CN101777215A - 全密封非接触式ic卡水表 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全密封非接触式IC卡水表，包括水表基座、水表指示装置、水表双指针驱动用步进电机、管道阀驱动用步进电机、管道式微型叶轮发电机，通过射频通信接口与IC卡进行交互操作，水表双指针驱动用步进电机可将IC卡上的预存水量直接通过两根长短指针在水表刻度盘上显示出来，从水量采样单元获取水流量信息，累计液晶模块指示总的用水量，专用控制芯片可依照预存水量，由进水阀驱动用步进电机控制进水阀的开度，用水时，管道式微型叶轮发电机由电池管理模块对水表内置锂电池充电并对水表供电，本发明采用全密封结构，无须在水表基座上另加塑料机壳，完全改变了传统IC卡水表的结构和控制方式，是一款新型的高端IC卡水表。

Description

全密封非接触式IC卡水表

技术领域

本发明涉及一种非接触式IC卡水表，尤其涉及一款在结构上完全密封，采用自主发电且不受外界环境影响的全密封非接触式IC卡水表。

背景技术

传统的IC卡水表是一种机电一体化的预存水费式水表，主要由水表基座、机械刻度表盘、采样机构、单片机、IC卡接口、液晶模块、进水阀部分组成，其中，采样机构用于采集水流量信号，并将水流量信号传递给机械刻度表盘，机械刻度表盘内包含多级进制传动齿轮系以及用水累计机械字轮组，传动齿轮系由水流量信号驱动，继而带动指针以及字轮转动，指示总的用水量。机械刻度表盘指示总用水量的同时，将流量信号转化为电脉冲信号，传送至单片机，单片机一方面利用IC卡接口与用户IC卡交互操作，并依照预存水量，驱动直流电机控制进水阀开关。

发明内容

技术问题：

传统的IC卡水表包括一个指示当前用水量的机械表盘，机械表盘内包含有多组传动齿轮和多个指针，还包括一个用于累计用水量的机械数字字轮组或是一块LCD液晶屏，为了实现与用户的IC卡进行交互操作，还需要一个能够显示预存水量的交互液晶屏，为了装下这块交互液晶屏、电池组和IC卡射频通信接口电路和其它的控制电路，还需要在水表的基座上套接一个塑料机壳，因此，存在如下六个问题：

一、这样的IC卡水表不可能做到完全密封，不能密封的IC卡水表常常由于雨水侵蚀或水漫金山的浸泡遭到损坏。

二、这样的IC卡水表的实时计量部分是按照X0.0001，X0.001，……的进制由多个机械表盘组成，而每一个机械表盘又是由多组传动齿轮构成，导致水表结构复杂，可靠性较低，读表的可视性不好。

三、传统IC卡水表的进水阀是由直流电机控制，只有开阀和关阀两个状态，并且需要两个到位检测开关，没有进水阀开度的控制，不利于节约用水。

四、这样的IC卡水表要经常更换电池，节能降耗方面有待改进。

五、这样的IC卡水表需要一个累计用水量的显示装置，还同时需要一个实现IC卡交互操作的指示装置，导致成本居高不下。

六、这样的IC卡水表是一种结构固定化的仪表，几乎千表一面，结构和控制方式上没有多大的变化，寿命较低，计量精度有待提高。

技术方案：

为解决上述技术问题，本发明提出了一种全密封非接触式IC卡水表，其技术方案如下：

一种全密封非接触式IC卡水表，包括水表基座、进水管、出水管、表盘外壳、水表指示装置、管道阀、管道阀驱动用步进电机、管道式微型叶轮发电机、水量采样单元、霍尔元件、信号调理电路、射频通信接口、电池管理模块，所述水表指示装置安装在表盘外壳中，水表指示装置包含水表面板、专用控制芯片、水表双指针驱动用步进电机、短指针、内圈刻度、长指针、外圈刻度、累计液晶模块、指示灯、PCB电路板，所述的水表采用双刻度指针加累计液晶的指示方式，水表面板上有内圈与外圈两个水表刻度，其长短两根指针由水表双指针驱动用步进电机的内外转动轴带动，管道阀的动作由管道阀驱动用步进电机控制，所述水表采用内置锂电池和管道式微型叶轮发电机共同供电。

