貴州射頻卡水表【防銹】貴州射頻卡水表“防凍”
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IC卡水表是一種利用現(xiàn)代微貴州射頻卡技術(shù)、現(xiàn)代傳感技術(shù)、IC卡技術(shù)對(duì)用水量進(jìn)行計(jì)量并進(jìn)行用水?dāng)?shù)據(jù)傳遞及結(jié)算交易的新型水表。隨著我國(guó)能源戰(zhàn)略方案的實(shí)施和小區(qū)IC卡化的要求,傳統(tǒng)的上門入戶抄表已不能適應(yīng)社會(huì)的需要,所以這種新型IC卡水表以不可阻擋的勢(shì)頭出現(xiàn)的各個(gè)新建小區(qū)中。IC卡水表除了可對(duì)用水量進(jìn)行記錄和貴州射頻卡顯示外,還可以按照約定對(duì)用水量自動(dòng)進(jìn)行控制,并且自動(dòng)完成水費(fèi)計(jì)算,同時(shí)可以進(jìn)行用水?dāng)?shù)據(jù)存儲(chǔ)的功能。由于其數(shù)據(jù)傳遞和交易結(jié)算通過(guò)IC卡進(jìn)行,因而可以實(shí)現(xiàn)由工作人員上門抄表收費(fèi)到用戶自己去營(yíng)業(yè)所交費(fèi)的轉(zhuǎn)變。
與傳統(tǒng)的用水計(jì)量?jī)x表相比,采用IC卡水表技術(shù)可以帶來(lái)許多新變化,給用戶帶來(lái)很大的益處。隨著水資源日益短缺,水價(jià)不斷上漲,水費(fèi)負(fù)擔(dān)越來(lái)越重,人們開始看重過(guò)去不被重視的自來(lái)水了,節(jié)水意識(shí)不斷提高。然而,很多用戶不在“節(jié)約用水”上下功夫,卻在“節(jié)約費(fèi)用”上做文章,利用現(xiàn)有一些廠家IC水表的漏洞和弱點(diǎn)進(jìn)行攻擊。再就是一些廠家的IC卡水表在設(shè)計(jì)上也存在著一些缺陷,給用戶可乘之機(jī)。
如電路在運(yùn)行過(guò)程中死機(jī),受潮電路功耗加大而導(dǎo)致電路能量耗盡而不工作等都與產(chǎn)品的防攻擊能力有關(guān)。同時(shí)有些地方過(guò)去吃大鍋飯用水,現(xiàn)在管的嚴(yán)了,用戶有一定的抵觸,所以會(huì)試探性的對(duì)其攻擊或是干攏。如果設(shè)計(jì)產(chǎn)品的時(shí)候,不做充分的考慮,會(huì)使用戶的攻擊得懲,給管理部門造成一定的損失。如果用戶的攻擊未留下任何痕跡,則攻擊是有效的。這樣的攻擊涉及經(jīng)濟(jì)的原因,后果是嚴(yán)重的。如果解決不善,就可能影響產(chǎn)品的推廣使用,嚴(yán)重者可以使企業(yè)丟掉市場(chǎng),也有可能遭到用戶索賠。
所以一款I(lǐng)C卡水表的防攻擊和防干攏的程度是成功的關(guān)鍵,探討一下IC卡水表的防攻擊和防干擾有著非常重要的意義。
一、對(duì)IC卡水表進(jìn)行攻擊的種類 振動(dòng):用手敲擊水表,達(dá)到水表出現(xiàn)故障,不走或是少計(jì)量,一般用戶用手或是墊一厚墊,那么水表從外觀上是看不出來(lái)機(jī)械攻擊的。
靜電:用貴州射頻卡打火器伸入IC卡口,用打火器產(chǎn)生的靜電攻擊水表的貴州射頻卡部分,使貴州射頻卡部分損失達(dá)到竊水的目地。
磁攻擊:用磁石干擾水表的采樣部分及傳動(dòng)部分,使水表不計(jì)量或是少計(jì)量,從而達(dá)到竊水的目的?,F(xiàn)在市面上也時(shí)常出現(xiàn)一些不法的小商販沿街叫賣竊水器。
水攻擊:往卡座加入少許水,讓卡座受潮,從而使用戶水表的功耗加大或是損壞。
冷凍:水表的使用環(huán)境溫度不會(huì)低于零下40度,但是水表的運(yùn)輸過(guò)程中有可能在零下,所以設(shè)計(jì)過(guò)程中也要考慮這方面的原因。同時(shí),用戶的水表還要有防拆卸功能,一旦發(fā)生拆卸,就即關(guān)閥不能用水。
以上幾種情況,我們稱之為物理攻擊。在實(shí)際的使用過(guò)程中有可能出現(xiàn),但是對(duì)于這樣的攻擊,很難找到明顯的破壞痕跡,所以處理起來(lái)非常棘手。
