CN101777216A - 射频ic卡水表 - Google Patents
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Abstract
一种射频IC卡水表，包括水表基座、刻度表盘外壳、塑料外壳、底板支架、采样单元、专用控制芯片、水表指针驱动用步进电机、指针、累计液晶模块、交互液晶模块、射频IC卡接口、进水阀、进水阀驱动用步进电机部分，专用控制芯片从采样单元获取实时水流量信息，控制水表指针驱动用步进电机，并带动指针指示，累计液晶模块指示总的用水量，通过射频接口与用户IC卡进行操作，信息显示在交互液晶模块上，专用控制芯片还与进水阀驱动用步进电机连接，其转动轴与出水管内的进水阀连杆对接，专用控制芯片依照预存水量，由进水阀驱动用步进电机控制进水阀的开度。本发明完全改变了传统IC卡水表的结构和控制方式，是一款新型的射频IC卡水表。
Description
技术领域
本发明涉及一种射频IC卡水表，主要应用于家用自来水的计量。
背景技术
公知的IC卡水表是一种预存水费式水表，具有用水管理功能，可以提高供水部门的管理效率，有效防止欠费，避免上门抄表，主要用于家用自来水的计量。传统IC卡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、球形阀部分组成，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10进制传动齿轮系以及用水累计字轮组，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，驱动直流电机控制球形阀开关。
发明内容
技术问题：
现有IC卡水表是一种机电相结合的水表，尽管采用预存水费的电子计费方式，但是实时用水的计量指示机构仍采用多个机械刻度表盘和多个指针指示，机械刻度表盘包括多级10进制齿轮机构和用水累计字轮组多个部分组成，多级齿轮机构集中在机械刻度表盘壳体内部，并且占据了机械刻度表盘壳体内的大部分空间，多齿轮结构使指针驱动方式变得复杂，同时也降低了系统的可靠性。在显示方面，由于指示用水量的指针刻度盘包含有个、十、百、千位等多个，导致水表的观察窗口非常拥挤，每个刻度指针仅有很小的分属指示区域，刻度字只能使用小号字标注，给用户查看水表带来了不便。
技术方案：
为解决上述技术问题，本发明提出了一种射频IC卡水表，其技术方案如下：
一种射频IC卡水表，包括水表基座及刻度表盘外壳、塑料外壳、塑料外壳底板支架、采样单元、指示机构、射频接口，进水阀、进水阀驱动用步进电机，所述指示机构包括专用控制芯片、水表指针驱动用步进电机、指针、累计液晶模块、交互液晶模块，所述的水表采用刻度指针加双液晶显示的指示方式，但水表只有一个数字刻度盘和一根指针，其指针由一个水表指针驱动用步进电机的转动轴带动，进水阀的开度由进水阀专用步进电机控制。
所述的射频IC卡水表，其专用控制芯片分别与水表指针驱动用步进电机、进水阀驱动用步进电机、累计液晶模块以及交互液晶模块相连。
所述的射频IC卡水表，其圆形的刻度表盘外壳上的外壁具有厌氧外螺纹，水表基座中央圆柱体上具有厌氧内螺纹，水表基座与刻度表盘外壳通过内外螺纹连成一体，刻度表盘外壳内，包含有圆形水表面板、指针、水表指针驱动用步进电机、累计液晶模块和PCB电路板。
所述的射频IC卡水表，其圆形水表面板上镂刻有为一个封闭的圆形数字刻度盘，刻度盘分为10大格，每一大格代表0.001m3，一个大格又分为10小格，每一小格代表0.0001m3，数字刻度盘上的大刻度格标注值从0到9，最小分度值为0.0001，每个刻度格的标注符号为一头尖一头圆的水滴形状。
所述的射频IC卡水表，其指针位于水表面板前面，水表指针驱动用步进电机位于水表面板背面，指针经水表面板中心的圆孔套接在水表指针驱动用步进电机的转动轴上。
所述的射频IC卡水表，其水表面板上开有一个矩形窗口，累计液晶模块从矩形窗口显露于水表面板的表面，累计液晶模块最大累计显示值为9999.99m3。