所述的全密封非接触式IC卡水表，其专用控制芯片分别与水表双指针驱动用步进电机、管道阀驱动用步进电机、信号调理电路、电池管理模块和累计液晶模块直接相连。

所述的全密封非接触式IC卡水表，其水表面板上镂刻有两条刻度，其中：水表面板上的最外圈镂刻有一个封闭的圆形外圈刻度，外圈刻度分为10大格，从0.0到0.9，每一大格代表0.1m³，外圈刻度的一个大格又分为10小格，每一小格代表0.01m³，水表面板上的内圈镂刻有一个开放的圆弧形内圈刻度，内圈刻度也分为10大格，从0到100，每一大格代表10m³，内圈刻度的一个大格又分为10小格，每一小格代表1m³。

所述的全密封非接触式IC卡水表，在水表面板的中心位置处有一个圆形的电机轴孔，水表双指针驱动用步进电机具有两根同心的内外转动轴，其中，内转动轴与外转动轴同时从水表面板的背后穿过电机轴孔，分别与长指针和短指针套接，其中，短指针对应指示内圈刻度，长指针对应指示外圈刻度。

所述的全密封非接触式IC卡水表，水表面板上有一个指示灯，还开有一个矩形的窗口，累计液晶模块通过矩形的窗口显露出来，其累计液晶模块可显示六位数字，包括五位整数和一位小数，累计液晶模块的最大累计值为99999.9m³。

所述的全密封非接触式IC卡水表，其圆形的表盘外壳底部外侧壁有外螺纹，可与水表基座上自然延伸至中央顶部的圆柱体的内螺纹相连，表盘外壳与基座两者之间采用密封圈密封，基座顶部圆柱体的中心位置处有一个向上凸起的圆柱形腔体，圆柱形腔体内放置输入磁环，表盘外壳底部中心位置有一个下凹的圆柱形腔体，圆柱形腔体内放置输出磁环，圆柱形腔体的中心与圆柱形腔体的中心在同一条直线上。

所述的全密封非接触式IC卡水表，其水表基座上的进水管侧有一根控制线管道、水表基座上的出水管侧有另一根控制线管道，两根控制线管道均与水表基座上自然延伸至中央顶部的圆柱体相连，然后再与安装在表盘外壳中的PCB电路板相连。

所述的全密封非接触式IC卡水表，其管道阀连杆轴直接与管道阀驱动用步进电机的转动轴凹槽相连，管道阀驱动用步进电机通过螺纹连接安装在进水管一侧的电机台阶上，两者之间采用密封圈密封，管道式微型叶轮发电机的发电机轴连接有驱动叶轮，管道式微型叶轮发电机通过螺纹连接安装在出水管一侧的发电机台阶上，并通过密封圈密封。

所述的全密封非接触式IC卡水表，其水表内部包含一个锂电池，锂电池与管道式微型叶轮发电机都接入电池管理模块，然后电池管理模块再与专用控制芯片相接。

所述的全密封非接触式IC卡水表，射频通信接口放置在PCB电路板上，其天线位置靠近水表面板，在刻度表盘外壳的正上方形成用户IC卡感应区。

技术效果：

相对于现有IC卡水表，本发明具有如下有益技术效果：

1、本发明从根本上改变了传统水表的基本结构、布局和控制方式，采用了水表双指针驱动用步进电机，可同时驱动两根内外转动轴、从而带动长短指针，将机械表盘转换为电子表盘，去掉了繁冗的多级传动齿轮系，提高了指示驱动机构的可靠性，延长了水表的使用寿命。

2、本发明水表可将IC卡上的预存水量直接通过两根长短指针在水表刻度盘上直接显示出来，长短指针均不指示为零时，表示有预存水费，长短指针均指示为零时，表示预存水量为零，IC卡要重新充值。其水量的指示方式清晰方便，一目了然。

3、本发明水表无须在水表基座上另加塑料机壳，在结构上采用了全密封结构，不受外界环境影响，可耐雨水浸泡。

4、本发明水表采用管道式微型叶轮发电机的自主发电技术，水表内部包含一个锂电池，用水时，管道式微型叶轮发电机通过电池管理模块对锂电池充电管理，并提供水表的工作电源，无须更换电池。

5、传统IC卡水表的进水阀是由直流电机控制，只有开阀和关阀两个状态，并且需要两个到位检测开关，本发明水表采用进水阀由专用步进电机驱动的方案，可有效地实现进水阀开度的控制，到达节约用水的目的。