同時(shí)現(xiàn)在大家*的原則是:如果用戶的攻擊沒留下任何痕跡而導(dǎo)致水表?yè)p壞,由于無(wú)法取證,這樣的問(wèn)題都?xì)w于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的缺陷,所以在設(shè)計(jì)的時(shí)候充分考慮,針對(duì)各種情況、采取相應(yīng)的措施,來(lái)不斷完善產(chǎn)品的可靠性。
二、對(duì)水表的物理性攻擊的防范方法 1、對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的攻擊處理措施
在水表的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中合理地安排計(jì)量部分和閥體部分的關(guān)系結(jié)構(gòu)是一個(gè)關(guān)鍵,例如研究干簧管、磁鋼和閥體控制部分的電機(jī)的關(guān)系,使之結(jié)構(gòu)緊湊,這是一款水表的抗震性的關(guān)鍵。
在實(shí)際應(yīng)用中有絕大多數(shù)的用戶在使用中發(fā)現(xiàn)的不計(jì)量的故障多是由于振動(dòng)導(dǎo)致磁鋼同干簧的位置和距離發(fā)生了變化而引起,近了或是遠(yuǎn)了。如果近了,那么干簧管該斷開的時(shí)候彈不開;遠(yuǎn)了會(huì)不吸合,所以表現(xiàn)在水表上zui直接的現(xiàn)象是不能計(jì)量,在水表的設(shè)計(jì)中如果定義成攻擊,那么這種情況水表會(huì)關(guān)閥,導(dǎo)致用戶不能用水。
這樣的故障現(xiàn)象在IC卡水表生產(chǎn)過(guò)程中一般不會(huì)體現(xiàn)出來(lái),而是經(jīng)過(guò)運(yùn)輸,安裝的過(guò)程中出現(xiàn)。如有的水表在用戶初裝后不開閥、顯示攻擊、液晶不顯示等等。很大的一部分原因是來(lái)自運(yùn)輸過(guò)程式中的,進(jìn)一步說(shuō)是生產(chǎn)設(shè)計(jì)不合理造成的。
所以一般的生產(chǎn)廠家都將采樣磁鋼直接壓鑄在齒輪上,盡可能的減少機(jī)械的連接,這不失為一個(gè)好辦法、好方案。機(jī)械的長(zhǎng)壽命設(shè)計(jì)中關(guān)鍵的一項(xiàng)就是結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單、盡可能減少傳動(dòng)齒輪的數(shù)量,鑼釘結(jié)構(gòu)的數(shù)量。如果一個(gè)水表的閥體部分及控制部的主體結(jié)構(gòu)能夠一次成型,那么它是zui成功的。
那是一個(gè)理想狀態(tài),實(shí)際上是不可能的,但思考的出發(fā)點(diǎn)是盡可能將一些部件的功能組合起來(lái),重新設(shè)計(jì)一款這樣的水表,其故障率會(huì)大大減少,也會(huì)增加其使用壽命。
在水表的運(yùn)行過(guò)程中,有一些管道振動(dòng)或是人為的振動(dòng)會(huì)引起水表的指針不轉(zhuǎn),這種現(xiàn)象從原理上消除它是不可行的,但是改變它的結(jié)構(gòu),使客觀存在的組件減少,那么這種現(xiàn)象的出現(xiàn)會(huì)大大減少。
2、對(duì)IC卡水表的靜電或是大電流攻擊及解決措施
對(duì)于用戶對(duì)IC卡水表的靜電攻擊,不是一個(gè)重要指標(biāo)。居家環(huán)境很少遇到高于2000伏靜電場(chǎng)這樣的狀況。一般正常使用的電磁波強(qiáng)度也不可能達(dá)到會(huì)傷害人和其它貴州射頻卡產(chǎn)品的強(qiáng)度,所以這個(gè)指標(biāo)定在2000伏足夠了。對(duì)于接觸式IC卡水表來(lái)說(shuō)要想*達(dá)到那種抗大電流和靜電的攻擊是不可能的,整表除卡通訊部分不能正常工作外,其它部分都能正常工作就行了。
