CN110347083A - 一种基于区块链和nb-iot的优水管控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于区块链和NB‑IOT的优水管控系统，包括至少一净水设备、至少一数据采集上传设备以及一区块链服务器；每所述数据采集上传设备均与一所述净水设备的出水端相连接，并通过所述数据采集上传设备采集所述净水设备的出水数据；各所述数据采集上传设备均与所述区块链服务器相连接，并通过各所述数据采集上传设备将采集的出水数据上传到所述区块链服务器中保存。本发明具有数据信息不可篡改、不需要到净水设备附近去获取数据、不会出现没有WIFI环境或者网络断开导致的数据无法上报的情况、可提高用水安全、具有较高性价比等优点。
Description
技术领域
本发明涉及水务领域，特别涉及一种基于区块链和NB-IOT的优水管控系统。
背景技术
随着生活水平的不断提高，人们越来越关心日常饮用水的质量，各种净水设备也不断的走入人们的视野。目前，净水行业主要存在有以下几个痛点问题：
第一，传统在使用流量计进行数据采集上传后，系统一般都是将数据直接存储在后台数据库中，这导致存在数据能够被人为篡改的可能，无法确保数据的可信度。
第二，传统在使用流量计进行数据采集时，数据都是采用WI-FI或GPRS来上传到服务器的，而WI-FI上传方式受限于安装环境需要存在WI-FI的AP热点，并且需要用户手动配置WI-FI连接，如果没有WI-FI环境或者使用过程中网络断开，数据将会丢失；而GPRS上传方式存在功率高、信号弱、同覆盖面下连接数量少等缺点。
第三，净水设备开封使用过的滤芯，在一段时间(一般为三到七天)不使用后，很容易成为细菌滋生的温床，并造成用水的二次污染，使水质无法保鲜；为了保证饮用水的质量，通常需要频繁更换滤芯或者使用抑菌活性炭材料等杀菌技术进行处理，这会导致产生较高的净水成本；同时，现有净水设备都没有对水质进行监测，无法确保实时出水的饮用水品质。
发明内容
本发明要解决的技术问题，在于提供一种基于区块链和NB-IOT的优水管控系统，通过该系统解决现有将数据直接存储在后台数据库，导致存在数据能够被人为篡改的可能的问题。
本发明是这样实现的：一种基于区块链和NB-IOT的优水管控系统，所述系统包括至少一净水设备、至少一数据采集上传设备以及一区块链服务器；
每所述数据采集上传设备均与一所述净水设备的出水端相连接，并通过所述数据采集上传设备采集所述净水设备的出水数据；各所述数据采集上传设备均与所述区块链服务器相连接，并通过各所述数据采集上传设备将采集的出水数据上传到所述区块链服务器中保存。
进一步地，所述数据采集上传设备包括一主板、一出水管路、一第一数据采集设备以及一排水阀门；
所述第一数据采集设备以及排水阀门均设于所述出水管路上；所述第一数据采集设备以及排水阀门均与所述主板相连接，通过所述第一数据采集设备采集所述出水管路上的出水数据并传送给所述主板，通过所述主板控制所述排水阀门开启或者关闭；所述主板与所述区块链服务器相连接，并通过所述主板将出水数据上传到所述区块链服务器中保存。
进一步地，所述数据采集上传设备还包括一第二数据采集设备；所述第二数据采集设备设于所述净水设备上；所述第二数据采集设备与所述主板相连接，通过所述第二数据采集设备采集所述净水设备的水质数据并上传给所述主板。
进一步地，所述第二数据采集设备包括一第一TDS传感器以及一第二TDS传感器；所述第一TDS传感器设于所述净水设备的进水端，所述第二TDS传感器设于所述净水设备的出水端；所述第一TDS传感器以及第二TDS传感器均与所述主板相连接，通过所述第一TDS传感器以及第二TDS传感器采集所述净水设备两端的水质数据并传送给所述主板。
进一步地，所述出水管路包括一排水管道、一出水管道以及一采集管道；
所述采集管道的一端与所述净水设备相连接，另一端分别与所述排水管道和出水管道相连接；所述排水阀门设于所述排水管道上，所述第一数据采集设备设于所述采集管道上。