附图说明

图1全密封射频IC卡水表正向外观图；

图2全密封射频IC卡水表反向外观图；

图3全密封射频IC卡水表俯视图；

图4全密封射频IC卡水表侧视图；

图5全密封射频IC卡水表底视图；

图6全密封射频IC卡水表正向拆解图；

图7全密封射频IC卡水表倒置拆解图；

图8水表双指针驱动用步进电机内外转动轴与长短指针连接图；

图9全密封射频IC卡水表电原理框图。

标号说明：

1水表基座                       2进水管

3出水管                         4表盘外壳

5水表面板                       6累计液晶模块

7短指针                         8内圈刻度

9长指针                         10外圈刻度

11水表双指针驱动用步进电机      12指示灯

13PCB电路板                     14表盘外壳与水表基座的密封圈

15管道阀驱动用步进电机          16感应按键

17管道阀驱动用步进电机密封圈    18电机台阶

19管道阀连杆轴                  20进水管道侧控制线管道

21管道式微型叶轮发电机          22管道式微型叶轮发电机轴

23管道式微型叶轮发电机与水表基座的密封圈

24管道式微型叶轮发电机台阶      25出水管道侧控制线管道

26专用控制芯片                  27水量采样单元

28输入磁环                      281输出磁环

29霍尔元件                     30信号调理电路

31射频通信接口                 32锂电池

33电池管理模块                 34管道阀

35蜂鸣器                       212叶轮

41下凹圆柱形腔体               42上凸圆柱形腔体

51电机轴孔                     61水表面板上的矩形窗口

111水表双指针驱动用步进电机的外转动轴

112水表双指针驱动用步进电机的内转动轴

151管道阀驱动用步进电机转动轴凹槽

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的具体实施方式。

本发明包括水表基座1、进水管2、出水管3、刻度表盘外壳4、水表指示装置、管道阀驱动用步进电机15、感应按键16、管道式微型叶轮发电机21、水量采样单元27、输入磁环28、输出磁环281、霍尔元件29、信号调理电路30、射频通信接口31、管道阀34、蜂鸣器35、电池管理模块33部分，其进水管2和出水管3分置于水表基座1的两端，并与水表基座1自然过渡连为一体，水表基座1的底部有一个加强圆圈，圆圈内有一个十字形的加强筋，可加固水表基座。

本发明中，水表指示装置全部安装在表盘外壳4中，水表指示装置包含水表面板5，水表面板5上镂刻有两条刻度，其中：水表面板5上的最外圈上镂刻有一个封闭的圆形外圈刻度10，外圈刻度10分为10大格，从0.0到0.9，每一大格代表0.1m³，外圈刻度10的一个大格又分为10小格，每一小格代表0.01m³，水表面板5上的内圈镂刻有一个开放的圆弧形内圈刻度8，内圈刻度8也分为10大格，从0到100，每一大格代表10m³，内圈刻度8的一个大格又分为10小格，每一小格代表1m³。

水表指示装置还包含有专用控制芯片26、水表双指针驱动用步进电机11、短指针7、长指针9、累计液晶模块6、指示灯12、PCB电路板13。专用控制芯片26是水表的核心控制部件，分别与水表双指针驱动用步进电机11、管道阀驱动用步进电机15、信号调理电路30、电池管理模块33和累计液晶模块6直接相连，其中，水表采用双刻度指针加累计液晶的指示方式，水表面板5上有内圈水表刻度8与外圈水表刻度10，其短指针7和长指针9，分别由水表双指针驱动用步进电机11的内外转动轴带动，管道阀34的动作由管道阀驱动用步进电机15控制，管道阀连杆轴19直接与管道阀驱动用步进电机转动轴凹槽151相连。

水表面板5、短指针7、长指针9、PCB电路板13与水表双指针驱动用步进电机11的位置存在如下的关联：在水表面板5的中心位置处有一个圆形的电机轴孔51，水表双指针驱动用步进电机11具有两根同心的内外转动轴，其中，内转动轴112与外转动轴111同时从水表面板5的背后穿过电机轴孔51，再分别与长指针9和短指针7套接，其中，短指针7对应指示内圈刻度8，长指针9对应指示外圈刻度10，短指针7和长指针9位于圆形水表面板5的前面，水表双指针驱动用步进电机11位于水表面板5的背面，并且焊接在PCB电路板13上，PCB电路板13则固定在表盘外壳4中。

水表面板5上开有一个矩形的窗口61，累计液晶模块6通过矩形的窗口61显露出来，累计液晶模块6可显示六位数字，包括五位整数和一位小数，累计液晶模块的最大累计值为99999.9m³。

圆形的表盘外壳4的底部外侧壁有外螺纹，再与基座1上自然延伸至中央顶部的圆柱体的内螺纹相连，表盘外壳4与基座1两者之间采用密封圈14密封，基座1顶部圆柱体的中心位置有一个向上凸起的圆柱形腔体42，上凸圆柱形腔体42内放置输入磁环28，表盘外壳4底部中心位置对应有一个下凹的圆柱形腔体41，下凹圆柱形腔体41内放置输出磁环281，上凸圆柱形腔体42的中心与下凹圆柱形腔体41的中心在同一条直线上，可保证水表装配时输入磁环28与输出磁环281的准确对接。

