CN202929747U

CN202929747U - 带esam的射频cpu卡水表电路模块

Info

Publication number: CN202929747U
Application number: CN 201220576101
Authority: CN
Inventors: 王文进; 常海利
Original assignee: BEIJING JINGYUAN SMART WATER METER Co Ltd
Current assignee: Joyo Zhongke Technology Co ltd
Priority date: 2012-11-05
Filing date: 2012-11-05
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2022-11-05

Abstract

本实用新型公开了一种带ESAM的射频CPU卡水表电路模块，是由射频头和带ESAM的CPU卡水表电路模块组成的，二者通过接口电路相连接，其中该射频电路一端连接在带ESAM的CPU卡水表电路模块的主芯片电路上，另一端连接在射频头的射频接口电路上。通过上述结构，采用本实用新型电路模块的水表得以实现表内数据的无线收发，实现非接触通信，能够实现在不依靠电缆的情况下将本表具的数据传送给统一的远程管理主机。

Description

带ESAM的射频CPU卡水表电路模块

技术领域

本实用新型涉及水表电路模块，尤其涉及具有射频功能的水表电路模块，属于水表元件领域。

背景技术

智能水表是一种目前在水计量器具市场上比较流行的一种测量表具，相对于传统的机械表具，智能水表增加了CPU等能够实现自动化、智能运算的部件从而实现了用水计量管理的智能化，普通的IC卡(又称CPU卡)智能水表仅仅具有简单的逻辑和存储电路，无法实现水表功能的扩展，并且由于电路简单，通常无法有效处理外界的电压波动，容易出现安全故障；新型的IC卡不仅使用了CPU，还增加了专门的ESAM(嵌入式安全控制模块)安全芯片用于实现计量的安全性和准确性。但是已有的这种带有ESAM的水表都存在一个问题：无法统一的、实时的向外提供水表内的各种数据，而需要抄表员逐个抄表，把数据记在本子上或者手工输入到计算机中，严重降低了工作效率。

发明内容

针对已有的水表数据输出方式单一、需要手工抄表、费时费力的问题，本实用新型公开了一种新的水表电路模块，具有射频输出组件，能够将水表内的数据以射频方式输出，使得在现场使用时只需要应用射频接收仪在水表射频有效范围内扫描一下即可接收水表内的数据，提高了工作效率。

为实现上述目的，本实用新型是通过下述技术方案实现的：

带ESAM的射频CPU卡水表电路模块，由射频头和带ESAM的CPU卡水表电路模块组成的，二者通过接口电路相连接，其中该接口电路一端连接在带ESAM的CPU卡水表电路模块的主芯片电路上，另一端连接在射频头的射频接口电路上。

在使用时，通电后带ESAM的CPU卡水表电路模块中读取的水表数据会经由接口电路传到射频头编码为射频信号经由射频头上的天线发射出去。

其中，所用的射频组件可以是多种类型的，例如RF射频等，但是考虑到射频距离和功率的限制，优选的，所述射频头为具有支持13.56MHz的Type A非接触通迅协议的射频芯片，此类射频芯片依据安装的天线的规格不同可以在不同范围内，一般是10cm-20m范围上实现信号覆盖，从而便于抄表人员无线接收水表内的数据，大大提高了工作效率。

满足上述要求的芯片有很多，一般市场上常见的是复旦微电子股份有限公司设计生产的FM1701，具有良好的应用可靠性，并且兼容主流的菲利普读卡机。

其中，所述带ESAM的CPU卡水表电路模块由电源接口电路、唤醒上电电路、信号选通电路、ESAM工作时钟产生电路、ESAM模块电路、显示电路、卡电源电路、卡电源稳压电路、阀门接口电路、采样接口电路、在线编程接口电路、电压检测电路、稳压电路、阀门驱动电路、主芯片电路组成，其中电源接口电路、唤醒上电电路、信号选通电路、ESAM工作时钟产生电路、ESAM模块电路、显示电路、卡电源电路、卡电源稳压电路、阀门接口电路、采样接口电路、在线编程接口电路、电压检测电路、稳压电路、阀门驱动电路均连接到主芯片电路上，唤醒上电电路与信号选通电路电连接。

具体的，所述信号选通电路、唤醒上电电路分别设有相对应的信号接口，用于实现唤醒上电电路的激活；所述信号接口为三组。两者的关系为信号选通电路在三路信号中至少一个信号来临时，会激活上述唤醒上电电路，从而单片机CPU开始工作，然后单片机通过扫描得出当前是哪个信号来临，再作出相应的处理。当信号处理完成时置低信号选通来断开信号与单片机的链接，保证电源的可靠掉电；所述的唤醒上电电路用于实现下述功能：CPU卡在没有任何信号(例如插卡信号，采样信号，掉电信号等)来临时处于掉电状态，功耗为0；当有信号来时唤醒上电电路给电容充电使电路导通，使得整个CPU卡单片机上电，同时锁定上电信号。

