CN102819793A - 一种基于云计算的自来水智能管理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开本发明提供一种基于云计算的自来水智能管理系统及方法，系统包括云服务平台和客户端；云服务平台包括云数据中心和云管理中心；客户端包括智能水表，用户卡，以及上网设备；用户在用自来水时，首先由智能水表识别用户卡，识别后智能水表则对用水量进行统计，将用户卡上的用户信息和用水情况通过网络传送到云数据中心进行存储；云管理中心根据用水所在地水费标准和用水量结算水费，水费可采用预付费或后付费的方式；用户通过上网设备向云管理中心发出查询个人信息、用水量和水费信息请求。方法采用无源识别技术识别用户信息，运用云计算实现用户在任何时间任何地方的用水管理和收费，同时该管理系统还可以对用户用水情况进行监督。

Description

一种基于云计算的自来水智能管理系统及方法

技术领域

本发明涉及一种基于云计算的自来水智能管理系统及方法，涉及云计算应用领域。

背景技术

云计算作为未来IT领域的革命性技术，必将对我们的生活产生巨大的影响。云计算的基本原理是通过网络提供用户所需的计算能力、存储空间、软件功能和信息服务等，因此云计算具备以下几个特点：强大的计算处理能力、虚拟化、高可靠性、透明性。这些特点决定云计算必定会得到越来越广泛的应有。

云计算是分布式处理、并行处理、网格计算、网络存储和大型数据中心的进一步发展和商业实现。其基本原理是，用户所需的应用程序并不需要运行在用户的个人电脑、手机等终端设备上，而是运行在互联网的大规模服务器集群中。用户所处理的数据也并不存储在本地，而是保存在互联网的数据中心里面。在任何时间和任何地点，用户都可以任意连接至互联网的终端设备。因此，无论是企业还是个人，都能在云上实现随需随用。同时，用户终端的功能将会被大大简化，而诸多复杂的功能都将转移到终端背后的网络上去完成，云计算的出现彻底打破了地域的概念。

随着物联网技术的发展，射频识别技术也应用的越来越广泛。射频识别技术主要由射频识别卡和读卡装置组成，通过收发射频信号读写射频卡上的数据。根据射频设别卡自身是否带电源又分为无源射频识别卡和有源射频识别卡，其中无源射频识别卡成本低廉，没有电源使用寿命限制，但信号较弱，容易被干扰，可读卡距离较近。而有源识别卡信号强，不容易被干扰，可读卡距离远，但成本高，使用寿命受到电源电量限制。

目前，我国的水资源问题十分严峻，一方面淡水资源缺乏，另一方面，则又存在大量的水浪费现象，尤其自来水浪费非常严重。自来水作为当前用水资源的重要组成部分，关系到人民生产和生活的各个方面。但是现有的自来水管理系统管理不够智能化、管理效率低、且难以减少自来水浪费现象，尤其对公共场所（包括宾馆、商场、饭店、娱乐场所、公共宿舍、公厕等）自来水的管理更为困难，浪费现象更加严重，为了减少自来水浪费现象，部分公共场所甚至拆除了自来水装置，但这又给用户带来了不便。为此，有必要对自来水进行智能化、简单化、人性化的管理，即方便了用户，又能减少浪费。

此外，现有自来水管理系统智能化水平还不够高，不少地方还没有实现自动抄表、结算，随着用户、用水量的增加，现有自来水管理系统效率低下的问题愈加突出。为此，有必要应用现代信息技术，有效提高自来水管理工作效率。

发明内容

发明目的：为了克服现有自来水管理系统智能化水平不高、效率低的不足，尤其公共场所自来水难以管理的问题，方便用户使用自来水，本发明提供一种基于云计算的自来水智能管理系统及方法，方法采用无源识别技术识别用户信息，运用云计算实现用户在任何时间任何地方的用水管理和收费，同时该管理系统还可以对用户用水情况进行监督。

