CN105136216A - 基于ZigBee的智能家居高实时性数据采集系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于ZigBee的智能家居高实时性数据采集系统，属于智能家居技术领域中的数据采集系统，其目的在于提供一种具有更高可靠性和实时性的基于ZigBee的智能家居高实时性数据采集系统。其技术方案为：包括水表箱体、水表、ZigBee无线通信模块、ZigBee路由模块、ZigBee协调器、GPRS模块和中央处理器；水表内的水表传感器将其采集到的水量数据信息依次经ZigBee无线通信模块、ZigBee路由模块输送至ZigBee协调器，ZigBee协调器将接收到的水量数据信息通过GPRS模块并以GPRS网络传输至中央处理器。本发明适用于智能家居中数据采集系统。

Description

基于ZigBee的智能家居高实时性数据采集系统

技术领域

本发明属于智能家居技术领域，涉及一种用于智能家居中的水表数据采集系统，尤其涉及一种用于智能家居且基于ZigBee的水表数据采集系统。

背景技术

随着现代化科技的发展，在智能家居中对水表的抄表方式也提出了新的要求，即智能家居中要求水表及水表的抄表方式具有更高的可靠性、实时性和数据处理方便性，需从根本上解决现有的入户抄表、收费给用户和抄表人员带来的麻烦，提高对水表的抄表效率。

此外，水表作为一种自来水的计量设备，它们一般用于对流过水表的水流量进行计量。现有技术中使用的水表的进水管、出水管都是垂直于水表本体的外表面，进水管、出水管的中心线与水表横剖面圆的中心线重合。然而，采用这种结构的水表对水表本体内的叶轮冲击力较小，特别是水流量较小时，不能冲击或者不能有效冲击叶轮并使叶轮进行转动，严重影响水表的精确度。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种具有更高可靠性和实时性的基于ZigBee的智能家居高实时性数据采集系统，通过在进水管中增设调压阀，使流出进水管进入水表本体的水流量的压强较大，能够有效冲击叶轮并推动叶轮转动，提高水表的精确度。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于ZigBee的智能家居高实时性数据采集系统，包括水表箱体、水表、ZigBee无线通信模块、ZigBee路由模块、ZigBee协调器、GPRS模块和中央处理器；所述水表位于水表箱体内，所述水表箱体通过托架固定安装在墙体上；所述水表包括水表本体、均与水表本体连接的进水管和出水管，所述进水管和出水管均与水表本体相切；所述水表本体内设置有水表叶轮，所述水表叶轮的叶片为曲面叶片；所述进水管上设置有调压阀，所述调压阀包括阀体，所述阀体沿阀体的轴向开设有与阀体的内腔连通的进水流道，所述阀体的内腔内由内往外依次设有阀芯、螺塞，所述阀体末端连接有堵头，所述阀体的内腔内还设有可沿阀体轴向移动的堵头组件，所述堵头组件位于进水流道与阀芯之间，所述阀芯包括中空状的外阀芯、嵌套于外阀芯内可沿外阀芯轴向移动的中阀芯，外阀芯、中阀芯上靠近螺塞的一端一一对应开设有通孔状的外芯排孔、通孔状的中芯排孔，外芯排孔的截面积大于中芯排孔的截面积，嵌套状态下，外芯排孔与中芯排孔相连通；中阀芯与堵头组件之间设有第二弹簧，外阀芯另一端与螺塞连接，中阀芯另一端与螺塞之间设有第三弹簧；所述水表内的水表传感器与ZigBee无线通信模块电连接，所述ZigBee无线通信模块与ZigBee路由模块电连接，所述ZigBee路由模块与ZigBee协调器电连接，所述ZigBee协调器与GPRS模块电连接，所述GPRS模块通过GPRS网络与中央处理器连接。

作为本发明的优选方案，所述托架包括托架本体，所述托架本体包括弯折成型的安装部和支撑部，所述安装部和支撑部垂直设置，所述安装部上设有若干安装孔，所述支撑部上设有若干高度调节机构。

