，能夠?qū)⑺韮?nèi)的數(shù)據(jù)以射頻方式輸出，使得在現(xiàn)場使用時只需要應(yīng)用射頻接收儀在水表射頻有效范圍內(nèi)掃描一下即可接收水表內(nèi)的數(shù)據(jù)，提高了工作效率。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的:帶ESAM的射頻CPU卡水表電路模塊，由射頻頭和帶ESAM的CPU卡水表電路模塊組成的，二者通過接口電路相連接，其中該接口電路一端連接在帶ESAM的CPU卡水表電路模塊的主芯片電路上，另一端連接在射頻頭的射頻接口電路上。在使用時，通電后帶ESAM的CPU卡水表電路模塊中讀取的水表數(shù)據(jù)會經(jīng)由接口電路傳到射頻頭編碼為射頻信號經(jīng)由射頻頭上的天線發(fā)射出去。其中，所用的射頻組件可以是多種類型的，例如RF射頻等，但是考慮到射頻距離和功率的限制，優(yōu)選的，所述射頻頭為具有支持13.56MHz的Type A非接觸通迅協(xié)議的射頻芯片，此類射頻芯片依據(jù)安裝的天線的規(guī)格不同可以在不同范圍內(nèi)，一般是10cm-20m范圍上實現(xiàn)信號覆蓋，從而便于抄表人員無線接收水表內(nèi)的數(shù)據(jù)，大大提高了工作效率。滿足上述要求的芯片有很多，一般市場上常見的是復(fù)旦微電子股份有限公司設(shè)計生產(chǎn)的FM1701，具有良好的應(yīng)用可靠性，并且兼容主流的菲利普讀卡機。其中，所述帶ESAM的CPU卡水表電路模塊由電源接口電路、喚醒上電電路、信號選通電路、ESAM工作時鐘產(chǎn)生電路、ESAM模塊電路、顯示電路、卡電源電路、卡電源穩(wěn)壓電路、閥門接口電路、采樣接口電路、在線編程接口電路、電壓檢測電路、穩(wěn)壓電路、閥門驅(qū)動電路、主芯片電路組成，其中電源接口電路、喚醒上電電路、信號選通電路、ESAM工作時鐘產(chǎn)生電路、ESAM模塊電路、顯示電路、卡電源電路、卡電源穩(wěn)壓電路、閥門接口電路、采樣接口電路、在線編程接口電路、電壓檢測電路、穩(wěn)壓電路、閥門驅(qū)動電路均連接到主芯片電路上，喚醒上電電路與信號選通電路電連接。具體的，所述信號選通電路、喚醒上電電路分別設(shè)有相對應(yīng)的信號接口，用于實現(xiàn)喚醒上電電路的激活；所述信號接口為三組。兩者的關(guān)系為信號選通電路在三路信號中至少一個信號來臨時，會激活上述喚醒上電電路，從而單片機CPU開始工作，然后單片機通過掃描得出當前是哪個信號來臨，再作出相應(yīng)的處理。當信號處理完成時置低信號選通來斷開信號與單片機的鏈接，保證電源的可靠掉電；所述的喚醒上電電路用于實現(xiàn)下述功能:(PU卡在沒有任何信號(例如插卡信號，采樣信號，掉電信號等)來臨時處于掉電狀態(tài)，功耗為O ;當有信號來時喚醒上電電路給電容充電使電路導(dǎo)通，使得整個CPU卡單片機上電，同時鎖定上電信號。其中，所述電源接口電路設(shè)有電源輸入口與外部電源連接，電源輸入接口上設(shè)有二極管，通過采用二極管做隔離，能夠有效防止電源反接，保護電路不受外部攻擊，提高電路的安全性。其中，ESAM工作時鐘產(chǎn)生電路產(chǎn)生穩(wěn)定的時鐘頻率給ESAM，根據(jù)采用的ESAM模塊的規(guī)格區(qū)別，時鐘頻率的數(shù)值有所變化，一般在l-5MHz之間，通常為4MHz。其中，ESAM模塊電路為表具增加了加密認證能力，該模塊固定安裝在卡表內(nèi)部，存儲卡表運行過程中的所有重要參數(shù)，通過水表內(nèi)ESAM模塊和用戶卡進行相互認證及信息交換，市場上有多家廠商提供了多種規(guī)格的此類模塊，均可用于本實用新型，例如常見的北京握奇數(shù)據(jù)的此類產(chǎn)品其中，所述顯示電路與水表表體上的液晶顯示裝置連接，該電路由主芯片電路直接連接以程序控制向表體上的顯示裝置推送主芯片電路輸出的顯示內(nèi)容。其中，卡電源電路與水表表體上的IC卡卡座電連接，用于實現(xiàn)IC卡的接入，當檢測到卡信號來臨時給卡供電，CPU主芯片處理完成時給卡掉電，防止外界攻擊。其中，所述卡電源穩(wěn)壓電路設(shè)有穩(wěn)壓芯片，通過穩(wěn)壓芯片將卡電源穩(wěn)定在5V，確保射頻卡與模塊通訊順利進行。其中，閥門接口電路、閥門驅(qū)動電路與水表表體上的控制閥門的閥門電機電連接。閥門接口電路用于測試閥門到位信號，所述閥門驅(qū)動電路用于控制閥門電機的正反轉(zhuǎn)，從而控制水表閥門的開關(guān)，間接控制用戶用水。