技术方案：一种基于云计算的自来水智能管理系统，包括云服务平台和客户端；所述云服务平台包括云数据中心和云管理中心；所述客户端包括带有射频读卡功能的智能水表，用于储存用户信息的射频识别用户卡，以及上网设备（如手机、个人计算机等）；

用户在用自来水时，首先由智能水表识别用户卡，识别后方可使用自来水，智能水表则对用水量进行统计，并将用户卡上的用户信息和用水情况通过网络传送到云数据中心进行存储；所述云管理中心根据用户卡上的用水所在地水费标准和用水量结算水费，水费可采用预付费或后付费的方式；用户通过上网设备查询个人信息、用水量和水费信息。

用户付费可采用预付费或后付费两种方式，如是预付费用户，则在用水结束后及时扣除相应水费，并将当前用水量和用户信息通过网络发送到云服务平台。若遇到当前已付费用不够支付，则将欠费信息送到云服务平台，要求用户在规定时间内交清费用；如是后付费用户，则只将用户信息与当前用水信息发送给云服务中心，由云服务平台根据所在地水费标准计算水费，在规定时间内统一收取。若遇网络故障或者网络不通，则用户信息与用水信息可暂存在智能水表上，一旦网络连通则立即将相关信息传送到云服务平台。 

用户可凭借用户号、姓名随时上网查询用水信息、用水缴费信息和欠费信息。

利用云计算技术构建虚拟的云服务平台，实现用户信息、用水信息的共享和管理，而终端则采用射频识别技术实现用户识别和用水、缴费、查询。

云服务平台采用分布式计算技术，由各地自来水公司数据服务器和管理服务器通过宽带网络构建，也可租用现有云服务；所述云数据中心由各地自来水公司的数据服务器通过宽带连接实现，构成虚拟的云数据中心，实现对数据的存储、备份；所述云管理中心由各地自来水公司的管理服务器通过宽带连接实现，构成虚拟的云管理中心，实现有关的管理服务；所述云服务平台也可向提供云计算服务的服务商租借。

所述智能水表主要由处理器模块、水流量检测模块、电控阀、电源模块、通信模块以及RFID识别模块组成；其中，处理器模块为主控模块，并带有RAM，主要用来实现对有关数据的分析、计算、处理和存储；水流量检测模块用于统计用水量；电控阀控制是否可用自来水；电源模块用于给智能水表提供必要的直流工作电源；通信模块用于接入网络；RFID识别模块用于读取用户卡，识别用户信息；所述智能水表读取用户卡之后，获取用户信息，当识别用户为授权用户后，则允许使用自来水，同时统计用水量，并能将用户信息与用水信息通过通信模块上传到云服务平台；所述用户卡采用无源射频识别（RFID）卡，用于存放用户信息，所述用户信息包括用户号、用户姓名、身份证号、家庭住址和预付费信息。

用户卡存储信息采用加密措施进行处理，RFID识别模块具有相应的解密模块。

一种实施基于云计算的自来水智能管理系统的方法，包括如下步骤：

步骤401：在当前用户用水完毕后，初始化智能水表；判断当前RAM是否已满，如果当前RAM已满，则不允许用户使用，直到RAM中的信息通过通信模块上传到云数据中心位为止；否则将智能水表复位清零，以备下一用户使用。