作为本发明的优选方案，所述高度调节机构包括装设于所述支撑部上的调节螺栓以及与调节螺栓配合的调节螺母。

作为本发明的优选方案，所述支撑部包括与安装部一体连接的纵板和与纵板端部一体成型的横板，所述纵板和横板形成“T”形结构，所述高度调节机构的数量设置为三个，其中一个高度调节机构装设于所述纵板上，另外两个高度调节机构对称装设于横板的两端，并且三个所述高度调节机构配合构成等腰三角形。

作为本发明的优选方案，所述叶片包括内凹弧面和外凸弧面，所述内凹弧面为圆柱曲面，所述外凸弧面抛物曲面。

作为本发明的优选方案，所述堵头组件上开设有球头放置凹槽，所述球头放置凹槽内放置有橡胶球头，所述橡胶球头与球头放置凹槽底部之间设置有微调弹簧。

作为本发明的优选方案，所述外阀芯的外轮廓由下到上分为：下阀面、中阀面、上阀面，在通过外阀芯中心轴线的纵截面上，下阀面的形状为从下到上向内逐渐缩小的弧状抛物线，中阀面的形状为直线，上阀面的形状为从下到上向外逐渐增大的弧状抛物线。

作为本发明的优选方案，所述水表本体的内表面和水表叶轮的外表面均堆焊有高铬合金耐磨层。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明中，水表内的水表传感器用于采集对应用户的水量数据信息，并将水量数据信息输送至ZigBee无线通信模块、ZigBee路由模块输送至ZigBee协调器，ZigBee协调器将接收到的水量数据信息通过GPRS模块并以GPRS网络传输至中央处理器，中央处理器在根据系统预设、用户设定或状态信息发出相应的控制命令，从而提高数据采集系统的实时性和抄表数据的可靠性。

本发明还在进水管上设置调压阀，通过该调压阀可控制流出进水管的水流量的压强，因流出进水管的水流量具有一定压强，因而具有一定压强的水流量在冲击叶轮时足够带动叶轮转动，从而提高水表的精确度。

此外，该调压阀具备多级缓冲泄压结构且泄压安全性较高，进水流道的泄压过程稳定、快速且适用于大流量管路。阀芯由外阀芯和中阀芯组成，当进水流道内的压力较小时，水通过中阀芯的中芯排孔排出；当进水流道的水压较大时，水通过中芯排孔以及中阀芯与外阀芯之间的过水流道外排，整个安全阀泄压过程稳定性好、可控性强。此外，安全阀关闭时将堵头组件的端面与进水流道出口处的端面之间的线接触改为面接触，提高了安全阀关闭时阀体与堵头组件之间的接触面积，提高两者之间的密封性能，不易泄露；安全阀开启时，在相同的液体压力下，弹簧压缩量相同，单位时间内流经进、出水流道的流量更大，从而缩短了液体的排放时间。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中水表箱体的结构示意图；

图3为本发明中托架的结构示意图；

图4为本发明中水表箱体通过托架安装于墙体上的结构示意图；

图5为本发明中水表叶轮的结构示意图；

图6为本发明中调压阀的结构示意图；

图7为图6在进水流道内水压较小时的状态图；

图8为图6在进水流道内水压较大时的状态图；

图9为本发明的结构框图；

其中，附图标记为：1—水表本体、2—水表叶轮、3—进水管、4—出水管、5—调压阀、6—叶片、7—水表箱体、8—安装部、9—支撑部、10—墙体、71—箱体、72—箱盖、801—安装孔、91—纵板、92—横板、93—调节螺栓、94—调节螺、61—内凹弧面、62—外凸弧面、51—阀体、52—橡胶球头、53—堵头组件、54—第二弹簧、56—第二出水流道、57—外阀芯、58—中阀芯、59—球头放置凹槽、510—第三弹簧、511—第三出水流道、512—螺塞、513—密封圈、514—堵头、515—进水流道、516—第一出水流道、517—外芯排孔、518—阻尼孔、519—中芯排孔、520—第四出水流道、524—微调弹簧、525—球形出水口、571—下阀面、572—中阀面、573—上阀面。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

