0 引言
隨著我國供熱體制的改革，智能熱量表已越來越多地用于供暖和采暖收費(fèi)。智能熱量表是一種采用智能卡技術(shù)的熱量計(jì)量儀表，它由流量傳感器、溫度傳感器、閥門及其控制單元、IC 卡操作系統(tǒng)以及積分儀處理單元等組成。通過智能卡進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，即可完成供熱系統(tǒng)的預(yù)付費(fèi)管理。
智能卡是將一個(gè)專用的集成電路芯片鑲嵌于基片中，封裝成卡。智能卡芯片具有寫入數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的能力。智能卡存儲(chǔ)器中的內(nèi)容根據(jù)需要可以有條件地供外部讀取和供內(nèi)部信息處理和判定之用。
智能卡根據(jù)卡與外界數(shù)據(jù)傳送的形式可分為：接觸型IC卡、非接觸型IC 卡和TM 卡。
由于智能卡采用了當(dāng)今最先進(jìn)的半導(dǎo)體制造技術(shù)和信息安全技術(shù)，智能卡相對于其它種類的卡具有存儲(chǔ)容量大、體積小、重量輕、抗干擾能力強(qiáng)、便于攜帶、易于使用、安全性高，對網(wǎng)絡(luò)要求不高等特點(diǎn)。
1 接觸式IC 卡
接觸式IC 卡的外型由一塊塑料或PVC 材料制成，通常還有各種印刷圖案、文字和號碼在上面，稱作“卡基”；在“卡基”的固定位置上，嵌裝一種特定的IC 芯片就成為我們通常所說的IC 卡，其外形和尺寸都遵循國際標(biāo)準(zhǔn)（ISO）。芯片一般采用不易揮發(fā)性的存儲(chǔ)器（ROM、EEPROM）、保護(hù)邏輯電路、甚至帶微處理器CPU[2]。根據(jù)嵌裝的芯片不同，產(chǎn)生了各種類型的IC 卡。接觸式IC 卡卡片上有8 個(gè)觸點(diǎn)，目前一般用到5個(gè)，另外3 個(gè)觸點(diǎn)留作將來使用。
接觸式IC 卡從其功能上分為3 種： 存儲(chǔ)器卡、 帶加密邏輯的存儲(chǔ)器卡和 CPU 卡。存儲(chǔ)器卡采用存儲(chǔ)器芯片作為卡芯，只有“硬件”組成，包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和安全邏輯控制等；CPU 卡采用微處理器芯片作為卡芯，由硬件和軟件共同組成，包括硬件單片機(jī)MPU（微處理器）、RAM（隨機(jī)存取存儲(chǔ)器）、ROM（ 只讀存儲(chǔ)器）、EEPROM（ 用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器），軟件芯片操作系統(tǒng)COS（IC Card Operating System）等。
2 非接觸式IC卡
非接觸式IC 卡，又稱射頻卡，是近幾年發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù)，在卡片靠近讀寫器表面時(shí)即可完成卡中數(shù)據(jù)的讀寫操作，它成功地將射頻識(shí)別技術(shù)和IC 技術(shù)結(jié)合起來，解決了無源（卡中無電源）和免接觸這一難題，是電子器件領(lǐng)域的一大突破。
非接觸式IC 卡在卡片內(nèi)藏有微小的集成電路芯片和線圈。對應(yīng)的卡表或讀卡器內(nèi)有一套電路，如一座可發(fā)射和接收無線信號的微型電臺(tái)。當(dāng)射頻卡工作時(shí)，先在很短瞬間內(nèi)，由卡表發(fā)射的電磁波在射頻卡內(nèi)通過電磁感應(yīng)形成一個(gè)低壓電源，射頻卡同樣變成一座微型電臺(tái)，與卡表高速地進(jìn)行一系列復(fù)雜的數(shù)據(jù)交換和信息傳遞，一瞬間，數(shù)據(jù)即交換完畢。
射頻卡是通過射頻信號來傳遞數(shù)據(jù)的，其壽命主要取決于芯片的壽命。而接觸式IC 卡的使用壽命不僅取決于芯片的壽命，而且主要取決于卡片的壽命。由于其觸點(diǎn)反復(fù)插接，有可能損壞芯片的集成電路。而射頻卡無需接觸和磨擦，所以相對來說，射頻卡的壽命要長得多。
非接觸式IC 卡的尺寸為長85mm、寬54mm、厚0.76 ～ 0.84mm。在芯片設(shè)計(jì)中除了接觸式IC 卡用芯片要求外，增加了射頻接口電路、穩(wěn)壓電路、防沖突電路和低功耗技術(shù)。綜上所述，非接觸卡用芯片是一塊數(shù)模混合的集成電路，這使非接觸卡用芯片設(shè)計(jì)和制造均比數(shù)字電路的接觸卡用芯片的設(shè)計(jì)制造復(fù)雜。