进一步地，所述第一数据采集设备至少包括一流量计以及一水质检测器；所述流量计与所述水质检测器串联设于所述出水管路上，通过所述流量计采集出水流量数据并传送给所述主板，通过所述水质检测器采集出水水质数据并传送给所述主板。
进一步地，所述水质检测器为比特原子水质传感器。
进一步地，所述流量计与所述水质检测器不分先后顺序串联设于所述出水管路上。
进一步地，所述主板具有一MCU、一通信模块以及一电源；所述第一数据采集设备、第二数据采集设备以及排水阀门均与所述MCU相连接，所述MCU通过所述通信模块与所述区块链服务器相连接；通过所述电源对所述主板进行供电。
进一步地，所述通信模块为NB-IOT模块。
本发明具有如下优点：
1、将采集到的流量数据和水质数据均保存到区块链服务器中，与传统的数据服务器相比，具有数据信息不可篡改、可以去中心化、开放性、自治性、匿名性等优势；
2、采用NB-IOT模块来实现数据的远程传输，具有不需要到净水设备附近去获取数据、不会出现没有WIFI环境或者网络断开导致的数据无法上报的情况、只需设备开机后即可自行连接网络并上报数据、功耗低，能够做到使用电池进行长期供电等优势；
3、通过对流量计采集到的流量数据进行实时监测，且当监测到流量计在一段时间内采集到的流量数据都为零，即用户在一段时间内都没有用水时，就自动控制排水阀门开启并排放掉一定量的水；与传统的直接更换滤芯或者使用抑菌活性炭材料等杀菌技术进行处理相比，不仅可以有效解决现有净水设备开封使用过的滤芯在一段时间不使用后，容易滋生细菌，并造成用水的二次污染的问题，而且成本很低，具有较高的性价比；
4、通过对水质检测器采集的水质数据进行实时监测，可大大提高用水安全；
5、在净水设备的进水端和出水端均设置有TDS传感器，可方便了解过滤前和过滤后的水质差异，进而可以了解净水设备的过滤效果。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
图1为本发明一种基于区块链和NB-IOT的优水管控系统的原理框图。
图2为本发明一种基于区块链和NB-IOT的优水管控系统中数据采集上传设备的原理框图。
图3为本发明一种基于区块链和NB-IOT的优水管控系统中电源的电路原理框图。
图4为本发明一种基于区块链和NB-IOT的优水管控系统中主板的电路原理框图。
附图标记说明：
100-系统，1-净水设备，2-数据采集上传设备，21-主板，211-MCU，212-通信模块(NB-IOT模块)，213-电源，2131-直流电接口，2132-3.6V电源，2133-电池接口，2134-第一降压芯片，2135-升压芯片，2136-第二降压芯片，2137-稳压芯片，2138-5V电源，2139-3V电源，2130-2.5V基准电源，22-出水管路，221-排水管道，2211-排水接头，222-出水管道，2221-出水接头，223-采集管道，2231-进水接头，23-第一数据采集设备，231-流量计，232-水质检测器，24-排水阀门，25-第二数据采集设备，251-第一TDS传感器，252-第二TDS传感器，3-区块链服务器。
具体实施方式
请参阅图1至图4所示，本发明一种基于区块链和NB-IOT的优水管控系统100的较佳实施例，所述系统100包括至少一净水设备1、至少一数据采集上传设备2以及一区块链服务器3；
每所述数据采集上传设备2均与一所述净水设备1的出水端相连接，并通过所述数据采集上传设备2采集所述净水设备1的出水数据；各所述数据采集上传设备2均与所述区块链服务器3相连接，并通过各所述数据采集上传设备2将采集的出水数据上传到所述区块链服务器3中保存。
其中，所述净水设备1主要用于对自来水进行过滤处理，由于目前市面上已经存在有各式各样的净水设备，本发明的主要目的是对所述净水设备1过滤后的水进行出水数据采集和上传保存，因此，本发明并不仅限于某一具体结构或型号的净水设备，而是可以适用于市面上各式各样的净水设备。所述区块链服务器3主要用于保存上传的出水数据。
本发明采用将采集的出水数据上传到区块链服务器3中进行保存，因此，相对于传统数据服务器具有以下优势：