其中，所述采樣接口電路直接和水表上的采樣信號通訊，實現(xiàn)水表脈沖信號檢測。其中，在線編程接口電路設(shè)有多個可以與外界計算機或上位機通訊的電路端子，能夠通過在線編程接口電路實現(xiàn)對卡片功能的擴展和更改修訂。其中，所述電壓檢測電路設(shè)有用于檢測電壓的比較器和用于檢測兩級電壓的三極管，通過比較器來檢測電源，當電壓低于4.2V時，比較器輸出低電平。通過控制VlO三極管的導(dǎo)通與關(guān)閉，可以得出二級電壓檢測。其中，所述穩(wěn)壓電路設(shè)有穩(wěn)壓電源模塊，在外部電壓高于3V時，穩(wěn)壓電源模塊使主芯片電路的工作電壓穩(wěn)定在3.3V。其中，主芯片電路，又稱單片機、CPU等，用于控制整個電路模塊工作，尤其可以直接控制液晶的顯示內(nèi)容。
圖1為本實用新型水表電路模塊的結(jié)構(gòu)連接示意圖；圖2a、2b顯示了射頻頭的射頻接口電路部分、射頻電路的具體電器元件實現(xiàn)圖；圖3為用于連接射頻頭和帶ESAM的CPU卡水表電路模塊的接口電路元件結(jié)構(gòu)圖；圖4為本實用新型的帶ESAM的CPU卡水表電路模塊的電路連接結(jié)構(gòu)圖；圖5-圖19依次為電源接口電路、喚醒上電電路、信號選通電路、ESAM工作時鐘產(chǎn)生電路、ESAM模塊電路、顯示電路、卡電源電路、卡電源穩(wěn)壓電路、閥門接口電路、采樣接口電路、在線編程接口電路、電壓檢測電路、穩(wěn)壓電路、閥門驅(qū)動電路、主芯片電路的電路圖。
具體實施方式
參考圖1，顯示了水表電路模塊，射頻頭和帶ESAM的CPU卡水表電路模塊通過接口電路連接，接口電路一端連接在帶ESAM的CPU卡水表電路模塊的主芯片電路上，另一端連接在射頻頭的射頻接口電路上。參考圖2a、2b，顯示了當采用FM1071作為射頻頭時的電路元件結(jié)構(gòu)，其中圖2a為射頻接入電路，與接口電路連接；圖2b為FM1071的主電路，完成信號的編碼和傳輸發(fā)射工作，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，TX2為發(fā)射口，RX為接收口。參考圖3，顯示了接口電路的結(jié)構(gòu)，在J4-K端與FM1071的射頻接口電路連接，完成主芯片電路的數(shù)據(jù)輸出。參考圖4，顯示了帶ESAM的CPU卡水表電路模塊的電路連接結(jié)構(gòu)，其中電源接口電路、喚醒上電電路、信號選通電路、ESAM工作時鐘產(chǎn)生電路、ESAM模塊電路、顯示電路、卡電源電路、卡電源穩(wěn)壓電路、閥門接口電路、采樣接口電路、在線編程接口電路、電壓檢測電路、穩(wěn)壓電路、閥門驅(qū)動電路均連接到主芯片電路上，喚醒上電電路與信號選通電路電連接。參考圖5，為電源接口電路，其上有電源輸入接口 JDY-DY1，接口上設(shè)有采用二極管D2(型號IN5819)做隔離，防止電源反接。參考圖6,為喚醒上電電路，主板米用掉電方式，在沒有任何信號KA、CAIUCAI2 (包括插卡信號，兩個采樣信號)來臨時，主板處于掉電狀態(tài)，主板功耗為0，當有信號來時給電容充電使三極管V80導(dǎo)通，單片機上電，同時通過SD鎖定上電信號。參考圖7，為信號選通電路，當KA、CAI1、CAI2其中一個信號來臨時，就會激活上述喚醒電路，從而單片機開始工作，然后單片機置高XHK，通過掃描KW、CA1、CA2得出當前是哪個信號來臨，再作出相應(yīng)的處理。當信號處理完成時置低信號選通XHK來斷開信號與單片機的鏈接，保證電源的可靠掉電。參考圖8，為ESAM工作時鐘產(chǎn)生電路，通過74HC02晶振產(chǎn)生穩(wěn)定的4MHz時鐘頻率給ESAM電路。參考圖9，為ESAM模塊電路，用于加密表具內(nèi)的數(shù)據(jù)。參考圖10，為顯示電路，通過多個屏線針腳與外部的IXD電連接。參考圖11，為卡電源電路，當檢測到卡信號來臨時需要給卡供電，卡片處理完成時給卡片掉電，防止外界攻擊。參考圖12，為卡電源穩(wěn)定電路，通過穩(wěn)壓芯片MD7350將卡電源穩(wěn)定在5V，確保射頻卡與模塊通訊順利進行。參考圖13，為閥門接口電路，在JD1-JA直接和閥門相連，控制閥門電機，測試閥門到位信號。參考圖14，為采樣接口電路，在JGl-FX直接和采樣信號相連，檢測水表的脈沖信號。參考圖15，為在線編程接口電路，在JZl-ZXBC可以與上位機通訊連接從而賦予新的功能。參考圖16，為電壓檢測電路，通過比較器D5來檢測電源，當電壓低于4.2V時，比較器輸出低電平。通過控制VlO三極管的導(dǎo)通與關(guān)閉，可以得出二級電壓檢測。參考圖17，為穩(wěn)壓電路，外部電壓高于3V時，用穩(wěn)壓電源模塊MD7333，使單片機的工作電壓穩(wěn)定在3.3V。參考圖18，為閥門驅(qū)動電路，通過橋式電路來控制閥門電機的正反轉(zhuǎn)，從而控制水表閥門的開關(guān)，間接控制用戶用水。參考圖19，為主芯片電路，采用PIC16F946單片機控制其他電路。