步骤402：当智能水表处于待机状态时，RFID识别模块判别是否有用户卡，如果有用户卡，则进入步骤403，否则继续处于待机状态；

步骤403：当有用户刷卡时，则通过RFID识别模块读取用户卡上的用户信息，并判断当前用户是否为合法用户，如读卡失败，则为非法用户，否则为合法用户；

步骤404：如果为合法用户，智能水表的处理器模块向电控阀发出控制信号，以打开电控阀，允许用户使用自来水；

步骤405：用户打开水龙头使用自来水；

步骤406：用户用水时，水流量检测模块不断统计用水量，每统计一定的用水量（如100ml），则根据当地水费标准确定水费，并显示；

步骤407：智能水表的处理器模块根据用户卡预付费信息，确定是采用预付费还是后付费；

步骤408：对于预付费用户，智能水表的处理器模块判断用户卡余额是否够支付当前水费，如果不够则进入步骤410；

步骤409：当用户卡预付费余额足够支付当前水费，则实时从卡上扣费，智能水表将当前用户信息、用水量、需要缴费、已缴费、用户余额信息暂时存放在RAM上；

步骤410：如果是后付费用户，则智能水表的RAM记录用户信息、用水量和需要缴费信息暂时存放在RAM上；智能水表再次进入初始化状态，等待下一用户；

步骤411：当用水完毕后，关闭电控阀，不允许使用自来水；

步骤412：智能水表的RAM记录用户信息、用水量、需要缴费（如果用户卡余额足够，则该费用为0）、已缴费、用户余额信息并暂时存放在RAM上；智能水表再次进入初始化状态，等待下一用户；

步骤413：将暂存在RAM上的信息送到通信模块，通信模块准备其传输到云服务平台进行后续处理；

步骤414：如果通信模块上传信息到云服务平台失败，则继续等待机会上传，否则进入步骤415；

步骤415：清除智能水表RAM中暂存的信息，以备后续用户使用；

步骤416：云服务平台接收到通信模块上传的信息以后，存储在云数据中心，云管理中心统计所传用户信息、用水量、需要缴费、已缴费、用户余额信息，用户使用上网设备查询用水信息和欠费信息。

步骤 403为，当有用户刷卡时，则通过RFID识别模块读取用户卡上的用户信息，如果用户卡信息解密成功，则为合法用户，否则为非法用户。

有益效果：与现有技术相比，本发明所提供的一种基于云计算的自来水智能管理系统及方法，无论在任何地方，任何时间，只要使用用户卡均可方便快捷的使用自来水、缴费和查询，打破了自来水使用地域限制，提高了自来水管理的智能化水平。

附图说明

图1为本发明实施例的系统结构示意图；

图2为本发明实施例的云服务平台结构示意图；

图3为本发明实施例的智能水表的机构框图；

图4为本发明实施例的方法流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

如图1所示，智能水表2通过网络接入云服务平台1；智能水表2通过识别用户卡3控制用户用水，用户通过接入网络的手机5、计算机4等上网设备向云服务平台1发出查询请求，云服务平台1将对应用户的用户信息、用水量等信息反馈给用户。

云服务平台1结构如图2所示，云服务平台1由云数据中心9和云管理中心10组成，其中云数据中心9由各地自来水公司数据服务器通过网络应用分布式计算技术构成，用于实现用户信息、用水信息的存储、备份、共享和查询等；云管理中心10由各地自来水公司数据服务器通过网络应用分布式计算技术构成，用于实现对用户信息、自来水信息的管理。

智能水表2结构如图3所示，主要包括：处理器模块301、水流量检测模块302、电控阀303、电源模块304、通信模块305以及RFID识别模块306。如用于公共场所，则智能水表2安装在水龙头前面，如果是家庭用户，则智能水表2安装在进户总阀后面。

其中，处理器模块301为主控模块，并带有一定的RAM，主要用来实现对有关数据的分析、计算、处理和存储；水流量检测模块302用于统计用水量；电控阀303控制是否可用自来水，电控阀303打开则可使用自来水，电控阀303关闭则不可使用自来水；电源模块304用于给智能水表其他模块提供必要的直流工作电源；通信模块305用于接入网络；RFID识别模块306用于读取用户卡，识别用户信息。连接关系为：电源模块304给处理器模块301、水流量检测模块302、电控阀303、通信模块305以及RFID识别模块306供电，水流量检测模块302、电控阀303、通信模块305以及RFID识别模块306分别连接到处理器模块301。