水表基座1上靠近进水管2的一侧有一根控制线管道20、水表基座1上靠近出水管3的一侧有另一根控制线管道25，两根控制线管道均与水表基座1上自然延伸至中央顶部的圆柱体相连，然后再与表盘外壳4中的PCB电路板13相连。

管道阀连杆轴19直接与管道阀驱动用步进电机的转动轴凹槽151相连，管道阀驱动用步进电机15通过螺纹连接安装在靠近进水管2一侧的电机台阶18上，两者之间采用密封圈17密封，而管道式微型叶轮发电机21通过螺纹连接安装在靠近出水管3一侧的发电机台阶24上，通过密封圈23密封。

本发明的电原理框图如图9，专用控制芯片26通过水表基座1中的水量采样单元27获取水流量信号，而水量采样单元27通过输入磁环28、输出磁环281、霍尔元件29、信号调理电路30将水流量信号传递给专用控制芯片26，其中霍尔元件29的作用是将运动流量信号转换为电脉冲信号，专用控制芯片26对接收的数据进行数字滤波处理，直接转化为水表双指针驱动用步进电机11的各个转动轴偏转所需的角位移量，带动水表长短指针在内外刻度盘上指示实时用水状况，同时，累计液晶模块6会实时刷新用水总量。

水表的读卡计量操作是这样实现的：射频通信接口31焊接在PCB电路板13上，专用控制芯片26与射频通信接口31连接，其天线位置靠近水表面板5处，在刻度表盘外壳4的正上方形成用户IC卡感应区，通过射频通信接口31与用户IC卡交互操作，直接将IC卡上的预存水量读入水表，读卡成功，水表面板5上的指示灯12将闪烁三次，蜂鸣器35会发出成功读入的提示音，专用控制芯片26将会控制水表双指针驱动用步进电机的转动轴，通过移动长短指针在水表的内外刻度盘上的指针位置指示其预存的水量值。

水表的指针指示是这样实现的：水表长短指针在内外刻度盘上的当前位置即指示水表当前的剩余水量，用户用水时，长指针9会顺时钟偏转，每偏转360°，表示消耗了1m³的水，同时短指针7则会逆时钟偏转一小格，即将当前的剩余水量减少1m³，余此类推，当短指针指示值小于10m³时，专用控制芯片26将会控制管道阀驱动用步进电机逐渐减少进水阀的开度，指示灯12将闪烁，提醒用户及时充值。当长短指针均指示为零时，专用控制芯片26将会驱动管道阀驱动用步进电机15完全关闭进水阀门。

用户不用水时，水表的长短指针会停留在当前的剩余水量的刻度位置处，而累计液晶模块6将处以消隐状态，任何时候要观察总的用水量，用户可按下感应按键16，累计液晶模块6将会立即点亮。

所述水表采用内置锂电池32和管道式微型叶轮发电机共同供电，水表内部包含一个锂电池32，锂电池32与管道式微型叶轮发电机21都接入电池管理模块33，然后电池管理模块33再与专用控制芯片26相接，用水时，管道式微型叶轮发电机的叶轮212被水流带动，驱动发动机轴22转动发电，通过电池管理模块33在对专用控制芯片26供电的同时，实现对锂电池的充电。

本发明完全改变了传统IC卡水表的结构和控制方式，将原有IC卡水表的机械指针转换成为由步进电机控制的数字指针是其特色；进水阀采用步进电机控制的方案，实现开度控制，融入了节约用水的概念；全密封的水表结构保证可不受外界环境影响，提高了使用寿命；利用水流推动管道式微型叶轮发电机自主发电符合节能观念。总之，本发明完全改变了目前水表的结构和控制方式，提高了水表的计量精度和可靠性，是一款新型的高端非接触式IC卡水表表型。

Claims (10)

1.一种全密封非接触式IC卡水表，包括水表基座(1)、进水管(2)、出水管(3)、表盘外壳(4)、水表指示装置、管道阀(34)、管道阀驱动用步进电机(15)、管道式微型叶轮发电机(21)、水量采样单元(27)、霍尔元件(29)、信号调理电路(30)、射频通信接口(31)、电池管理模块(33)，所述水表指示装置安装在表盘外壳(4)中，水表指示装置包含水表面板(5)、专用控制芯片(26)、水表双指针驱动用步进电机(11)、短指针(7)、内圈刻度(8)、长指针(9)、外圈刻度(10)、累计液晶模块(6)、指示灯(12)、PCB电路板(13)，其特征在于：所述的水表采用双刻度指针加累计液晶的指示方式，水表面板(5)上有内圈与外圈两个水表刻度(8)(10)，其长短指针(9)(7)由水表双指针驱动用步进电机(11)的内外转动轴带动，管道阀(34)的动作由管道阀驱动用步进电机(15)控制，所述水表采用内置锂电池(32)和管道式微型叶轮发电机(21)共同供电。