所述的射频IC卡水表，在水表基座上，距离出水管端进水阀的上方有一个支架平台，塑料外壳的底板支架通过螺丝杆固定在支架平台上，塑料外壳再与塑料外壳底板支架相连。
所述的射频IC卡水表，其塑料外壳是一端为圆形，另一端呈方形的壳体，内部包含有刻度表盘外壳、交互液晶模块、射频接口、进水阀驱动用步进电机，其表面开有一个一边为弧形的长方形窗口，交互液晶模块放置在塑料外壳的方形部分内，通过一边为弧形的长方形窗口显露于外部，塑料外壳上还开有一个大圆孔，刻度表盘外壳透过该大圆孔显露于塑料外壳外部，射频接口放置在塑料外壳的方形部分内，其天线位置靠近塑料外壳侧面，在塑料外壳侧面形成用户IC卡感应区。
所述的射频IC卡水表，其塑料外壳底板支架上的中心位置开有一个圆孔，一个进水阀驱动用步进电机固定在塑料外壳底板支架上，其电机转动轴穿过圆孔与进水阀的阀头连杆对接，所述的进水阀驱动用步进电机为六边形状。
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、本发明采用全数字式控制方式，从根本上改变了水表传统机械刻度表盘的基本结构和布局，采用水表指针驱动用步进电机、指针、累计液晶模块、交互液晶模块以及专用控制芯片等多个部分构成表盘指示机构，将机械刻度表盘转换为电子表盘，去掉了繁冗的由个十百千位组成多级进位制传动齿轮系，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IC卡水表由于采用水表指针驱动用步进电机驱动指针，实时用水计量指示通过一根指针在一个水表刻度上指示，使得水表观察窗口相当清晰，一目了然。
3、传统IC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，因此，当预存的水费不足5m3时，进水阀开度可控制在小流量开度，以提醒用户及时充值，与传统进水阀控制方法相比，还去掉了两个进水阀到位开关，连线更加简单。
4、本发明水表的水表面板刻度采用一头尖一头圆的水滴形状作为刻度分度标注符号，水滴形状形象生动，具有警示作用，可以提醒用户节约用水。
附图说明
图1为射频IC卡水表外观图；
图2为射频IC卡水表侧向外观图；
图3为射频IC卡水表顶视图；
图4为射频IC卡水表侧视图；
图5为射频IC卡水表正向整体结构分解图；
图6为射频IC卡水表倒向整体结构分解图；
图7为射频IC卡水表电原理框图；
标号说明：
1水表基座 2出水管
3进水管 4塑料外壳
5刻度表盘外壳 6水表面板
7数字刻度盘 8指针
9水表指针驱动用步进电机 10累计液晶模块
11交互液晶模块 12交互液晶模块定位孔
13塑料外壳底板支架 14PCB电路板
15电机轴孔 16IC卡感应区
17铅封环 18专用控制芯片
19射频接口 20采样单元
21磁传动机构 22霍尔元件
23信号调理电路 24电池
25电压检测电路 26进水阀驱动用步进电机
27进水阀 212强磁检测单元
223支架平台
具体实施方式
下面结合附图说明本发明的具体实施方式。
本发明射频IC卡水表的外观如图1至图4所示，结构上包括水表基座1、进水管3和出水管2，刻度表盘外壳5、塑料外壳4、塑料外壳底板支架13部分，其进水管3和出水管2分置于水表基座1两端，与水表基座1连为一体，水表基座1的底部设有十字形加强筋，用于加固水表基座。
圆形的刻度表盘外壳5上的外壁具有厌氧外螺纹，水表基座1中央圆柱体上具有厌氧内螺纹，水表基座1与刻度表盘外壳5通过内、外螺纹连成一体，刻度表盘外壳5内，包含有圆形水表面板6、指针8、水表指针驱动用步进电机9、累计液晶模块10和PCB电路板14，其中，圆形的水表面板6上镂刻有一个封闭的数字刻度盘7，刻度分为10大格，每大格分为10小格，大刻度格标注值从0到9，最小分度值为0.0001，因此指针8每转一圈(10大格)，累计液晶模块10的数值增加0.01m3，每个刻度格的标注符号为一头尖一头圆的水滴形状，水滴形的刻度符号具有警示作用，有助于树立用户节约用水的意识。
