CN108759993B - 具有自适应校表功能的水表组件 - Google Patents

Abstract

一种具有自适应校表功能的水表组件包括壳体、设置于壳体中的测量通道、位于测量通道中的转动机械部件，以及位于壳体中且依次连接的电子测量部件、滤波器、电压比较器、特征提取单元、单片机、配置参数寄存器及水表计量单元，水表计量单元还与电压比较器连接，特征提取单元在自动校表模式下根据电压比较器输出的电压信号计算得到特征参数，水表计量单元根据电压比较器输出的电压信号计算水流的流量。如此能实现自适应校表功能、效率较高、成本较低。

Description

具有自适应校表功能的水表组件

技术领域

本发明涉及流体检测领域，特别是一种具有自适应校表功能的水表组件。

背景技术

基于机械转动方法实现流速测量的智能远传水表，其机械转动部件和电子测量部件在匹配上存在差异性。为了准确实现测量功能，在产品使用之前，需要进行校表和参数配置操作。目前这项工作一般以人工方式进行，操作比较繁琐，需要技术工人投入的时间成本较高，后期的动态调整也比较困难。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种能实现自适应校表功能、效率较高、成本较低的具有自适应校表功能的水表组件，以解决上述问题。

一种具有自适应校表功能的水表组件，包括壳体、设置于壳体中的测量通道、位于测量通道中的转动机械部件，以及位于壳体中且依次连接的电子测量部件、滤波器、电压比较器、特征提取单元、单片机、配置参数寄存器及水表计量单元，所述水表计量单元还与电压比较器连接，所述具有自适应校表功能的水表组件具有两种工作模式：正常测量模式及自动校表模式；

所述电子测量部件与转动机械部件非接触地连接，用于侦测所述转动机械部件的转动信息，所述电子测量部件具有LC震荡电路，当机械转动部件处于不同的位置时，LC震荡电路输出不同幅度的的电压信号；

所述滤波器用于对电压信号进行滤波，滤除杂散噪声信号；

所述电压比较器对电压信号进行门限判决，当电压信号大于一判决电压Vth时，电压比较器输出高电平；当电压信号小于判决电压Vth时，电压比较器输出低电平；

所述特征提取单元在自动校表模式下计算特征参数，具体为：对电压比较器输出的脉冲电压进行计数，当水管中水流流过推动转动机械部件旋转后，特征提取单元会得到一个脉冲数序列{X(n)},n＝1,2,…,N，利用排序算法求得脉冲数序列极大值NVmax和脉冲数序列极小值NVmin，计算脉冲数序列极大值NVmax和脉冲数序列极小值NVmin的平均值为脉冲数序列均值NVave＝(NVmin+NVmax)/2，上述脉冲数序列极大值NVmin、脉冲数序列极小值NVmax、脉冲数序列均值NVave即为特征参数；

所述单片机在自动校表模式下接收特征参数并存放于配置参数寄存器中，完成自适应校表的参数配置，所述单片机还可控制工作模式为正常测量模式或自动校表模式；

所述水表计量单元连接配置参数寄存器及电压比较器，在正常测量模式下，所述水表计量单元采集电压比较器的脉冲电压信号的数目，如果采集到的脉冲电压信号的数目大于或等于预定值，将这个状态记为第一状态；如果采集到的脉冲电压信号的数目小于预定值，将这个状态记为第二状态，对第一状态与第二状态之间的状态变换的次数进行计数，根据该计数即可得知转动机械部件旋转的圈数，进而计算水流的流量，实现水表的计量功能。

进一步地，所述转动机械部件为转动钢片，所述电子测量部件为电感探测单元。

进一步地，还包括与所述水表计量单元或单片机连接的显示界面，所述显示界面设置于壳体的外部。

进一步地，还包括与所述水表计量单元或单片机连接的通信单元，所述通信单元与外部的服务器通信，所述服务器可控制单片机，实现水表组件在正常测量模式与自动校表模式之间的切换。

进一步地，所述壳体具有外壳及内壳，外壳与内壳之间形成容置区间，所述电子测量部件、滤波器、电压比较器、特征提取单元、单片机、配置参数寄存器及水表计量单元均位于容置区间内

进一步地，所述配置参数寄存器集成于单片机中。

与现有技术相比，本发明的具有自适应校表功能的水表组件，包括壳体、设置于壳体中的测量通道、位于测量通道中的转动机械部件，以及位于壳体中且依次连接的电子测量部件、滤波器、电压比较器、特征提取单元、单片机、配置参数寄存器及水表计量单元，所述水表计量单元还与电压比较器连接，所述具有自适应校表功能的水表组件具有两种工作模式：正常测量模式及自动校表模式；所述电子测量部件与转动机械部件非接触地连接，用于侦测所述转动机械部件的转动信息，并将转动信息转换为电压信号；所述滤波器用于对电压信号进行滤波，滤除杂散噪声信号；所述电压比较器电压信号进行门限判决，当电压信号大于一判决电压Vth时，电压比较器输出高电平；当电压信号小于判决电压Vth时，电压比较器输出低电平；所述特征提取单元在自动校表模式下根据电压比较器输出的脉冲电压计算得到特征参数；所述单片机在自动校表模式下接收特征参数并存放于配置参数寄存器中，完成自适应校表的参数配置，所述单片机还可控制工作模式为正常测量模式或自动校表模式；所述水表计量单元连接配置参数寄存器及电压比较器，在正常测量模式下，所述水表计量单元电压比较器的脉冲电压信号的状态切换计算水流的流量，实现水表的计量功能。如此能实现自适应校表功能、效率较高、成本较低。