一种基于ZigBee的智能家居高实时性数据采集系统，该水表数据采集系统可实现一个住宅小区甚至多个住宅小区的水表的抄表工作。该水表数据采集系统包括水表箱体7、水表、ZigBee无线通信模块、ZigBee路由模块、ZigBee协调器、GPRS模块和中央处理器。该水表通过水表箱体7安装于小区的住户家中，即一家一户一燃气箱一水表。每个水表对应设置一个ZigBee无线通信模块或者多个水表对应设置一个ZigBee无线通信模块。每个ZigBee无线通信模块可对应设置一个ZigBee路由模块或者多个ZigBee无线通信模块对应设置一个ZigBee路由模块。每个ZigBee路由模块可对应设置一个ZigBee协调器或者多个ZigBee路由模块对应设置一个ZigBee协调器。每个ZigBee协调器可对应设置一个GPRS模块，一个GPRS模块对应一个中央处理器。

水表位于水表箱体7内，且该水表箱体7通过托架固定安装在墙体10上。该托架包括托架本体，该托架本体包括安装部8和支撑部9，安装部8和支撑部9均通过弯折成型，且安装部8和支撑部9相互垂直。该安装部8上设置有若干安装孔801，通过该安装孔801可将水表箱体7固定安装于墙体10上。该支撑部9上设置有若干高度调节机构，该高度调节机构用于调节水表箱体7的高度，使水表箱体7水平安装。

该水表包括水表本体，水表本体上连接有进水管和出水管，且该进水管和出水管均与水表本体相切，进水管和出水管均与水表本体的内腔连通。因而，水经由进水管后沿水表本体的切向进入水表本体内，切向流进的水可直接作用于水表本体内的水表叶轮并推动水表叶轮转动，提高水对水表叶轮的作用效果；水表本体内的水沿水表本体的切向进入出水管，便于水表本体内水的排出。该水表本体内设置有水表叶轮，该水表叶轮的叶片为曲面叶片，该曲面叶片包括内凹弧面和外凸弧面，内凹弧面为圆柱曲面，外凸弧面为抛物线曲面。从进水管中流出的水直接冲击到内凹弧面上，推动水表叶轮转动。内凹弧面的外伸端与外凸弧面的外伸端共同相交于一顶点弧面，顶点弧面与水表本体的水表计量腔径相配合。

进水管上还设置有调压阀，该调压阀包括阀体51，阀体51内设置有堵头组件53、阀芯和螺塞512，堵头组件53、阀芯和螺塞512在阀体51的内腔内依次由内往外设置，阀体51一端开设有进水流道515，该进水流道515与阀体51内腔连通，阀体51另一端螺纹连接有堵头514，通过堵头514将堵头组件53、阀芯和螺塞512封闭在阀体51的内腔内。堵头组件53位于阀体51的内腔内且可沿阀体51内腔的轴向来回移动，当进水流道515内的水压超过某一值的时候，水压作用在堵头组件53上的作用力将推动堵头组件53沿阀体51内腔的轴向向外运动，因而在堵头组件53的端面与进水流道515出水口处的端面之间形成供水流通的过水流道。堵头组件53上沿其周向开设若干第一出水流道516，且若干第一出水流道516的轴线相互平行且均与堵头组件53的轴线平行。阀芯包括中空状的外阀芯57、中阀芯58，中阀芯58嵌套于外阀芯57内且可沿外阀芯57轴向移动，外阀芯57上靠近堵头组件53的一侧开设有第二出水流道56，且该第二出水流道56与外阀芯57的外轮廓、阀体51的内壁之间形成的过水流道连通。外阀芯57、中阀芯58靠近螺塞512的端部为均为喇叭状结构，且外阀芯57的喇叭状结构部位上开设有外芯排孔517，中阀芯58的喇叭状结构部位上开设有中芯排孔519，外芯排孔517与中芯排孔519同轴线且外芯排孔517的截面积大于中芯排孔519的截面积。嵌套状态下，外阀芯57的喇叭状结构部位包覆住中阀芯58的喇叭状结构部位，且外芯排孔517与中芯排孔519相连通；当水压增大到一定程度时，外阀芯57的喇叭状结构部位与中阀芯58的喇叭状结构部位相互脱离。中阀芯58两端分别对应设有第二弹簧54、第三弹簧510，第二弹簧54位于中阀芯58与堵头组件53之间，第三弹簧510位于中阀芯58与螺塞512之间。螺塞512通过螺纹连接的方式安装于阀体51的内腔内，堵头514也通过螺纹连接的方式安装于阀体51的端部。螺塞512上开设有第三出水流道511，堵头514上开设有第四出水流道520，当堵头组件53的端面与进水流道515出水口处的端面脱离时，进水流道515、第一出水流道516、第二出水流道56、第三出水流道511和第四出水流道520连通形成进、排水的过水流道。此外，阀体51与堵头514相互接触的接触面上还设有密封圈513。在阀体51的端面与堵头514的端面相互接触的接触面上还设有密封圈513，可进一步提高安全阀的密封性能，防止液体泄漏。

本发明中调压阀的工作原理为：阀体51的进水流道515内压力较大时，推动堵头组件53运动，从而在堵头组件53与进水流道515的出水口处形成过水道，外部水经由进水流道515、过水道进入阀体51的内腔内，并最终由外芯排孔517、中芯排孔519排出；由于外芯排孔517的孔径大于中芯排孔519的孔径，因而在经由中芯排孔519外排的流量一定，当阀体51的进水流道515的进水流量大于中芯排孔519外排的排水流量时，阀体51内腔内的压力将逐渐增大，并推动堵头组件53继续运动，在压力增大到一定值时，第三弹簧510的弹力小于水压、第二弹簧54对中阀芯58的作用力时，中阀芯58被迫向靠近螺塞512的一侧运动，使中阀芯58、外阀芯57在中芯排孔519、外芯排孔517处分离形成第二过水道，从而增大阀芯的排水横截面积，提高阀芯的排水流量。

所述水表内的水表传感器与与抄表系统中的ZigBee无线通信模块电连接，经加密处理后的水量数据信息输送至ZigBee无线通信模块。ZigBee无线通信模块可将用户的水量数据信息依次通过ZigBee路由模块输送至ZigBee协调器，ZigBee协调器将接收到的水量数据信息通过GPRS模块并以GPRS网络传输至中央处理器，中央处理器在根据系统预设、用户设定或状态信息发出相应的控制命令，从而提高数据采集系统的实时性和抄表数据的可靠性。此外，还可在GPRS模块与中央处理器之间设置解密模块，通过该解密模块可对GPRS模块发送的加密后的水量数据信息进行自动解密，并将解密后的水量数据信息传输至中央处理器，从而方便接收端的水量数据信息，避免了用户的水表的水量数据信息被人随意拦截和读取信息进而泄露用户信息的问题。

实施例2

在实施例一的基础上，该高度调节机构包括装设于支撑部9上的调节螺栓93、以及与调节螺栓93配合的调节螺母94。

使用时，首先通过安装部8将水表箱体7安装在墙体10上，水表箱体7底部放置在支撑部9上，使水表箱体7底部与调节螺栓的顶端相抵配合，采用上述安装方式后，提高了水表箱体7安装的稳定性较高；旋动调节螺栓93，通过调节螺栓93对水表箱体7的高度位置进行调节。通过设置上述结构，既保证了水表箱体7安装的稳定性，使水表箱体7安装安全可靠，同时，在若干高度调节机构的配合作用下，能够充分保证水表箱体7安装在水平位置，从而保证了智能电表的计量精度。