其中，所述电源接口电路设有电源输入口与外部电源连接，电源输入接口上设有二极管，通过采用二极管做隔离，能够有效防止电源反接，保护电路不受外部攻击，提高电路的安全性。

其中，ESAM工作时钟产生电路产生稳定的时钟频率给ESAM，根据采用的ESAM模块的规格区别，时钟频率的数值有所变化，一般在1-5MHz之间，通常为4MHz。

其中，ESAM模块电路为表具增加了加密认证能力，该模块固定安装在卡表内部，存储卡表运行过程中的所有重要参数，通过水表内ESAM模块和用户卡进行相互认证及信息交换，市场上有多家厂商提供了多种规格的此类模块，均可用于本实用新型，例如常见的北京握奇数据的此类产品

其中，所述显示电路与水表表体上的液晶显示装置连接，该电路由主芯片电路直接连接以程序控制向表体上的显示装置推送主芯片电路输出的显示内容。

其中，卡电源电路与水表表体上的IC卡卡座电连接，用于实现IC卡的接入，当检测到卡信号来临时给卡供电，CPU主芯片处理完成时给卡掉电，防止外界攻击。

其中，所述卡电源稳压电路设有稳压芯片，通过稳压芯片将卡电源稳定在5V，确保射频卡与模块通讯顺利进行。

其中，阀门接口电路、阀门驱动电路与水表表体上的控制阀门的阀门电机电连接。阀门接口电路用于测试阀门到位信号，所述阀门驱动电路用于控制阀门电机的正反转，从而控制水表阀门的开关，间接控制用户用水。

其中，所述采样接口电路直接和水表上的采样信号通讯，实现水表脉冲信号检测。

其中，在线编程接口电路设有多个可以与外界计算机或上位机通讯的电路端子，能够通过在线编程接口电路实现对卡片功能的扩展和更改修订。

其中，所述电压检测电路设有用于检测电压的比较器和用于检测两级电压的三极管，通过比较器来检测电源，当电压低于4.2V时，比较器输出低电平。通过控制V10三极管的导通与关闭，可以得出二级电压检测。

其中，所述稳压电路设有稳压电源模块，在外部电压高于3V时，稳压电源模块使主芯片电路的工作电压稳定在3.3V。

其中，主芯片电路，又称单片机、CPU等，用于控制整个电路模块工作，尤其可以直接控制液晶的显示内容。

附图说明

图1为本实用新型水表电路模块的结构连接示意图；

图2a、2b显示了射频头的射频接口电路部分、射频电路的具体电器元件实现图；

图3为用于连接射频头和带ESAM的CPU卡水表电路模块的接口电路元件结构图；

图4为本实用新型的带ESAM的CPU卡水表电路模块的电路连接结构图；

图5-图19依次为电源接口电路、唤醒上电电路、信号选通电路、ESAM工作时钟产生电路、ESAM模块电路、显示电路、卡电源电路、卡电源稳压电路、阀门接口电路、采样接口电路、在线编程接口电路、电压检测电路、稳压电路、阀门驱动电路、主芯片电路的电路图。

具体实施方式

参考图1，显示了水表电路模块，射频头和带ESAM的CPU卡水表电路模块通过接口电路连接，接口电路一端连接在带ESAM的CPU卡水表电路模块的主芯片电路上，另一端连接在射频头的射频接口电路上。

参考图2a、2b，显示了当采用FM1071作为射频头时的电路元件结构，其中图2a为射频接入电路，与接口电路连接；图2b为FM1071的主电路，完成信号的编码和传输发射工作，如本领域技术人员所知，TX2为发射口，RX为接收口。

参考图3，显示了接口电路的结构，在J4-K端与FM1071的射频接口电路连接，完成主芯片电路的数据输出。

参考图4，显示了带ESAM的CPU卡水表电路模块的电路连接结构，其中电源接口电路、唤醒上电电路、信号选通电路、ESAM工作时钟产生电路、ESAM模块电路、显示电路、卡电源电路、卡电源稳压电路、阀门接口电路、采样接口电路、在线编程接口电路、电压检测电路、稳压电路、阀门驱动电路均连接到主芯片电路上，唤醒上电电路与信号选通电路电连接。