附图说明

以下结合附图描述本发明的实施例，其中：

图1为本发明提供的具有自适应校表功能的水表组件的内部示意图。

图2为图1中的电压比较器的示意图。

具体实施方式

以下基于附图对本发明的具体实施例进行进一步详细说明。应当理解的是，此处对本发明实施例的说明并不用于限定本发明的保护范围。

请参考图1，其为本发明提供的具有自适应校表功能的水表组件包括壳体110、设置于壳体110中的测量通道120、位于测量通道120中的转动机械部件130、设置于壳体110外部的显示界面140，以及位于壳体110中且依次连接的的电子测量部件10、滤波器20、电压比较器30、特征提取单元40、单片机50、配置参数寄存器60、水表计量单元70及通信单元80。

壳体110具有外壳及内壳，内壳与测量通道120的外侧壁密封连接，外壳与内壳之间形成容置区间，所述电子测量部件10、滤波器20、电压比较器30、特征提取单元40、单片机50、配置参数寄存器60、水表计量单元70及通信单元80均位于容置区间内。如此充分利用了空间且可避免测量通道120内的水或其他流体与电子测量部件10、滤波器20、电压比较器30、特征提取单元40、单片机50、配置参数寄存器60、水表计量单元70及通信单元80等电子部件接触，提高了安全性。

转动机械部件130为转动钢片。

电子测量部件10与转动机械部件130非接触地连接，电子测量部件10为电感探测单元。电感探测单元的核心是一个LC震荡电路，当机械转动部件处于不同的位置时，LC震荡电路输出的电压的衰减幅度对应变化，从而将转动信息转换为电压信号。

滤波器20连接电子测量部件10与电压比较器30，滤波器用于对电压信号进行滤波，滤除杂散噪声信号。

请参考图2，所述电压比较,30对电子测量部件输出值Vd进行门限判决，当Vd大于判决电压Vth时，电压比较器的输出电压Vout为高电平；反之，当Vd小于判决电压Vth时，电压比较器的输出电压Vout为低电平。

特征提取单元40连接电压比较器30及单片机50，对电压比较器30输出的脉冲电压进行计数，当转动机械部件转动到不同位置时，由于电磁涡轮效应，在一个信号采集周期里，能采集到的脉冲电压信号的数目NV是不一样的。在自动校表模式下，经过一段时间的跑水过程，特征提取单元40会根据电压比较器输出的脉冲电压，采用高效的排序处理算法，获取到一个采集过程中电压脉冲的数字的极大值序列和极小值序列。利用排序算法求得脉冲数序列极大值NVmax和脉冲数序列极小值NVmin，计算脉冲数序列极大值NVmax和脉冲数序列极小值NVmin的平均值为脉冲数序列均值NVave＝(NVmin+NVmax)/2，上述脉冲数序列极大值NVmin、脉冲数序列极小值NVmax、脉冲数序列均值NVave即为特征参数，供水表校表使用。

在一种实施方式中，在自动校表模式下，当水管中水流流过并推动转动机械部件旋转后，特征提取单元会得到一个脉冲数序列{X(n)},n＝1,2,…,N，利用排序算法求脉冲数序列极大值NVmax＝Max({X(n)})和脉冲数序列极小值NVmin＝Min({X(n)})，定义脉冲数序列极大值NVmax和脉冲数序列极小值NVmin的平均值为脉冲数序列均值NVave＝(NVmin+NVmax)/2，上述脉冲数序列极大值NVmin、脉冲数序列极小值NVmax、脉冲数序列均值NVave就是校表过程中需要的特征参数。

在另一种实施方式中，在极大值序列里，选择一个中值作输出的脉冲数序列极大值NVmax；在极小值序列里，选择一个中值作为输出的脉冲数序列极小值NVmin。根据NVmax和NVmin，推算出NVave＝(NVmin+NVmax)/2。NVmax、NVmin和NVave是特征提取单元输出的特征参数。

单片机50在自动校表模式下接收特征参数并按照一定的规则存放于配置参数寄存器60中，完成自适应校表的参数配置，所述单片机50还可控制具有自适应校表功能的水表组件的工作模式为正常测量模式或自动校表模式。