实施例3

在实施例一或实施例二的基础上，该支撑部9包括纵板91和横板92，该纵板91与安装部8连接为一体结构，该横板92与纵板91端部的端部一体成型，且纵板91和横板92形成“T”形结构，高度调节机构的数量设置为三个，其中一个高度调节机构装设于纵板91上，另外两个高度调节机构对称装设于横板92的两端，并且三个高度调节机构在支撑部9上配合构成等腰三角形结构。采用上述结构，横板92和纵板91配合形成“T”形，使支撑部9的支承效果更好，保证了水表箱体7放置的稳定性。

实施例4

在上述实施例的基础上，堵头组件53上靠近进水流道515一侧的端面上开设有球头放置凹槽59，该球头放置凹槽59内设置有橡胶球头52，橡胶球头52可在球头放置凹槽59内自由转动；橡胶球头52与球头放置凹槽59底部之间还设置有微调弹簧524，橡胶球头52在微调弹簧524的作用下可根据进水流道515末端端面的平整度及倾角自适应地改变位置，使橡胶球头52的端面与进水流道515末端端面充分接触，提高接触部位的密封性能。

作为优选，进水流道515末端靠近堵头组件53的一侧设有球形出水口525，该球形出水口525的曲率半径与橡胶球头52的半径相适配。

实施例5

在上述实施例的基础上，中芯排孔519内部设有阻尼孔518，阻尼孔518的的排水孔径小于中芯排孔519的孔径，因而在进水流道515内水压较小时，水通过阻尼孔518排出，且由于阻尼孔518的横截面更小，使得进水流道515内的水外排的流量更小，进水流道515内的水压增加得更快，因而可使中阀芯58与外阀芯57在排孔处快速分离，提高加快泄压。

实施例6

在上述实施例的基础上，外阀芯57的外轮廓由下到上分为：下阀面571、中阀面572、上阀面573，在通过外阀芯57中心轴线的纵截面上，下阀面571的形状为从下到上向内逐渐缩小的弧状抛物线，中阀面572的形状为直线且中阀面572的长度为100至400mm，上阀面573的形状为从下到上向外逐渐增大的弧状抛物线。为使水在流道中流动更加顺畅、减小颤动、易于外排，下阀面571向外部倾斜的程度小于上阀面573向外部倾斜的程度。