權(quán)利要求1.ESAM的射頻CPU卡水表電路模塊，其特征在于由射頻頭和帶ESAM的CPU卡水表電路模塊組成的，二者通過接口電路相連接，其中該接口電路一端連接在帶ESAM的CPU卡水表電路模塊的主芯片電路上，另一端連接在射頻頭的射頻接口電路上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水表電路模塊，其特征在于所述射頻頭為具有支持13.56MHz的Type A非接觸通迅協(xié)議的射頻芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水表電路模塊，其特征在于所述帶ESAM的CPU卡水表電路模塊由電源接口電路、喚醒上電電路、信號選通電路、ESAM工作時鐘產(chǎn)生電路、ESAM模塊電路、顯示電路、卡電源電路、卡電源穩(wěn)壓電路、閥門接口電路、采樣接口電路、在線編程接口電路、電壓檢測電路、穩(wěn)壓電路、閥門驅(qū)動電路、主芯片電路組成，其中電源接口電路、喚醒上電電路、信號選通電路、ESAM工作時鐘產(chǎn)生電路、ESAM模塊電路、顯示電路、卡電源電路、卡電源穩(wěn)壓電路、閥門接口電路、采樣接口電路、在線編程接口電路、電壓檢測電路、穩(wěn)壓電路、閥門驅(qū)動電路均連接到主芯片電路上，喚醒上電電路與信號選通電路電連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水表電路模塊，其特征在于所述信號選通電路、喚醒上電電路分別設(shè)有相對應(yīng)的信號接口，用于實現(xiàn)喚醒上電電路的激活；所述信號接口為三組。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水表電路模塊，其特征在于所述電源接口電路設(shè)有電源輸入口與外部電源連接，電源輸入接口上設(shè)有二極管。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水表電路模塊，其特征在于所述顯示電路與水表表體上的液晶顯示裝置連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水表電路模塊，其特征在于所述卡電源穩(wěn)壓電路設(shè)有穩(wěn)壓芯片。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水表電路模塊，其特征在于所述閥門接口電路、閥門驅(qū)動電路與水表表體上的控制閥門的閥門電機電連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水表電路模塊，其特征在于所述電壓檢測電路設(shè)有用于檢測電壓的比較器和用于檢測兩級電壓的三極管。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水表電路模塊，其特征在于所述穩(wěn)壓電路設(shè)有穩(wěn)壓電源模塊。
專利摘要本實用新型公開了一種帶ESAM的射頻CPU卡水表電路模塊，是由射頻頭和帶ESAM的CPU卡水表電路模塊組成的，二者通過接口電路相連接，其中該射頻電路一端連接在帶ESAM的CPU卡水表電路模塊的主芯片電路上，另一端連接在射頻頭的射頻接口電路上。通過上述結(jié)構(gòu)，采用本實用新型電路模塊的水表得以實現(xiàn)表內(nèi)數(shù)據(jù)的無線收發(fā)，實現(xiàn)非接觸通信，能夠?qū)崿F(xiàn)在不依靠電纜的情況下將本表具的數(shù)據(jù)傳送給統(tǒng)一的遠程管理主機。
文檔編號G07F15/06GK202929747SQ20122057610
公開日2013年5月8日 申請日期2012年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月5日
發(fā)明者王文進, 常海利 申請人:北京京源水儀器儀表有限公司