CN102289882B - 光伏供电预付费智能水表 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种光伏供电预付费智能水表，基表上装有流量脉冲传感器，微控制器及其外围电路、电动阀门及供电储能电池装于基表的进水侧，表箱外设有光伏电池、无线射频电路和天线，光伏电池、无线射频电路通过通讯电缆与微控制器电连接，光伏电池向供电储能电池充电，流量脉冲传感器包括装于其壳体内的电路板、相对设置的两个防拆磁铁、相对设置的两个干簧管及一个装于基表指针位的指针磁铁，干簧管装于其电路板上，电路板与微控制器通过通讯电缆电连接。本发明大幅度延长了更换电池的周期，提高水表的运行可靠性，而且具有防止私自拆装的功能。
Description
技术领域
本发明涉及流体流量测量仪器领域，确切的说是一种光伏供电的预付费防水智能水表。
背景技术
目前，公知的预付费领域的技术方式为：普通IC卡或RFID射频卡为交换媒体的预付费方式、键盘为媒体的预付费方式。由于都没有设计再充电电路，一次性锂电池使用到一定时间后，将无法为控制电路提供能量，不得不更换电池。上门为用户更换电池或水表，对于水表生产厂家或供水公司来说是一件繁琐的事。普通水表大部分安装在室外地面以下（有时有水）的水表箱里，智能IC卡或RFID射频卡无法安装，只有将其装在居民家里（或楼道内）增加了人为盗水的可能性，且入户检查、维修不方便。
发明内容
本发明的目的在于提供一种以光伏电池作为主要电能来源的预付费智能水表，不仅可以装在地下水表箱里实现用户在家中即可了解用水信息，还大幅度延长更换电池的周期，机械、电子同时计量可靠性提高，而且具有防止私自拆卸的功能。
本发明的目的是通过以下技术方案予以实现的：
光伏供电预付费智能水表，包括设置于表箱内的基表、流量脉冲传感器、微控制器及其外围电路、电动阀门和供电储能电池，所述流量脉冲传感器装于基表上，微控制器及其外围电路、电动阀门和供电储能电池组成机电一体装于基表的进水侧，其特征是，表箱外设有一个光伏电池盒，所述光伏电池盒内装有光伏电池、无线射频电路和天线，光伏电池、无线射频电路通过电缆与微控制器电路连接，光伏电池向供电储能电池充电。
所述流量脉冲传感器包括装于壳体内的电路板、相对设置的两个防拆磁铁、相对设置的两个干簧管及一个装于基表指针位的指针磁铁，所述干簧管焊装于所述电路板上，电路板与微控制器通过通讯电缆电连接。
所述电动阀门由电动机、减速箱、相对设置的两付陶瓷阀芯及阀体构成，所述减速箱的输出轴上设置一个整圆的连续四分之一弧为齿轮，其余四分之三弧为锁止圆弧的不完全齿轮，所述不完全齿轮置于两付陶瓷阀芯的齿轮之间并与两付陶瓷阀芯的齿轮先后交替性啮合构成不完全齿轮机构。
所述的微控制器及其外围电路装于电动阀门的齿轮箱上，微控制器为低功耗混合信号控制器，外围电路包括电压检测芯片、稳压芯片、射频芯片、三极管和电路板。
所述的低功耗混合信号控制器为MSP430F2121型单片机。
所述减速箱的下方安装一个阀位传感器，所述阀位传感器由红外光电耦合管和圆形遮光片组成，所述遮光片安装在电动机减速箱的输出轴上，遮光片上设有透光缝隙。
本发明与现有技术相比具有如下积极效果：（1）利用光伏电池向供电储能电池充电作为电能的重要来源，大幅度延长了直接利用锂电池作为电源的电池更换周期，直接使用锂电池，正常是三年左右需要更换一次，采用本发明的光伏电池充电方式，锂电池的更换周期在十年以上，提高了运行的可靠性，降低使用成本。（2）采用本发明中的流量脉冲传感器，当指针旋转一周两干簧管分别闭合一次为有效脉冲，防止指针抖动干扰；当有非法旋松螺栓拆卸本传感器时防拆磁铁会一起旋转使得两个干簧管同时闭合；当有人为外磁场干扰时也会使两个干簧管同时闭合，据此，微控制器做出永久性关阀的判断，因此具有良好的防拆防干扰功能。（3）水量充值采用射频密码传输，射频卡上显示屏可以显示由水表返回的剩余水量和剩余水量过少提示以及冬季防冻报警（可选），（4）防水，可以安装在地面下水表箱里，因此巡视、维修不需要入户。（5）机械、电子同时计量可靠性提高。因此本表的使用大大降低了抄查表人员工作量，增加了居民观察剩余水量的方便性和用水的透明性。
