基于RFID技术的新型热量表设计与实验研究

　　0　引言

　　RFID(Radio Frequency Identification)技术是一种非接触式的自动识别技术[1]。目前,在我国城市集中供热中,能源浪费及按供热面积收费问题,已经制约了供热的进一步发展。在实施城市供热体制改革中,热量表是整个系统中实现集中供热分户计量、推行按热量收费的关键设备,并逐渐成为一个热点产业。

　　基于RFID技术的新型热量表的研究,是以国际法制计量组织OIML-R75号规程和世界公认最先进的欧洲热量表标准EN1434为参考,不仅能够实现集中供热的分户热计量,而且实现了对计量数据的非接触传输及结算交易控制,为实现城市集中供热智能化管理提供了可能性,是实现数字城市、数字社区的坚实基础,具有很高的社会效益和经济效益。新型热量表是整个供热计量管理系统的终端设备,如图1所示,它与供热计量管理部门之间通过射频卡进行数据交换,射频卡作为RFID技术的重要内容,利用射频信号通过空间耦合实现无接触信息传递的目的。

　　对射频卡而言,新型热量表即为读写器。每个供热用户在安装新表具的同时,会获得一张射频卡。在使用前用户必须到管理部门开户,由系统计算机的管理软件建立每个用户的详细信息档案。开户完成后,用户可根据自己的实际需求购买所需的热量,然后将卡与家中的热量表建立联系。从信息安全的角度考虑,卡上的所有用户信息、热量数据等信息都是以加密的形式进行传输,热量表在接收时再进行相应的解密工作。同时热量表将用户的用热量、剩余热量值、相应的历史使用记录以及状态信息通过射频卡传递给供热管理部门。供热部门可以对收集到的各项历史数据进行各种运算处理分析对比,从而获得大量的供热数据信息,给各项管理决策提供有力的数据支持。

　　1　新型热量表总体结构

　　基于RFID技术的新型热量表用于计量热用户的热量消耗,通过射频卡与管理部门之间实现数据的非接触交换,主要由射频卡和新型热量表2部分构成,新型热量表又包含微处理器、机械旋翼式无磁流量传感器、配对温度传感器、积算显示器和射频数据传输模块等。具体框图如图2所示。

　　2　新型热量表工作原理

　　射频卡选用Mifare One芯片(简称M1),符合MIFAREI国际标准,容量为8K位,数据保存期为10年,可改写10万次,读无限次。Ml卡自带天线,内含加密控制逻辑和通讯逻辑电路,卡与读写器之间的通讯采用DES和RES保密交叉算法,保密性能极高,具有快速防冲突、抗强电干扰、防水等特点[2]。M1卡包含RF射频接口电路和数字电路接口2部分。射频接口电路主要包括波形转换、调制解调、POR等模块;数字电路接口中主要包含ATR、AntiCollision和数据运算单元等模块。具体工作原理如下: