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。智能熱量表是一種采用智能卡技術的熱量計量儀表，它由流量傳感器、溫度傳感器、閥門及其控制單元、IC 卡操作系統以及積分儀處理單元等組成。通過智能卡進行數據傳遞，即可完成供熱系統的預付費管理。

      智能卡是將一個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據和存儲數據的能力。智能卡存儲器中的內容根據需要可以有條件地供外部讀取和供內部信息處理和判定之用。

      智能卡根據卡與外界數據傳送的形式可分為：接觸型IC卡、非接觸型IC 卡和TM 卡。

      由于智能卡采用了當今最先進的半導體制造技術和信息安全技術，智能卡相對于其它種類的卡具有存儲容量大、體積小、重量輕、抗干擾能力強、便于攜帶、易于使用、安全性高，對網絡要求不高等特點。

      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準（ISO）。芯片一般采用不易揮發性的存儲器（ROM、EEPROM）、保護邏輯電路、甚至帶微處理器CPU[2]。根據嵌裝的芯片不同，產生了各種類型的IC 卡。接觸式IC 卡卡片上有8 個觸點，目前一般用到5個，另外3 個觸點留作將來使用。

      接觸式IC 卡從其功能上分為3 種： 存儲器卡、 帶加密邏輯的存儲器卡和 CPU 卡。存儲器卡采用存儲器芯片作為卡芯，只有“硬件”組成，包括數據存儲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MPU（微處理器）、RAM（隨機存取存儲器）、ROM（ 只讀存儲器）、EEPROM（ 用戶數據存儲器），軟件芯片操作系統COS（IC Card Operating System）等。

      2 非接觸式IC卡

      非接觸式IC 卡，又稱射頻卡，是近幾年發展起來的一項新技術，在卡片靠近讀寫器表面時即可完成卡中數據的讀寫操作，它成功地將射頻識別技術和IC 技術結合起來，解決了無源（卡中無電源）和免接觸這一難題，是電子器件領域的一大突破。

      非接觸式IC 卡在卡片內藏有微小的集成電路芯片和線圈。對應的卡表或讀卡器內有一套電路，如一座可發射和接收無線信號的微型電臺。當射頻卡工作時，先在很短瞬間內，由卡表發射的電磁波在射頻卡內通過電磁感應形成一個低壓電源，射頻卡同樣變成一座微型電臺，與卡表高速地進行一系列復雜的數據交換和信息傳遞，一瞬間，數據即交換完畢。

      射頻卡是通過射頻信號來傳遞數據的，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。由于其觸點反復插接，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。在芯片設計中除了接觸式IC 卡用芯片要求外，增加了射頻接口電路、穩壓電路、防沖突電路和低功耗技術。綜上所述，非接觸卡用芯片是一塊數模混合的集成電路，這使非接觸卡用芯片設計和制造均比數字電路的接觸卡用芯片的設計制造復雜。

      3 TM 卡

      TM 卡是美國DALLAS 公司的專利產品，它采用單線協議通訊，通過瞬間碰觸完成數據讀寫，既具有非接觸式IC 卡的易操作性，又具有接觸式IC 卡的廉價性，也在我國智能熱量表行業中得到應用。

      TM 卡外形類似于一個鈕扣（Button）電池，可鑲嵌于卡片、鑰匙扣等物體上。TM 卡通過一個多功能器來實現將數據線、地址線、控制線和電源線減為一根線，一般TM 卡都具有RAM 存儲器，為了保持RAM 中的內容不丟失，卡中要安置長壽鋰電池。當主機加電時，TM 卡通過500 000Ω 和50Ω 阻抗之間的切換來響應主機，用信號被拉低的時長（長或短）來表示數字邏輯（長為1，短為0），由于阻抗切換的幅度為10 000 ：1，因此，觸點的接觸電阻不會影響數字信號的辨識。

      另外，根據TM 卡存儲器的加密性，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 個獨立的加密區，每個加密區都有獨立口令。因此，可以作為3 個獨立的用途。考慮到TM 卡的特點，TM 卡的加密方式與接觸式加密IC 卡不同，后者密碼位數小，并有誤碼計算功能，前者密碼多達64 位，不設誤碼計數，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 種卡各有自己的優缺點。

      1）接觸式IC 卡有以下優點：

      （1）結構比較簡單，通用性好；

      （2）功耗低，讀寫的電壓較低，速度較快；

      （3）造價低，IC 卡的讀寫設備簡單可靠、造價便宜、維護方便。

      2）接觸式IC 卡缺點：

      （1）接觸式IC 卡表使用時要將IC 卡插入卡口，依靠多個觸點，才能完成信息的傳遞，其金屬觸點易磨損和沾污； 
      （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 卡具有以下優點：

      （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，讀寫器在10cm 范圍內就可以對卡片進行讀寫，沒有插拔卡的動作。非接觸IC 卡使用時沒有方向性，卡片可以任意方向掠過讀寫器表面，讀寫時間不大于0.1s。

      （3）安全防沖突。非接觸式卡中有快速防沖突機制，能防止卡片之間出現數據干擾。因此，讀寫器可以“同時”處理多張非接觸式IC 卡，提高了應用的并行性。

      4）非接觸式卡也存在功耗大，成本高的缺點：

      5）TM 卡有如下優點：

      （1）不銹鋼封裝，耐用性好； 
      （2）使用方便性，瞬間接觸，無需對準 4 個不同插卡方向，只有1 個方向是正確的； 
      （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：對應于TM 卡的熱量表內必須有相應的解碼模塊，來對卡的信號傳送進行處理，所以它的通用性要差一些；由于它的觸點更暴露在外，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，這幾種卡各有其優缺點。非接觸式IC卡雖然成本較高，但如果批量生產，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用來說，非接觸式IC 卡從綜合功能上有更大的優勢。

      5 結論

      本文介紹了智能熱量表目前常用的3 種智能卡，介紹了它們的結構組成和工作原理，并對它們的性能進行了綜合比較。

      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境下，所以從綜合功能上考慮，非接觸式IC 卡有更大的優勢。