附图说明
图1为本发明实施例的工艺结构图；
图2为本发明实施例的控制结构框图；
图3为本发明实施例中陶瓷阀芯的齿轮配合原理示意图；
图4为流量脉冲传感器装配示意图；
图5为图4的A—A剖视结构示意图；
图6为阀位传感器的结构示意图；
图7为图6的B—B剖视结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明
如图1、4、5所示，本发明提供的光伏供电预付费智能水表包括设置于表箱内的基表17（现有普通水表）、流量脉冲传感器16、微控制器及其外围电路12、电动阀门和供电储能锂离子电池11，流量脉冲传感器16装于基表17上，流量脉冲传感器16包括装于壳体26内的电路板29、相对设置的两个防拆磁铁28、相对设置的两个干簧管30及一个装于基表指针32上的指针磁铁33，指针磁铁33装于基表17的0.1立方米的指针32上（或其它指针位），两个干簧管30分别垂直插入嵌有镶套25的基表玻璃24孔内（孔间距16mm），通过螺栓27和锁扣螺母31将流量脉冲传感器16固定在基表玻璃24上，螺栓27上镶有两个防拆磁铁28，干簧管30焊装于电路板29上，电路板29与微控制器通过通讯电缆15电连接。指针32转一周两干簧管30分别闭合一次为有效脉冲，防止指针抖动干扰；当有非法旋松螺栓拆卸本传感器时防拆磁铁会一起旋转使得两个干簧管同时闭合，当有人为外磁场干扰时也会两个干簧管同时闭合，据此，微控制器做出永久关阀的判断，因此具有防止人为外磁场干扰和人为私自拆除的功能。基表需要校验时，流量脉冲传感器16拆卸也非常方便。微控制器及其外围电路12、电动阀门和供电储能锂离子电池11组成机电一体装于基表17的进水侧的控制器盒10内，表箱外设有一个光伏电池盒2，光伏电池盒2内装有非晶硅光伏电池4、无线射频电路2和天线1，非晶硅光伏电池4、无线射频电路2与微控制器通过通讯电缆5电连接，非晶硅光伏电池4在微控制器及其外围电路12的控制下向供电储能锂离子电池11充电。微控制器及其外围电路12主要包括：超低功耗的混合信号控制器（MSP430F2121型单片机）、两片电压检测芯片（R3111H301C、R3111H421C各一片）、稳压芯片（RH5R30AA）、射频芯片A7102、三极管8050和电路板。平时可将MSP430F2121置于省电模式，以中断方式唤醒，可以使器件达到最低的功率消耗，它被用来（1）对脉冲计数并计算为水量，（2）控制以A7102为核心的射频模块的收发，（3）对射频码解密，（4）锂离子电池的电压检测和保护，（5）水量的核减和控制阀门开关。预付费水表电源由非晶硅光伏电池2（面积为60*150，200Lux光照下开路电压5.5V 短路电流66uA）和供电储能电池锂离子电池9（3.7V，800mAH）组成，白天散射光照大于110Lux由非晶硅光伏电池4供电并向锂离子电池11充电。微控制器通过两片测压芯片测得系统电压，当电压达到4.2V时则控制旁路电路工作，停止充电以保护锂离子电池；当电压低于3.0V（故障）时则控制阀门永久性关闭（用水户无法打开）。