有人認(rèn)為將金屬類具有破壞性的卡片插入卡座時(shí),應(yīng)不會(huì)對(duì)水表的正常使用產(chǎn)生影響,包括電量消耗。這時(shí)可以通過(guò)軟件和硬件相結(jié)合的辦法進(jìn)行保護(hù)處理,使對(duì)卡座的攻擊性不大,即便卡座壞了,卻不影響IC卡水表其它部分的正常工作。也可以采用關(guān)閥警的方案,攻擊取消后再開閥。
但從實(shí)際使用情況來(lái)看,這個(gè)問(wèn)題不會(huì)太嚴(yán)重。因?yàn)镮C卡水表一般是安裝在用戶家里,使用對(duì)象明確,并且水表是用戶的財(cái)產(chǎn),沒有特殊的理由,用戶并不會(huì)用機(jī)械性的方法攻擊儀表。
不能考慮無(wú)限制的加強(qiáng)儀表的抗攻擊性,而是要對(duì)故意施加的破壞行為能夠進(jìn)行認(rèn)定并進(jìn)行相應(yīng)處罰。
3、IC卡水表的防水、防油污及防潮的處理措施
防止水氣攻擊只要采用合理的密封技術(shù),一般都能滿足要求。而防止油煙污染,只要在IC卡卡座上做一些技術(shù)處理比如加防塵罩等就可以解決。
然而對(duì)接觸式IC卡水表,八個(gè)觸點(diǎn)是暴露在外的,這是沒法密封的,這樣的問(wèn)題就需要用軟硬件結(jié)合的方法來(lái)解決。硬件上改變上拉電阻、軟件上采用巡檢的方法,這樣即能讓卡座在潮溫的環(huán)境下工作,同時(shí)又不增加功耗,只要合理安排巡檢的時(shí)間就可以了。
4、IC卡水表的防磁措施
磁性材料由于有成本低廉的特點(diǎn),所以被廣泛采用。但磁性材料比較容易受干擾,因此應(yīng)當(dāng)著重考慮。IC卡水表在遇到磁性物質(zhì)干擾后,應(yīng)會(huì)將閥門關(guān)閉,關(guān)閉的時(shí)間和開啟的時(shí)間可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)定,當(dāng)然也可以通過(guò)采用非磁性信號(hào)方式來(lái)解決。
現(xiàn)在一般水表廠家采用無(wú)磁傳感的水表,這樣的問(wèn)題就少些。
5、IC卡水表的防拆卸措施
可在表體和接頭管件上設(shè)置鉛封口并進(jìn)行防偽鉛封處理,以防止隨意拆卸水表的行為。在貴州射頻卡部分上可以安裝一個(gè)觸動(dòng)開關(guān),如果用戶進(jìn)行機(jī)械拆裝的話可以進(jìn)行關(guān)閥報(bào)警。
當(dāng)然,對(duì)于濕式IC卡水表,防冷凍也是一個(gè)問(wèn)題,主要是一個(gè)保管和使用方法問(wèn)題,比如說(shuō),在結(jié)冰的溫度區(qū),要做排水處理,防止冰漲。溫度低于零度不必考慮水表的使用,因?yàn)樗呀?jīng)結(jié)冰,無(wú)法計(jì)量。但是在運(yùn)輸和保管過(guò)程中,可能會(huì)遇到遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于零度的溫度,這就需要考慮。這個(gè)合理指標(biāo)的數(shù)值應(yīng)當(dāng)是-25度至+50度范圍內(nèi),在這個(gè)范圍內(nèi)水表應(yīng)當(dāng)不會(huì)被凍壞,當(dāng)溫度恢復(fù)到正常溫度后,水表就能正常工作。
三、IC卡水表中干擾的種類
在IC卡水表系統(tǒng)中還存在一定的干擾,對(duì)水表的系統(tǒng)安全造成威脅,在貴州射頻卡學(xué)中對(duì)干擾的分類大多分為燥聲干擾、電源串?dāng)_、靜電干擾。
在貴州射頻卡學(xué)中,干擾是這樣來(lái)定義的,在接收所需信號(hào)時(shí),非所需能量造成的擾亂效應(yīng),包括其它信號(hào)的影響、雜散發(fā)射、人為燥聲等。
在無(wú)線電咨詢委員會(huì)的文件中,干擾的結(jié)果被分為三類,允許的干擾、可接受的干擾和有害的干擾。下面在水表中提到的干擾是指貴州射頻卡電路中的干擾,是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)備中的一個(gè)關(guān)鍵部分。