水表计量单元70连接配置参数寄存器60及电压比较器30，在正常测量模式下，水表计量单元70以这些特征参数为依据，对电压比较器30输出的电压进行脉冲计数，推算钢片的旋转圈数，实现水表的计量功能。具体为：所述水表计量单元采集电压比较器的脉冲电压信号的数目NV，如果采集到的脉冲电压信号的数目NV>NVave，说明此时转动机械部件远离电子测量部件，把这个状态记为第一状态A；如果采集到的脉冲电压信号的数目NV<NVave，说明此时转动机械部件靠近电子测量部件，把这个状态记为第二状态B。对第一状态A与第二状态B之间的状态变换的次数进行计数，根据该计数即可得知转动机械部件旋转的圈数，以此来推算水流的流量，实现水表的计量功能。在本实施方式中，具有2个脉冲采集模块，这样不但能知道钢片的旋转数目，还能获取钢片旋转的方向。

显示界面140及通信单元80均与水表计量单元70或单片机50连接，显示界面140用于显示相关数据、校表内容及校表结果等。通信单元80可实现与远程服务器的有线或无线通信，远程服务器可控制具有自适应校表功能的水表组件进入自动校表模式。

其他实施方式中，配置参数寄存器60也可集成于单片机50中。

在正常测量模式下，若水表的误差较大，则由服务器发出指令，使得具有自适应校表功能的水表组件进入自动校表模式，进行自适应校表工作。

与现有技术相比，本发明的具有自适应校表功能的水表组件包括壳体、设置于壳体中的测量通道、位于测量通道中的转动机械部件，以及位于壳体中且依次连接的电子测量部件、滤波器、电压比较器、特征提取单元、单片机、配置参数寄存器及水表计量单元，所述壳体具有外壳及内壳，外壳与内壳之间形成容置区间，所述电子测量部件、滤波器、电压比较器、特征提取单元、单片机、配置参数寄存器及水表计量单元均位于容置区间内，所述水表计量单元还与电压比较器连接。如此能实现自适应校表功能、效率较高、成本较低。

以上仅为本发明的较佳实施例，并不用于局限本发明的保护范围，任何在本发明精神内的修改、等同替换或改进等，都涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (6)

1.一种具有自适应校表功能的水表组件，其特征在于：包括壳体、设置于壳体中的测量通道、位于测量通道中的转动机械部件，以及位于壳体中且依次连接的电子测量部件、滤波器、电压比较器、特征提取单元、单片机、配置参数寄存器及水表计量单元，所述水表计量单元还与电压比较器连接，所述具有自适应校表功能的水表组件具有两种工作模式：正常测量模式及自动校表模式；

所述电子测量部件与转动机械部件非接触地连接，用于侦测所述转动机械部件的转动信息，所述电子测量部件具有LC震荡电路，当机械转动部件处于不同的位置时，LC震荡电路输出不同幅度的的电压信号；

所述滤波器用于对电压信号进行滤波，滤除杂散噪声信号；

所述电压比较器对电压信号进行门限判决，当电压信号大于一判决电压Vth时，电压比较器输出高电平；当电压信号小于判决电压Vth时，电压比较器输出低电平；

所述特征提取单元在自动校表模式下计算特征参数，具体为：对电压比较器输出的脉冲电压进行计数，当水管中水流流过推动转动机械部件旋转后，特征提取单元会得到一个脉冲数序列{X(n)},n＝1,2,…,N，利用排序算法求得脉冲数序列极大值NVmax和脉冲数序列极小值NVmin，计算脉冲数序列极大值NVmax和脉冲数序列极小值NVmin的平均值为脉冲数序列均值NVave＝(NVmin+NVmax)/2，上述脉冲数序列极大值NVmax、脉冲数序列极小值NVmin、脉冲数序列均值NVave即为特征参数；

所述单片机在自动校表模式下接收特征参数并存放于配置参数寄存器中，完成自适应校表的参数配置，所述单片机控制工作模式为正常测量模式或自动校表模式；

所述水表计量单元连接配置参数寄存器及电压比较器，在正常测量模式下，所述水表计量单元采集电压比较器的脉冲电压信号的数目，如果采集到的脉冲电压信号的数目大于或等于预定值，将这个状态记为第一状态；如果采集到的脉冲电压信号的数目小于预定值，将这个状态记为第二状态，对第一状态与第二状态之间的状态变换的次数进行计数，根据该计数即可得知转动机械部件旋转的圈数，进而计算水流的流量，实现水表的计量功能。

2.如权利要求1所述的具有自适应校表功能的水表组件，其特征在于：所述转动机械部件为转动钢片，所述电子测量部件为电感探测单元。

3.如权利要求1所述的具有自适应校表功能的水表组件，其特征在于：还包括与所述水表计量单元或单片机连接的显示界面，所述显示界面设置于壳体的外部。

4.如权利要求1所述的具有自适应校表功能的水表组件，其特征在于：还包括与所述水表计量单元或单片机连接的通信单元，所述通信单元与外部的服务器通信，所述服务器可控制单片机的工作状态，实现水表组件在正常测量模式与自动校表模式之间的切换。

5.如权利要求1所述的具有自适应校表功能的水表组件，其特征在于：所述壳体具有外壳及内壳，外壳与内壳之间形成容置区间，所述电子测量部件、滤波器、电压比较器、特征提取单元、单片机、配置参数寄存器及水表计量单元均位于容置区间内。

6.如权利要求1所述的具有自适应校表功能的水表组件，其特征在于：所述配置参数寄存器集成于单片机中。