其中，用户卡3采用无源射频识别（RFID）卡，用于存储用户相关信息，主要包括：用户号、用户姓名、用户身份证号、用户家庭住址、预付费用等。

图4为本发明的智能管理方法流程。

步骤401：在当前用户用水完毕后，初始化智能水表；判断当前RAM是否已满，如果当前RAM已满，则不允许用户使用，直到RAM中的信息通过通信模块上传到云数据中心位为止；否则将智能水表复位清零，以备下一用户使用。

步骤402：当智能水表处于待机状态时，RFID识别模块判别是否有用户卡，如果有用户卡，则进入步骤403，否则继续处于待机状态；

步骤403：当有用户刷卡时，则通过RFID识别模块读取用户卡上的用户信息，如果用户卡信息解密成功，则为合法用户，否则为非法用户；

步骤404：智能水表的处理器模块向电控阀发出控制信号，以打开电控阀，允许用户使用自来水；

步骤405：用户打开水龙头使用自来水；

步骤406：用户用水时，水流量检测模块不断统计用水量，每统计一定的用水量（如100ml），则根据当地水费标准确定水费，并显示；

步骤407：智能水表的处理器模块根据用户卡预付费信息，确定是采用预付费还是后付费；

步骤408：对于预付费用户，智能水表的处理器模块判断用户卡余额是否够支付当前水费，如果不够则进入步骤410；

步骤409：当用户卡预付费余额足够支付当前水费，则实时从卡上扣费，智能水表将当前用户信息、用水量、需要缴费、已缴费、用户余额信息暂时存放在RAM上；

步骤410：如果是后付费用户，则智能水表的RAM记录用户信息、用水量和需要缴费信息暂时存放在RAM上；智能水表再次进入初始化状态，等待下一用户；

步骤411：当用水完毕后，关闭电控阀，不允许使用自来水；

步骤412：智能水表的RAM记录用户信息、用水量、需要缴费（如果用户卡余额足够，则该费用为0）、已缴费、用户余额信息暂时存放在RAM上；智能水表再次进入初始化状态，等待下一用户；

步骤413：将暂存在RAM上的信息送到通信模块，通信模块准备其传输到云服务平台进行后续处理；

步骤414：如果通信模块上传信息到云服务平台失败，则继续等待机会上传，否则进入步骤415；

步骤415：清除智能水表RAM中暂存的信息，以备后续用户使用；

步骤416：云服务平台接收到通信模块上传的信息以后，存储在云数据中心，云管理中心统计所传用户信息、用水量、需要缴费、已缴费、用户余额信息，用户使用上网设备查询用水信息和欠费信息。

Claims (10)

1.一种基于云计算的自来水智能管理系统，其特征在于：包括云服务平台和客户端；所述云服务平台包括云数据中心和云管理中心；所述客户端包括带有射频读卡功能的智能水表，用于储存用户信息的射频识别用户卡，以及上网设备；

用户在用自来水时，首先由智能水表识别用户卡，识别后方可使用自来水，智能水表则对用水量进行统计，并将用户卡上的用户信息和用水情况通过网络传送到云数据中心进行存储；所述云管理中心根据用户卡上的用水所在地水费标准和用水量结算水费，水费采用预付费或后付费的方式；用户通过上网设备向云管理中心发出查询个人信息、用水量和水费信息请求。

2.如权利要求1所述的基于云计算的自来水智能管理系统，其特征在于：所述云数据中心由各地自来水公司的数据服务器通过宽带连接实现，构成虚拟的云数据中心，实现对数据的存储、备份；所述云管理中心由各地自来水公司的管理服务器通过宽带连接实现，构成虚拟的云管理中心，实现有关的管理服务；所述云服务平台也可向提供云计算服务的服务商租借。

3.如权利要求1所述的基于云计算的自来水智能管理系统，其特征在于：所述智能水表主要由处理器模块、水流量检测模块、电控阀、电源模块、通信模块以及RFID识别模块组成。