参考图5，为电源接口电路，其上有电源输入接口JDY-DY1，接口上设有采用二极管D2(型号IN5819)做隔离，防止电源反接。

参考图6，为唤醒上电电路，主板采用掉电方式，在没有任何信号KA、CAI1、CAI2(包括插卡信号，两个采样信号)来临时，主板处于掉电状态，主板功耗为0，当有信号来时给电容充电使三极管V80导通，单片机上电，同时通过SD锁定上电信号。

参考图7，为信号选通电路，当KA、CAI1、CAI2其中一个信号来临时，就会激活上述唤醒电路，从而单片机开始工作，然后单片机置高XHK，通过扫描KW、CA1、CA2得出当前是哪个信号来临，再作出相应的处理。当信号处理完成时置低信号选通XHK来断开信号与单片机的链接，保证电源的可靠掉电。

参考图8，为ESAM工作时钟产生电路，通过74HCO2晶振产生稳定的4MHz时钟频率给ESAM电路。

参考图9，为ESAM模块电路，用于加密表具内的数据。

参考图10，为显示电路，通过多个屏线针脚与外部的LCD电连接。

参考图11，为卡电源电路，当检测到卡信号来临时需要给卡供电，卡片处理完成时给卡片掉电，防止外界攻击。

参考图12，为卡电源稳定电路，通过稳压芯片MD7350将卡电源稳定在5V，确保射频卡与模块通讯顺利进行。

参考图13，为阀门接口电路，在JD1-JA直接和阀门相连，控制阀门电机，测试阀门到位信号。

参考图14，为采样接口电路，在JG1-FX直接和采样信号相连，检测水表的脉冲信号。

参考图15，为在线编程接口电路，在JZ1-ZXBC可以与上位机通讯连接从而赋予新的功能。

参考图16，为电压检测电路，通过比较器D5来检测电源，当电压低于4.2V时，比较器输出低电平。通过控制V10三极管的导通与关闭，可以得出二级电压检测。

参考图17，为稳压电路，外部电压高于3V时，用稳压电源模块MD7333，使单片机的工作电压稳定在3.3V。

参考图18，为阀门驱动电路，通过桥式电路来控制阀门电机的正反转，从而控制水表阀门的开关，间接控制用户用水。

参考图19，为主芯片电路，采用PIC16F946单片机控制其他电路。

Claims

1.带ESAM的射频CPU卡水表电路模块，其特征在于由射频头和带ESAM的CPU卡水表电路模块组成的，二者通过接口电路相连接，其中该接口电路一端连接在带ESAM的CPU卡水表电路模块的主芯片电路上，另一端连接在射频头的射频接口电路上。

2.根据权利要求1所述的水表电路模块，其特征在于所述射频头为具有支持13.56MHz的Type A非接触通迅协议的射频芯片。

3.根据权利要求1所述的水表电路模块，其特征在于所述带ESAM的CPU卡水表电路模块由电源接口电路、唤醒上电电路、信号选通电路、ESAM工作时钟产生电路、ESAM模块电路、显示电路、卡电源电路、卡电源稳压电路、阀门接口电路、采样接口电路、在线编程接口电路、电压检测电路、稳压电路、阀门驱动电路、主芯片电路组成，其中电源接口电路、唤醒上电电路、信号选通电路、ESAM工作时钟产生电路、ESAM模块电路、显示电路、卡电源电路、卡电源稳压电路、阀门接口电路、采样接口电路、在线编程接口电路、电压检测电路、稳压电路、阀门驱动电路均连接到主芯片电路上，唤醒上电电路与信号选通电路电连接。

4.根据权利要求3所述的水表电路模块，其特征在于所述信号选通电路、唤醒上电电路分别设有相对应的信号接口，用于实现唤醒上电电路的激活；所述信号接口为三组。

5.根据权利要求3所述的水表电路模块，其特征在于所述电源接口电路设有电源输入口与外部电源连接，电源输入接口上设有二极管。

6.根据权利要求3所述的水表电路模块，其特征在于所述显示电路与水表表体上的液晶显示装置连接。

7.根据权利要求3所述的水表电路模块，其特征在于所述卡电源稳压电路设有稳压芯片。

8.根据权利要求3所述的水表电路模块，其特征在于所述阀门接口电路、阀门驱动电路与水表表体上的控制阀门的阀门电机电连接。

9.根据权利要求3所述的水表电路模块，其特征在于所述电压检测电路设有用于检测电压的比较器和用于检测两级电压的三极管。

10.根据权利要求3所述的水表电路模块，其特征在于所述稳压电路设有稳压电源模块。