微控制器及其外围电路12的控制原理及结构如图2所示，水流脉冲信号被微控制器计数转换为用水量、对表内剩余水量核减；根据剩余水量的有无自动控制电动机6使阀门打开或关闭。无线射频电路2用来与本水表配套的有源射频卡双向无线通讯，用于完成购水充值，并在用户手中射频卡的显示屏上显示剩余水量。水量充值采用射频密码传输，射频卡向水表发送加密购水量数据。在购水时其用户信息及购水量通过加密规则形成了加密码，由售水营业厅的充值盒写入射频卡，用户持卡向水表发送购水量密码数据。水表按规则解密得到购水量。购水信息码由：用户编号码+水量码+随机码+密钥组成，每次购水写入的加密码只能对本水表充值一次，可有效防止解密窃水。
电动阀门由电动机6(电压3V转速4~10rpm扭矩8kg/cg)、减速箱7和相对设置的两付陶瓷阀芯13和阀体14构成，减速箱的输出轴22上设置一个整圆的连续四分之一弧为齿轮，其余四分之三弧为锁止圆弧的不完全齿轮19（主动齿轮），不完全齿轮19置于两付陶瓷阀芯的齿轮（被动齿轮）18、20之间并与两付陶瓷阀芯的齿轮18、20先后交替性啮合构成不完全齿轮机构9，如图3所示。电动机6通过减速盒7带动不完全齿轮机构9使阀芯13（双阀芯）旋转。开或关阀时减速箱的输出轴22作单向360°的旋转，通过不完全齿轮啮合带动两阀芯轴21、23轮流作90°的旋转，从而完成一次开阀或关阀动作。
如图6、7所示，阀位传感器8主要由一只红外光电耦合管34和圆形遮光片36组成，遮光片装于电动机减速箱的输出轴22上，遮光片36上开有1.5mm宽的缝隙（或反之为1.5mm的针状），当电动机转动时，微控制器不断读取遮光片位置，当再次从缝隙透光（针为遮光）时则表示已经旋转360°，则停止电机转动。
上述实施例仅是本发明的较佳实施方式，详细说明了本发明的技术构思和实施要点，并非是对本发明的保护范围进行限制，凡根据本发明精神实质所作的任何简单修改及等效结构变换或修饰，均应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.光伏供电预付费智能水表，包括设置于表箱内的基表、流量脉冲传感器、微控制器及其外围电路、电动阀门和供电电池，所述流量脉冲传感器装于基表上，微控制器及其外围电路、电动阀门和供电储能电池组成机电一体装于基表的进水侧，表箱外设有一个光伏电池盒，所述光伏电池盒内装有光伏电池、无线射频电路和天线；光伏电池、无线射频电路通过电缆与微控制器电连接，光伏电池向供电储能电池充电；所述流量脉冲传感器包括装于其壳体内的电路板、相对设置的两个防拆磁铁、相对设置的两个干簧管及一个装于基表指针位的指针磁铁，所述干簧管焊装于所述电路板上，电路板与所述微控制器通过通讯电缆电连接，其特征在于：所述的电动阀门由电动机、减速箱、相对设置的两付陶瓷阀芯及阀体构成，所述减速箱的输出轴上设置一个整圆的连续四分之一弧为齿轮，其余四分之三弧为锁止圆弧的不完全齿轮，所述不完全齿轮置于两付陶瓷阀芯的齿轮之间并与两付陶瓷阀芯的齿轮先后交替性啮合构成不完全齿轮机构。
2.根据权利要求1所述的光伏供电预付费智能水表，其特征在于：所述的微控制器及其外围电路装于电动阀门的减速箱上，微控制器为低功耗混合信号控制器，外围电路包括电压检测芯片、稳压芯片、三极管和电路板。
3.根据权利要求1所述的光伏供电预付费智能水表，其特征在于：所述减速箱的下方安装一个阀位传感器，所述阀位传感器由红外光电耦合管和圆形遮光片组成，所述遮光片安装在电动机减速箱的输出轴上，遮光片上设有透光缝隙。
4.根据权利要求2所述的光伏供电预付费智能水表，其特征在于：所述的低功耗混合信号控制器为MSP430F2121型单片机。
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