IC卡水表是一種利用現(xiàn)代微電子技術(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)智能化的要求，傳統(tǒng)的上門(mén)入戶(hù)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)行記錄和電子顯示外，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(mén)抄表收費(fèi)到用戶(hù)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(hù)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(kāi)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(hù)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(hù)可乘之機(jī)。

　如電路的運(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)有些地方用水過(guò)去吃大鍋飯，現(xiàn)在管的嚴(yán)了，用戶(hù)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(hù)的攻擊得懲，給管理部門(mén)造成一定的損失。如果用戶(hù)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)重著可以使企業(yè)丟掉市場(chǎng)，也有可能遭用戶(hù)索賠。

　所以一款I(lǐng)C卡水表的防攻擊和防干攏的設(shè)計(jì)如何是成功的關(guān)鍵，探討一下IC卡水表的防攻擊和防干擾有非常重要的意義。

　一、對(duì)IC卡水表攻擊種類(lèi)

　對(duì)IC卡水表的攻擊主要分為以下幾種情況:

　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(hù)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：用電子打火器伸入IC卡口，用打火器產(chǎn)生的靜電攻擊水表的電子部分，使電子部分損失達(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(mài)竊水器。

　水攻擊：往卡座加入少許水，讓卡座受潮，從而使用戶(hù)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(hù)的水表還要有防拆卸功能，一旦發(fā)生拆卸，那即關(guān)閥不能用水。

　以上幾種情況，我們稱(chēng)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)在大家公認(rèn)的原則是：如果用戶(hù)的攻擊沒(méi)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辦法

　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，這是一款水表的振震性的關(guān)鍵。

　在實(shí)際應(yīng)用中有絕大的多數(shù)的用戶(hù)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(kāi)的時(shí)候彈不開(kāi)；遠(yuǎn)了會(huì)不吸合，所以表現(xiàn)在水表上最直接的現(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(hù)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(hù)初裝后不開(kāi)閥、顯示攻擊、液晶不顯示等等。很大的一部是由于運(yùn)輸過(guò)程式中造成的，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，盡可能的減速少機(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)能夠能一次成型，那么它是最成功的。

　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)大大減少的，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)形成或是人為的振動(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)象的會(huì)大大減少的。

　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(hù)對(duì)IC水水表的靜電攻擊，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)傷害人和其它電子產(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)要想完全達(dá)到那種抗大電流和靜電的攻擊是不可能的，只要能達(dá)到卡口分壞了，整表除卡通訊部分不能正常工作外，其它部分能都正常工作就行。

　有人認(rèn)為將金屬類(lèi)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)卡座的攻擊意義不大，即便卡座壞了，并不影響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(kāi)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(hù)家里，使用對(duì)象明確，并且水表是用戶(hù)的財(cái)產(chǎn)，沒(méi)有特殊的理由，用戶(hù)并不會(huì)進(jìn)行機(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)處罰才行。

　3、IC卡水表的防水、防油污及防潮的處理施。

　防止水氣攻擊只要采用合理的密封技術(shù)，一般都能滿(mǎn)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(méi)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)加以考慮。IC卡水表在遇到磁性物質(zhì)干擾后，應(yīng)會(huì)將閥門(mén)作關(guān)閉處理，關(guān)閉的時(shí)間和開(kāi)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)解決這個(gè)問(wèn)題。

　現(xiàn)在一般水表廠家采用無(wú)磁傳感采樣的水表，那么這樣的問(wèn)題就少些了。

　5、IC卡水表的防拆卸措施

　應(yīng)在表體和接頭管件上設(shè)置鉛封口并可進(jìn)行防偽鉛封處理，以防止隨意拆卸水表的行為。在電子部分上可以采取一個(gè)觸動(dòng)開(kāi)關(guān)，如果用戶(hù)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，防冷凍問(wèn)題也是一個(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，這顯然是個(gè)管理問(wèn)題。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，水表應(yīng)能正常工作。

　三、IC卡水表中干擾的種類(lèi)。

　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)安全造成一定的威脅，在電子學(xué)中對(duì)干擾的分類(lèi)大多分為燥聲干擾，電源串?dāng)_、靜電干擾。

　在電子學(xué)中，干擾是這樣來(lái)定義的，干擾：在接收一所需信號(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。

　在國(guó)際無(wú)線電咨詢(xún)委員會(huì)的文件中，干擾的結(jié)果被分為三類(lèi)；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電子電路中的干擾，是整個(gè)系統(tǒng)統(tǒng)或設(shè)備中的一個(gè)關(guān)鍵部分。

　在電子系統(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(mǎn)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)中最優(yōu)先考慮和最重要的原則，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)。減小干擾源的則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)。

　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)壓二極管后為更好。給電機(jī)加濾波電路，注意電容、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(lèi)。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。電源噪聲的危害最大，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，用地線把它們隔離和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）。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)引腳盡量靠近，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，最后在一點(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芯片引腳排列時(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(mén)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(mǎn)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、電源線的部線肯定重要了！

　2)線路的去偶；

　3)數(shù)、模地的分開(kāi)；

　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)，防繼電器觸點(diǎn)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(mén)電路隔離、光偶隔離、電磁隔離等。

　7)選擇一個(gè)抗干擾能力強(qiáng)的器件比之任何方法都有效，我想這點(diǎn)應(yīng)該最重要。因?yàn)槠骷焐牟蛔闶呛茈y用外部方法去彌補(bǔ)的，但往往抗干擾能力強(qiáng)的就貴些，抗干擾能力差的就便宜，正如臺(tái)灣的東東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(mén)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(méi)有用處。因此，作為采用IC卡進(jìn)行結(jié)算交易的部門(mén)，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，隨著智能計(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。