4.如权利要求3所述的基于云计算的自来水智能管理系统，其特征在于：处理器模块为主控模块，并带有RAM，主要用来实现对有关数据的分析、计算、处理和存储；水流量检测模块用于统计用水量；电控阀控制是否可用自来水；电源模块用于给智能水表提供必要的直流工作电源；通信模块用于接入网络；RFID识别模块用于读取用户卡，识别用户信息。

5.如权利要求3所述的基于云计算的自来水智能管理系统，其特征在于：所述智能水表通过RFID识别模块读取用户卡之后，获取用户信息，当识别用户为授权用户后，则电控阀打开，允许使用自来水，同时利用水流量检测模块统计用水量，并将用户信息与用水信息通过通信模块上传到云服务平台。

6.如权利要求3所述的基于云计算的自来水智能管理系统，其特征在于：所述用户卡采用无源射频识别卡，用于存放用户信息。

7.如权利要求6所述的基于云计算的自来水智能管理系统，其特征在于：所述用户信息包括用户号、用户姓名、身份证号、家庭住址和预付费信息。

8.如权利要求4所述的基于云计算的自来水智能管理系统，其特征在于：用户卡存储信息采用加密措施进行处理，RFID识别模块具有相应的解密模块。

9.如权利要求1所述的一种实施基于云计算的自来水智能管理系统的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤401：在当前用户用水完毕后，初始化智能水表；判断当前RAM是否已满，如果当前RAM已满，则不允许用户使用，直到RAM中的信息通过通信模块上传到云数据中心位为止；否则将智能水表复位清零，以备下一用户使用；

步骤402：当智能水表处于待机状态时，RFID识别模块判别是否有用户卡，如果有用户卡，则进入步骤403，否则继续处于待机状态；

步骤403：当有用户刷卡时，则通过RFID识别模块读取用户卡上的用户信息，并判断当前用户是否为合法用户，如读卡失败，则为非法用户，否则为合法用户；

步骤404：如果为合法用户，智能水表的处理器模块向电控阀发出控制信号，以打开电控阀，允许用户使用自来水；

步骤405：用户打开水龙头使用自来水；

步骤406：用户用水时，水流量检测模块不断统计用水量，每统计一定的用水量，则根据当地水费标准确定水费，并显示；

步骤407：智能水表的处理器模块根据用户卡预付费信息，确定是采用预付费还是后付费；

步骤408：对于预付费用户，智能水表的处理器模块判断用户卡余额是否够支付当前水费，如果不够则进入步骤410；

步骤409：当用户卡预付费余额足够支付当前水费，则实时从卡上扣费，智能水表将当前用户信息、用水量、需要缴费、已缴费、用户余额信息暂时存放在RAM上；

步骤410：判断是否将用户卡从RFID识别模块上拿开，如果拿开则用水完毕，否则即使水龙头关闭，但还可继续用水，回到步骤406；

步骤411：当用水完毕后，关闭电控阀，不允许使用自来水；

步骤412：智能水表的RAM记录用户信息、用水量、需要缴费、已缴费、用户余额信息并暂时存放在RAM上；智能水表再次进入初始化状态，等待下一用户；

步骤413：将暂存在RAM上的信息送到通信模块，通信模块准备将其传输到云服务平台进行后续处理；

步骤414：如果通信模块上传信息到云服务平台失败，则继续等待机会上传，否则进入步骤415；

步骤415：清除智能水表RAM中暂存的信息，以备后续用户使用；

步骤416：云服务平台接收到通信模块上传的信息以后，存储在云数据中心，云管理中心统计所传用户信息、用水量、需要缴费、已缴费、用户余额信息，用户使用上网设备查询用水信息和欠费信息。

10.如权利要求9所述的实施基于云计算的自来水智能管理系统的方法，其特征在于：步骤 403为，当有用户刷卡时，则通过RFID识别模块读取用户卡上的用户信息，如果用户卡信息解密成功，则为合法用户，否则为非法用户。

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