指针8、水表面板6、PCB电路板14与水表指针驱动用步进电机9的位置存在如下的关联：指针8位于圆形水表面板6的前面，水表指针驱动用步进电机9位于水表面板6背面，并且焊接在PCB电路板14上，指针8经水表面板6中心的圆孔后套接在水表指针驱动用步进电机9的转动轴上，水表面板6上开有一个矩形窗口，累计液晶模块10从矩形窗口显露于水表面板6的表面。
在水表基座1上，距离出水管端进水阀的正上方有一个支架平台223，塑料外壳的底板支架13通过螺丝杆固定在支架平台223上，塑料外壳4再与塑料外壳底板支架13相连，塑料外壳底板支架13一端为方形，一端为向内凹陷的弧形，塑料外壳4是一端为圆形，另一端呈方形的壳体，其表面开有表盘窗口，交互液晶模块11放置在塑料外壳4的方形部分内，通过液晶窗口显露于外部。塑料外壳4方形端侧面还有一个IC卡感应区16，IC卡与水表的交互操作在方形端侧面附近完成。塑料外壳与水表基座交接的位置设有一对铅封环17，其中一个与水表基座1连接，一个与塑料外壳4连接，两个铅封环环孔相对，用于铅封塑料外壳4和水表基座1。
图5是本发明正向整体结构分解图，图6是本发明倒向整体结构分解图，包括水表基座1、塑料外壳4、塑料外壳底板支架13、圆形刻度表盘外壳5、水表面板6、指针8、水表指针驱动用步进电机9、累计液晶模块10、交互液晶模块11、进水阀27、进水阀驱动用步进电机26、出水管2和进水管3多个部分。水表基座1为水表的壳体，内部放置流量采样单元20，水表基座1与进水管3和出水管2共同构成水流通道。
塑料外壳4内部包含包含有刻度表盘外壳5、交互液晶模块11、射频接口19、进水阀驱动用步进电机26，其表面开有一个一边为弧形的长方形窗口，交互液晶模块11通过交互液晶模块定位孔12固定在塑料外壳4的方形部分内，通过一边为弧形的长方形窗口显露于外部，塑料外壳4上还开有一个大圆孔，刻度表盘外壳5透过该大圆孔显露于塑料外壳外部，射频接口19放置在塑料外壳4的方形部分内，其天线位置靠近塑料外壳侧面，在塑料外壳侧面形成用户IC卡感应区16。
本发明的电原理框图如图7，专用控制芯片18分别与水表指针驱动用步进电机9、进水阀驱动用步进电机26、累计液晶模块10以及交互液晶模块11、信号调理电路23、电压检测电路25相连，指针8套接在水表指针驱动用步进电机9的转动轴上，专用控制芯片18驱动步进电机9，从而带动水表指针，与累计液晶模块10一道指示实时用水状况，驱动交互液晶模块11则显示与用户IC卡的交互信息。其工作过程如下，专用控制芯片18利用采样单元20获取水流量信号，而采样单元20通过磁传动机构21、霍尔元件22、信号调理电路23将水流量的电信号传递给专用控制芯片18，其中霍尔元件22的作用是将水流动的流量信号转换为电脉冲信号，脉冲电信号经信号调理电路23处理后传送至专用控制芯片18，专用控制芯片18对接收的数据进行数字滤波处理和工程量变换，直接转化为水表指针驱动用步进电机9的转动轴偏转所需的角位移量，带动水表指针8在刻度盘上指示实时用水状况，同时，累计液晶模块10会实时刷新用水总量。
所述的专用控制芯片18与射频接口19连接，通过射频接口19与用户IC卡交互操作，直接将IC卡上的预存水量读入水表，并在交互液晶模块11上显示。交互液晶模块11用于与IC卡交互，显示包括预存水量、报警讯号等多种信息。
传统IC水表的进水阀是由直流电机控制，其转动轴带动多级齿轮组工作来推动进水阀，进水阀在其控制下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，这是一种低电压、大力矩的驱动控制运动器件，所述的进水阀驱动用步进电机26外形为六边形状，进水阀驱动用步进电机的转动轴与出水管内的进水阀27的连杆对接，无需另加齿轮组，由于其采取角位移量控制，因此电机轴的转动角度是可步进调整的，专用控制芯片18依据预存水量及水流量，可有效地实现进水阀开度的控制，当预存的水费不足5m3时，进水阀开度可控制在小流量开度，以提醒用户及时充值，与传统进水阀控制方法相比，还去掉了两个进水阀到位开关，连线更加简单。