在貴州射頻卡系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,為了少走彎路和節(jié)省時(shí)間,應(yīng)充分考慮并滿足抗干擾性的要求,避免在設(shè)計(jì)完成后再去進(jìn)行抗干擾的補(bǔ)救措施。形成干擾的基本要素有三個(gè),下面來(lái)介紹一下干擾的防范措施:
1)干擾源,指產(chǎn)生干擾的元件、設(shè)備或信號(hào),描述如下:燥聲大的地方就是干擾源。如:雷電、繼電器、可控硅、電機(jī)、高頻時(shí)鐘等都可能成為干擾源。
2)傳播路徑,指干擾從干擾源傳播到敏感器件的通路或媒介。典型的干擾傳播路徑是通過(guò)導(dǎo)線的傳導(dǎo)和空間的輻射。
3)敏感器件,指容易被干擾的對(duì)象。如:A/D、D/A變換器,單片機(jī),數(shù)字IC,弱信號(hào)放大器等。
抗干擾設(shè)計(jì)的基本原則是:抑制干擾源,切斷干擾傳播路徑,提高敏感器件的抗干擾性能。
1、抑制干擾源
抑制干擾源就是盡可能的減小干擾源的燥聲。這是抗干擾設(shè)計(jì)中*先考慮和zui重要的原則,常常會(huì)起到事半功倍的效果。減小干擾源的燥聲主要是通過(guò)在干擾源兩端并聯(lián)電容來(lái)實(shí)現(xiàn)。減小干擾源是在干擾源回路串聯(lián)電感或電阻以及增加續(xù)流二極管來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
抑制干擾源的常用措施如下:
1)電機(jī)增加續(xù)流二極管,消除線圈產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)干擾。僅加續(xù)流二極管會(huì)使電流時(shí)間滯后,再增加穩(wěn)壓二極管后會(huì)更好。給電機(jī)加濾波電路,電容、電感引線要盡量短。
2)電路板上每個(gè)IC要并接一個(gè)0.01μF~0.1μF高頻電容,以減小IC對(duì)電源的影響。注意高頻電容的布線,連線應(yīng)靠近電源端并盡量粗短,否則等于增大了電容的等效串聯(lián)電阻,會(huì)影響濾波效果。
3)布線時(shí)避免90度折線,減少高頻噪聲發(fā)射
按干擾的傳播路徑可分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩類。所謂傳導(dǎo)干擾是指通過(guò)導(dǎo)線傳播到敏感器件的干擾。高頻干擾噪聲和有用信號(hào)的頻帶不同,可以通過(guò)在導(dǎo)線上增加濾波器的方法切斷高頻干擾噪聲的傳播,有時(shí)也可加隔離光耦來(lái)解決。電源噪聲的危害zui大,要特別注意處理。所謂輻射干擾是指通過(guò)空間輻射傳播到敏感器件的干擾。一般的解決方法是增加干擾源與敏感器件的距離,用地線把它們隔離同時(shí)在敏感器件上加蔽罩。
2、切斷干擾傳播路徑的常用措施如下:
1)充分考慮電源對(duì)單片機(jī)的影響。電源做得好,整個(gè)電路的抗干擾就解決了一大半。許多單片機(jī)對(duì)電源噪聲很敏感, 要給單片機(jī)電源加濾波電路或穩(wěn)壓器,以減小電源噪聲對(duì)單片機(jī)的干擾。比如,可以利用磁珠和電容組成π形濾波電路,當(dāng)然條件要求不高時(shí)也可用100Ω電阻代替磁珠。
2)如果單片機(jī)的I/O口用來(lái)控制電機(jī)等噪聲器件,在I/O口與噪聲源之間應(yīng)加隔離(增加π形濾波電路)。
3)注意晶振布線。晶振與單片機(jī)引角盡量靠近,用地線把時(shí)鐘區(qū)隔離起來(lái),晶振外殼接地并固定。此措施可解決許多疑難問(wèn)題。
4)電路板合理分區(qū),如強(qiáng)、弱信號(hào),數(shù)字、模擬信號(hào)。盡可能把干擾源(如電機(jī),繼電器)與敏感元件(如單片機(jī))遠(yuǎn)離。
5)用地線把數(shù)字區(qū)與模擬區(qū)隔離,數(shù)字地與模擬地要分離,zui后在同一點(diǎn)接于電源地。A/D、D/A芯片布線也以此為原則,廠家分配A/D、D/A芯片引角排列時(shí)已考慮此要求。