3 TM 卡
TM 卡是美國DALLAS 公司的專利產(chǎn)品，它采用單線協(xié)議通訊，通過瞬間碰觸完成數(shù)據(jù)讀寫，既具有非接觸式IC 卡的易操作性，又具有接觸式IC 卡的廉價(jià)性，也在我國智能熱量表行業(yè)中得到應(yīng)用。
TM 卡外形類似于一個(gè)鈕扣（Button）電池，可鑲嵌于卡片、鑰匙扣等物體上。TM 卡通過一個(gè)多功能器來實(shí)現(xiàn)將數(shù)據(jù)線、地址線、控制線和電源線減為一根線，一般TM 卡都具有RAM 存儲(chǔ)器，為了保持RAM 中的內(nèi)容不丟失，卡中要安置長壽鋰電池。當(dāng)主機(jī)加電時(shí)，TM 卡通過500 000Ω 和50Ω 阻抗之間的切換來響應(yīng)主機(jī)，用信號被拉低的時(shí)長（長或短）來表示數(shù)字邏輯（長為1，短為0），由于阻抗切換的幅度為10 000 ：1，因此，觸點(diǎn)的接觸電阻不會(huì)影響數(shù)字信號的辨識(shí)。
另外，根據(jù)TM 卡存儲(chǔ)器的加密性，TM 卡可分為加密TM 卡和非加密TM 卡。絕大部分TM 卡都是非加密的，只有DS1991 是加密的，并分為3 個(gè)獨(dú)立的加密區(qū)，每個(gè)加密區(qū)都有獨(dú)立口令。因此，可以作為3 個(gè)獨(dú)立的用途。考慮到TM 卡的特點(diǎn)，TM 卡的加密方式與接觸式加密IC 卡不同，后者密碼位數(shù)小，并有誤碼計(jì)算功能，前者密碼多達(dá)64 位，不設(shè)誤碼計(jì)數(shù)，如果因某種原因忘記密碼，可按卡重新初始化后使用，但卡中原有信息將被自動(dòng)擦除。
4 3 種卡的性能比較
接觸式IC 卡、非接觸式IC 卡和TM 卡，這3 種卡各有自己的優(yōu)缺點(diǎn)。
1）接觸式IC 卡有以下優(yōu)點(diǎn)：
（1）結(jié)構(gòu)比較簡單，通用性好；
（2）功耗低，讀寫的電壓較低，速度較快；
（3）造價(jià)低，IC 卡的讀寫設(shè)備簡單可靠、造價(jià)便宜、維護(hù)方便。
2）接觸式IC 卡缺點(diǎn)：
（1）接觸式IC 卡表使用時(shí)要將IC 卡插入卡口，依靠多個(gè)觸點(diǎn)，才能完成信息的傳遞，其金屬觸點(diǎn)易磨損和沾污；
（2）防水、防塵性能略差；
（3）由于具有暴露的卡口，給人為破壞造成方便。
3）非接觸式IC 卡具有以下優(yōu)點(diǎn)：
（1）可靠性高，使用壽命長。非接觸式IC 卡避免了由于接觸讀寫而產(chǎn)生的各種故障。此外，非接觸式IC 卡便于卡片的印刷，又提高了卡片使用的可靠性。
（2）操作方便、快捷。由于使用射頻通訊技術(shù)，讀寫器在10cm 范圍內(nèi)就可以對卡片進(jìn)行讀寫，沒有插拔卡的動(dòng)作。非接觸IC 卡使用時(shí)沒有方向性，卡片可以任意方向掠過讀寫器表面，讀寫時(shí)間不大于0.1s。
（3）安全防沖突。非接觸式卡中有快速防沖突機(jī)制，能防止卡片之間出現(xiàn)數(shù)據(jù)干擾。因此，讀寫器可以“同時(shí)”處理多張非接觸式IC 卡，提高了應(yīng)用的并行性。
4）非接觸式卡也存在功耗大，成本高的缺點(diǎn)：
5）TM 卡有如下優(yōu)點(diǎn)：
（1）不銹鋼封裝，耐用性好；
（2）使用方便性，瞬間接觸，無需對準(zhǔn) 4 個(gè)不同插卡方向，只有1 個(gè)方向是正確的；
（3）攜帶方便性，不怕高溫、磨損、碰摔，耐腐，不易丟失。
6）TM 卡的缺點(diǎn)：對應(yīng)于TM 卡的熱量表內(nèi)必須有相應(yīng)的解碼模塊，來對卡的信號傳送進(jìn)行處理，所以它的通用性要差一些；由于它的觸點(diǎn)更暴露在外，所以防攻擊性能也要差一些。這三種智能卡綜合比較情況如下表1 ：
表1 三種智能卡的性能比較
從以上比較來看，這幾種卡各有其優(yōu)缺點(diǎn)。非接觸式IC卡雖然成本較高，但如果批量生產(chǎn)，成本與接觸式IC 卡相差不大，并且它的壽命比接觸式IC 卡要高得多。對于在智能熱量表中的應(yīng)用來說，非接觸式IC 卡從綜合功能上有更大的優(yōu)勢。
5 結(jié)論
本文介紹了智能熱量表目前常用的3 種智能卡，介紹了它們的結(jié)構(gòu)組成和工作原理，并對它們的性能進(jìn)行了綜合比較。
由于熱量表常使用在比較潮濕、灰塵大、溫度高等較惡劣的環(huán)境下，所以從綜合功能上考慮，非接觸式IC 卡有更大的優(yōu)勢。