电池24是水表的供电单元，电池电源信号经电压检测电路25给专用控制芯片18供电，专用控制芯片18用电的同时监测电池电压，当电压低于60％时，专用控制芯片18驱动进水阀驱动用步进电机26关闭进水阀27，并且驱动内置蜂鸣器发出有节奏的蜂鸣提示音。当外部进行强磁攻击时，本发明会自动关闭进水阀并驱动内置蜂鸣器发出蜂鸣报警声。
本发明彻底改变了传统机械刻度表盘结构和控制方式，将原有IC卡水表的机械刻度表盘转换成为全电子式数字表盘，其全数字化的处理方案大大简化了目前水表的指示驱动机构，大大提高了水表的计量精度、可靠性和使用寿命，是一款新型的射频IC卡水表。
Claims (9)
1.一种射频IC卡水表，包括水表基座(1)及刻度表盘外壳(5)、塑料外壳(4)、塑料外壳底板支架(13)、采样单元(20)、指示机构、射频接口(19)，进水阀(27)、进水阀驱动用步进电机(26)，所述指示机构包括专用控制芯片(18)、水表指针驱动用步进电机(9)、指针(8)、累计液晶模块(10)、交互液晶模块(11)，其特征在于：所述的水表采用刻度指针加双液晶显示的指示方式，但水表只有一个数字刻度盘(7)和一根指针(8)，其指针(8)由一个水表指针驱动用步进电机(9)的转动轴带动，进水阀(27)的开度由进水阀专用步进电机(26)控制。
2.根据权利要求1所述的射频IC卡水表，其特征在于：专用控制芯片(18)分别与水表指针驱动用步进电机(9)、进水阀驱动用步进电机(26)、累计液晶模块(10)以及交互液晶模块(11)相连。
3.根据权利要求1所述的射频IC卡水表，其特征在于：圆形的刻度表盘外壳(5)上的外壁具有厌氧外螺纹，水表基座(1)中央圆柱体上具有厌氧内螺纹，水表基座(1)与刻度表盘外壳(5)通过内外螺纹连成一体，刻度表盘外壳(5)内，包含有圆形水表面板(6)、指针(8)、水表指针驱动用步进电机(9)、累计液晶模块(10)和PCB电路板(14)。
4.根据权利要求1或3所述的射频IC卡水表，其特征在于：圆形水表面板(6)上镂刻有为一个封闭的圆形数字刻度盘(7)，刻度盘(7)分为10大格，每一大格代表0.001m3，一个大格又分为10小格，每一小格代表0.0001m3，数字刻度盘(7)上的大刻度格标注值从0到9，最小分度值为0.0001，每个刻度格的标注符号为一头尖一头圆的水滴形状。
5.根据权利要求1或3所述的射频IC卡水表，其特征在于：指针(8)位于水表面板(6)前面，水表指针驱动用步进电机(9)位于水表面板(6)背面，指针(8)经水表面板(6)中心的圆孔套接在水表指针驱动用步进电机(9)的转动轴上。
6.根据权利要求1或3所述的射频IC卡水表，其特征在于：水表面板(6)上开有一个矩形窗口，累计液晶模块(10)从矩形窗口显露于水表面板(6)的表面，累计液晶模块(10)最大累计显示值为9999.99m3。
7.根据权利要求1所述的射频IC卡水表，其特征在于：在水表基座(1)上，距离出水管端进水阀的上方有一个支架平台(223)，塑料外壳的底板支架(13)通过螺丝杆固定在支架平台(223)上，塑料外壳(4)再与塑料外壳底板支架(13)相连。
8.根据权利要求1或7所述的射频IC卡水表，其特征在于：塑料外壳(4)是一端为圆形，另一端呈方形的壳体，内部包含有刻度表盘外壳(5)、交互液晶模块(11)、射频接口(19)、进水阀驱动用步进电机(26)，其表面开有一个一边为弧形的长方形窗口，交互液晶模块(11)放置在塑料外壳(4)的方形部分内，通过一边为弧形的长方形窗口显露于外部，塑料外壳(4)上还开有一个大圆孔，刻度表盘外壳(5)透过该大圆孔显露于塑料外壳外部，射频接口(19)放置在塑料外壳(4)的方形部分内，其天线位置靠近塑料外壳侧面，在塑料外壳侧面形成用户IC卡感应区(16)。
9.根据权利要求1或7所述的射频IC卡水表，其特征在于：塑料外壳底板支架(13)上的中心位置开有一个电机轴孔(15)，一个进水阀驱动用步进电机(26)固定在塑料外壳底板支架(13)上，其电机转动轴穿过电机轴孔(15)与进水阀(27)的阀头连杆对接，所述的进水阀驱动用步进电机(26)为六边形状。
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