6)單片機(jī)和大功率器件的地線要單獨(dú)接地,以減小相互干擾。大功率器件盡可能放在電路板邊緣。
7)在單片機(jī)I/O口,電源線,電路板連接線等關(guān)鍵地方使用抗干擾元件如磁珠、磁環(huán)、電源濾波器、屏蔽罩,可顯著提高電路的抗干擾性能。
3、提高敏感器件的抗干擾性能
提高敏感器件的抗干擾性能是指從敏感器件這邊考慮盡量減少對(duì)干擾噪聲的拾取,以及從不正常狀態(tài)盡快恢復(fù)的方法。
提高敏感器件抗干擾性能的常用措施如下:
1)布線時(shí)盡量減少回路環(huán)的面積,以降低感應(yīng)噪聲。
2)布線時(shí),電源線和地線要盡量粗。除減小壓降外,更重要的是降低耦合噪聲。
3)對(duì)于單片機(jī)閑置的I/O口,不要懸空,要接地或接電源。其它IC的閑置端在不改變系統(tǒng)邏輯的情況下接地或接電源。
4)對(duì)單片機(jī)使用電源監(jiān)控及看門狗電路,如:IMP809,IMP706,IMP813,X25043,X25045等,可大幅度提高整個(gè)電路的抗干擾性能。
5)在速度能滿足要求的前提下,盡量降低單片機(jī)的晶振和選用低速數(shù)字電路。
6)IC器件盡量直接焊在電路板上,少用IC座。
軟件方面:
1)我習(xí)慣于將不用的代碼空間全清成“0”,因?yàn)檫@等效于NOP,可在程序跑飛時(shí)歸位。
2)在跳轉(zhuǎn)指令前加幾個(gè)NOP,目的同1)。
3)在無(wú)硬件WatchDog時(shí)可采用軟件模擬WatchDog,以監(jiān)測(cè)程序的運(yùn)行。
4)涉及處理外部器件參數(shù)調(diào)整或設(shè)置時(shí),為防止外部器件因受干擾而出錯(cuò)可定時(shí)將參數(shù)重新發(fā)送一遍,這樣可使外部器件盡快恢復(fù)正確。
5)通訊中的抗干擾,可加數(shù)據(jù)校驗(yàn)位,可采取3取2或5取3策略。
6)在有通訊線時(shí),如I^2C、三線制等,實(shí)際中我們發(fā)現(xiàn)將Data線、CLK線、INH線常態(tài)置為高,其抗干擾效果要好過(guò)置為低。
硬件方面:
1)地線、電源線的部線。
2)線路的去偶。
3)數(shù)、模地的分開。
4)每個(gè)數(shù)字元件在地與電源之間都要104電容。
5)在有繼電器的應(yīng)用場(chǎng)合,尤其是大電流時(shí),防止繼電器觸燃火花。
6)為防I/O口的串?dāng)_,可將I/O口隔離,方法有二極管隔離、門電路隔離、光偶隔離、電磁隔離等。
7)選擇一個(gè)抗*力強(qiáng)的器件比之任何方法都有效,我想這點(diǎn)應(yīng)該zui重要。因?yàn)槠骷焐牟蛔闶呛茈y用外部方法去彌補(bǔ)的,但往往抗*力強(qiáng)的就貴些,抗*力差的就便宜,正如中國(guó)臺(tái)灣的東西便宜但性能卻大打折扣一樣具體要根據(jù)各個(gè)場(chǎng)合來(lái)具體對(duì)待。
安全性要從兩個(gè)方面進(jìn)行考慮:一個(gè)是制造商從技術(shù)上要切實(shí)解決安全問(wèn)題,一個(gè)是使用管理部門要建立起必要的安全管理制度。所以,不能只從技術(shù)角度講安全。安全問(wèn)題主要是個(gè)管理問(wèn)題,就是說(shuō),管理超過(guò)技術(shù),管理上的要求應(yīng)高于技術(shù)上的要求。管理的好,一般的技術(shù)方案也能達(dá)到理想的安全要求,管理不好,再好的技術(shù)方案也沒有用處。因此,作為采用IC卡進(jìn)行結(jié)算交易的部門,應(yīng)當(dāng)在加強(qiáng)安全管理方面采取足夠的措施,比如制定安全管理規(guī)程和嚴(yán)格的保密措施。當(dāng)然,隨著IC卡計(jì)量?jī)x表的大規(guī)模采用,相關(guān)的法律建設(shè)問(wèn)題也要跟上。要在管理、技術(shù)、法律等多方面來(lái)保證使用該產(chǎn)品的安全性。