实施例7

在上述实施例的基础上，阀体51内表面和外阀芯57的外表面均堆焊有高铬合金耐磨层，堆焊的厚度视需要而定。

高铬合金耐磨层的化学成分中碳含量达4至5%、铬含量高达25至30%，其金相组织中Cr7C3碳化物的体积分数达到50%以上，宏观硬度为HRC56至62，碳化铬的硬度为HV1400至1800。由于碳化物成于磨损方向相垂直分布，即使与同成分和硬度的铸造合金相比较，耐磨性能提高一倍以上，且具有良好的耐冲击性，可以承受高压水流造成的冲击和磨损。此外，高铬合金耐磨层含有高百分比的金属铬，故使阀体51内表面和外阀芯57的外表面均具有一定防锈和耐腐蚀能力。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于ZigBee的智能家居高实时性数据采集系统，其特征在于：包括水表箱体（7）、水表、ZigBee无线通信模块、ZigBee路由模块、ZigBee协调器、GPRS模块和中央处理器；所述水表位于水表箱体（7）内，所述水表箱体（7）通过托架固定安装在墙体（10）上；所述水表包括水表本体（1）、与水表本体（1）连接的进水管（3）和出水管（4），所述进水管（3）和出水管（4）均与水表本体（1）相切；所述水表本体（1）内设置有水表叶轮（2），所述水表叶轮（2）的叶片（6）为曲面叶片（6）；所述进水管（3）上设置有调压阀（5），所述调压阀（5）包括阀体（51），所述阀体（51）沿阀体（51）的轴向开设有与阀体（51）的内腔连通的进水流道（515），所述阀体（51）的内腔内由内往外依次设有阀芯、螺塞（512），所述阀体（51）末端连接有堵头（514），所述阀体（51）的内腔内还设有可沿阀体（51）轴向移动的堵头组件（53），所述堵头组件（53）位于进水流道（515）与阀芯之间，所述阀芯包括中空状的外阀芯（57）、嵌套于外阀芯（57）内可沿外阀芯（57）轴向移动的中阀芯（58），外阀芯（57）、中阀芯（58）上靠近螺塞（512）的一端一一对应开设有通孔状的外芯排孔（517）、通孔状的中芯排孔（519），外芯排孔（517）的截面积大于中芯排孔（519）的截面积，嵌套状态下，外芯排孔（517）与中芯排孔（519）相连通；中阀芯（58）与堵头组件（53）之间设有第二弹簧（54），外阀芯（57）另一端与螺塞（512）连接，中阀芯（58）另一端与螺塞（512）之间设有第三弹簧（510）；所述水表内的水表传感器与ZigBee无线通信模块电连接，所述ZigBee无线通信模块与ZigBee路由模块电连接，所述ZigBee路由模块与ZigBee协调器电连接，所述ZigBee协调器与GPRS模块电连接，所述GPRS模块通过GPRS网络与中央处理器连接。

2.如权利要求1所述的基于ZigBee的智能家居高实时性数据采集系统，其特征在于：所述托架包括托架本体，所述托架本体包括弯折成型的安装部（8）和支撑部（9），所述安装部(8)和支撑部(9)垂直设置，所述安装部(8)上设有若干安装孔(81)，所述支撑部(9)上设有若干高度调节机构。

3.如权利要求2所述的基于ZigBee的智能家居高实时性数据采集系统，其特征在于：所述高度调节机构包括装设于所述支撑部(9)上的调节螺栓(93)以及与调节螺栓(93)配合的调节螺母(94)。

4.如权利要求2或3所述的基于ZigBee的智能家居高实时性数据采集系统，其特征在于：所述支撑部(9)包括与安装部(8)一体连接的纵板(91)和与纵板(91)端部一体成型的横板(92)，所述纵板(91)和横板(92)形成“T”形结构，所述高度调节机构的数量设置为三个，其中一个高度调节机构装设于所述纵板(91)上，另外两个高度调节机构对称装设于横板(92)的两端，并且三个所述高度调节机构配合构成等腰三角形。

5.如权利要求1所述的基于ZigBee的智能家居高实时性数据采集系统，其特征在于：所述叶片（6）包括内凹弧面（61）和外凸弧面（62），所述内凹弧面（61）为圆柱曲面，所述外凸弧面（62）抛物曲面。

6.如权利要求1所述的基于ZigBee的智能家居高实时性数据采集系统，其特征在于：所述堵头组件（3）上开设有球头放置凹槽（9），所述球头放置凹槽（9）内放置有橡胶球头（2），所述橡胶球头（2）与球头放置凹槽（9）底部之间设置有微调弹簧（24）。

7.如权利要求1或6所述的基于ZigBee的智能家居高实时性数据采集系统，其特征在于：所述外阀芯（57）的外轮廓由下到上分为：下阀面（571）、中阀面（572）、上阀面（573），在通过外阀芯（57）中心轴线的纵截面上，下阀面（571）的形状为从下到上向内逐渐缩小的弧状抛物线，中阀面（572）的形状为直线，上阀面（573）的形状为从下到上向外逐渐增大的弧状抛物线。

8.如权利要求1所述的基于ZigBee的智能家居高实时性数据采集系统，其特征在于：所述水表本体（1）的内表面和水表叶轮（2）的外表面均堆焊有高铬合金耐磨层。