CN105182937A - 一种基于gsm的智能家居数据采集系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于GSM的智能家居数据采集系统，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数据传输距离远、数据传输速率快的基于GSM的智能家居数据采集系统。其技术方案为：包括水表、采集器、GSM通讯模块和控制器；水表内的水表传感器与采集器电连接，采集器与GSM通讯模块电连接，GSM通讯模块与控制器电连接。本发明适用于智能家居中的数据采集系统。

Description

一种基于GSM的智能家居数据采集系统

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GSM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，现有的抄表系统因自身缺陷而存在受网络覆盖的影响而致使传输距离较近、数据传输的可靠性较低、数据的传输速率较慢。

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，提供一种数据传输距离远、数据传输速率快的基于GSM的智能家居数据采集系统，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GSM的智能家居数据采集系统，包括水表、采集器、GSM模块和控制器；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采集器电连接，所述采集器与GSM通讯模块电连接，所述GSM通讯模块与控制器电连接。

作为本发明的优选方案，所述采集器包括单片机和TC35i模块，所述水表内的水表传感器与单片机电连接，所述单片机与TC35i模块电连接，所述TC35i模块与GSM通讯模块电连接。

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与采集器电连接,采集器与GSM通讯模块电连接，GSM通讯模块与控制器电连接，控制器通过GSM通信模块向采集器发送数据查询命令，采集器收到收据查询命令后，向水表发出数据查询命令，水表收到数据查询命令则将用户的水量数据信息回传给采集器，采集器将接收到的水量数据信息在通过GSM通讯模块发送给控制器，整个流程围绕GSM网络实施，从而提高数据采集系统的实时性和抄表数据的可靠性，且由于GSM网络的覆盖范围广、数据传输快、数据传输可靠性高，因而使得数据采集系统具有数据传输距离远、数据传输可靠性高、数据传输速率快。

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为本发明中水表叶轮的结构示意图；

图3为本发明中调压阀的结构示意图；

图4为图3在I处的局部放大图；

图5为图3在进水流道内水压较小时的状态图；

图6为图3在进水流道内水压较大时的状态图；

图7为本发明中橡胶球头与阀体连接处的局部放大图；

图8为本发明的硬件构架图；

图9为本发明中采集器的硬件构架图；

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、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GSM的智能家居数据采集系统，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、采集器、GSM通讯模块和控制器。该水表通过水表箱体7安装于小区的住户家中，一家一户一水表。一个或多个水表对应设置一个采集器，该采集器用于采集这一个或多个水表所记录的用户信息、用水量信息等水量数据信息。一个采集器对应一个GSM通讯模块，采集器将其采集到的水量数据信息通过GSM网络传输至GSM通讯模块。一个或多个GSM通讯模块对应一个控制器，GSM通讯模块将通过GSM网络传输来的水量数据信息输送至控制器，控制器对水量数据信息的数据进行分析、存储和处理。此外，控制器还可以给出控制信号，该控制信号依次经GSM通讯模块、采集器后输送至水表，水表将采集用户的水量数据信息，并将水量数据信息经由采集器、GSM通讯模块输送至控制器。

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采集器电连接，采集器与GSM通讯模块电连接，GSM通讯模块与控制器电连接。即控制器通过GSM通信模块可向采集器发送数据查询命令，采集器收到查询命令后可向水表发出数据查询命令，水表收到数据查询命令则将用户的水量数据信息回传给采集器，采集器将接收到的水量数据信息在通过GSM通讯模块发送给控制器，整个流程围绕GSM网络实施，从而提高数据采集系统的实时性和抄表数据的可靠性，且由于GSM网络的覆盖范围广、数据传输快、数据传输可靠性高，因而使得数据采集系统具有数据传输距离远、数据传输可靠性高、数据传输速率快。

该采集器包括单片机和TC35i模块，该单片机选用At89C51单片机，该At89C51单片机通过RS485串行通信接口、485总线与水表连接，该At89C51单片机通过MAX232A转换电平与TC35i模块电连接，TC35i模块与GSM通讯模块电连接。该采集器还可设置LCD数据显示模块、EEPROM模块，如短信控制中心号码、水表地址信息等系统数据可保存与EEPROM模块内，起到掉电保护的作用。

实施例2

在实施例一的基础上，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3

在实施例一或实施例二的基础上，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4

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5

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 (6)

1.一种基于GSM的智能家居数据采集系统，其特征在于：包括水表、采集器、GSM模块和控制器；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采集器电连接，所述采集器与GSM通讯模块电连接，所述GSM通讯模块与控制器电连接。

2.如权利要求1所述的一种基于GSM的智能家居数据采集系统，其特征在于：所述采集器包括单片机和TC35i模块，所述水表内的水表传感器与单片机电连接，所述单片机与TC35i模块电连接，所述TC35i模块与GSM通讯模块电连接。

3.如权利要求1所述的一种基于GSM的智能家居数据采集系统，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。

4.如权利要求1所述的一种基于GSM的智能家居数据采集系统，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）。

5.如权利要求1或4所述的一种基于GSM的智能家居数据采集系统，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。

6.如权利要求1所述的一种基于GSM的智能家居数据采集系统，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。