2.根据权利要求1所述的全密封非接触式IC卡水表，其特征在于：专用控制芯片(26)分别与水表双指针驱动用步进电机(11)、管道阀驱动用步进电机(15)、信号调理电路(30)、电池管理模块(33)和累计液晶模块(6)直接相连。

3.根据权利要求1所述的全密封非接触式IC卡水表，其特征在于：水表面板(5)上镂刻有两条刻度，其中：水表面板(5)上的最外圈镂刻有一个封闭的圆形外圈刻度(10)，外圈刻度(10)分为10大格，从0.0到0.9，每一大格代表0.1m³，外圈刻度(10)的一个大格又分为10小格，每一小格代表0.01m³，水表面板(5)上的内圈镂刻有一个开放的圆弧形内圈刻度(8)，内圈刻度(8)也分为10大格，从0到100，每一大格代表10m³，内圈刻度(8)的一个大格又分为10小格，每一小格代表1m3。

4.根据权利要求1或3所述的全密封非接触式IC卡水表，其特征在于：在水表面板(5)的中心位置处有一个圆形的电机轴孔(51)，水表双指针驱动用步进电机(11)具有两根同心的内外转动轴，其中，内转动轴(112)与外转动轴(111)同时从水表面板(5)的背后穿过电机轴孔(51)，分别与长指针(9)和短指针(7)套接，其中，短指针(7)对应指示内圈刻度(8)，长指针(9)对应指示外圈刻度(10)。

5.根据权利要求1或4所述的全密封非接触式IC卡水表，其特征在于：水表面板(5)上有一个指示灯(12)，还开有一个矩形的窗口(61)，累计液晶模块(6)通过矩形的窗口(61)显露出来，其累计液晶模块(6)可显示6位数字，包括五位整数和一位小数，累计液晶模块的最大累计值为99999.9m³。

6.根据权利要求1所述的全密封非接触式IC卡水表，其特征在于：圆形的表盘外壳(4)底部外侧壁有外螺纹，可与水表基座(1)上自然延伸至中央顶部的圆柱体的内螺纹相连，表盘外壳(4)与基座(1)两者之间采用密封圈(14)密封，基座(1)顶部圆柱体的中心位置处有一个向上凸起的圆柱形腔体(42)，上凸圆柱形腔体(42)内放置输入磁环(28)，表盘外壳(4)底部中心位置有一个下凹的圆柱形腔体(41)，下凹圆柱形腔体(41)内放置输出磁环(281)，上凸圆柱形腔体(42)的中心与下凹圆柱形腔体(41)的中心在同一条直线上。

7.根据权利要求1所述的全密封非接触式IC卡水表，其特征在于：水表基座(1)上的进水管(2)侧有一根控制线管道(20)、水表基座(1)上的出水管(3)侧有另一根控制线管道(25)，两根控制线管道均与水表基座(1)上自然延伸至中央顶部的圆柱体相连，然后再与安装在表盘外壳(4)中的PCB电路板(13)相连。

8.根据权利要求1所述的全密封非接触式IC卡水表，其特征在于：管道阀连杆轴(19)直接与管道阀驱动用步进电机的转动轴的凹槽(151)相连，管道阀驱动用步进电机(15)通过螺纹连接安装在进水管(2)一侧的电机台阶(18)上，两者之间采用密封圈(17)密封，管道式微型叶轮发电机(21)的发电机轴(22)在出水管道(3)中连接有驱动叶轮(212)，管道式微型叶轮发电机(21)通过螺纹连接安装在出水管(3)一侧的发电机台阶(24)上，并通过密封圈(23)密封。

9.根据权利要求1或所述的全密封非接触式IC卡水表，其特征在于：水表内部包含一个锂电池(32)，锂电池(32)与管道式微型叶轮发电机(21)都接入电池管理模块(33)，然后电池管理模块(33)再与专用控制芯片(26)相接。

10.根据权利要求1所述的全密封非接触式IC卡水表，其特征在于：射频通信接口(31)放置在PCB电路板(13)上，其天线位置靠近水表面板(5)，在刻度表盘外壳(4)的正上方形成用户IC卡感应区。

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