(1)数据信息不可篡改，一旦数据信息经过验证并添加至区块链后，就会被永久的存储起来，除非能够同时控制住系统中超过51％的节点，否则单个节点上对数据库的修改是无效的，因此数据的稳定性和可靠性都极高；(2)可以去中心化，由于使用分布式核算和存储，不存在中心化的硬件或管理机构，任意节点的权利和义务都是均等的，系统中的数据块由整个系统中具有维护功能的节点来共同维护；(3)开放性，系统是开放的，除了交易各方的私有信息被加密外，区块链的数据对所有人公开，任何人都可以通过公开的接口查询区块链数据和开发相关应用，因此整个系统数据信息高度透明；(4)自治性，区块链采用基于协商一致的规范和协议，使得整个系统中的所有节点能够在去信任的环境中自由安全的交换数据，使得对“人”的信任改成了对机器的信任，任何人为的干预都不起作用；(5)匿名性，由于节点之间的交换遵循固定的算法，其数据交互是无需信任的(区块链中的程序规则会自行判断活动是否有效)，因此，交易对手无须通过公开身份的方式让对方自己产生信任，对信用的累积非常有帮助。
在本发明中，所述数据采集上传设备2包括一主板21、一出水管路22、一第一数据采集设备23以及一排水阀门24；
所述第一数据采集设备23以及排水阀门24均设于所述出水管路22上；所述第一数据采集设备23以及排水阀门24均与所述主板21相连接，通过所述第一数据采集设备23采集所述出水管路22上的出水数据并传送给所述主板21，通过所述主板21控制所述排水阀门24开启或者关闭；所述主板21与所述区块链服务器3相连接，并通过所述主板21将出水数据上传到所述区块链服务器3中保存。其中，所述排水阀门24为自动排水阀门，比如电磁阀等，在具体实施时，只需从现有技术中任意选择可以实现自动排水的排水阀门24即可，并不限于具体是何种结构或者型号。所述第一数据采集设备23主要用于采集流量数据和出水的水质数据。
所述数据采集上传设备2还包括一第二数据采集设备25；所述第二数据采集设备25设于所述净水设备1上；所述第二数据采集设备25与所述主板21相连接，通过所述第二数据采集设备25采集所述净水设备1的水质数据并上传给所述主板21。
所述第二数据采集设备25包括一第一TDS传感器251以及一第二TDS传感器252；所述第一TDS传感器251设于所述净水设备1的进水端，所述第二TDS传感器252设于所述净水设备1的出水端；所述第一TDS传感器251以及第二TDS传感器252均与所述主板21相连接，通过所述第一TDS传感器251以及第二TDS传感器252采集所述净水设备1两端的水质数据并传送给所述主板21。TDS传感器是现有技术中常用于检测饮用水中总溶解性固体物质的一种传感器，在具体实施时，设置在进水端的第一TDS传感器251主要用于采集自来水(即还未经过所述净水设备1过滤的水)的TDS值，设置在出水端的第二TDS传感器252主要用于采集经过所述净水设备1过滤后的水的TDS值；通过比对进水端的TDS值和出水端的TDS值，就可以了解过滤前和过滤后的水质差异，进而可以了解净水设备的过滤效果。
所述出水管路22包括一排水管道221、一出水管道222以及一采集管道223；所述采集管道223的一端与所述净水设备1相连接，另一端分别与所述排水管道221和出水管道222相连接；所述排水阀门24设于所述排水管道221上，所述第一数据采集设备23设于所述采集管道223上。本发明在具体实施时，所述采集管道223的一端具有一进水接头2231，所述净水设备1可以通过管道与所述进水接头2231相连接；所述排水管道221的一端具有一排水接头2211，并可以通过管道连接所述排水接头2211，以实现将长时间未使用的水排放出去，保证输送给用户的饮用水的水质；所述出水管道222的一端具有一出水接头2221，用户可以通过管道连接所述出水接头2221，以实现将经过净水设备1净化后的水输送给用户使用。
所述第一数据采集设备23至少包括一流量计231以及一水质检测器232；所述流量计231与所述水质检测器232串联设于所述出水管路222上，通过所述流量计231采集出水流量数据并传送给所述主板21，通过所述水质检测器232采集出水水质数据并传送给所述主板21。所述流量计231主要用于采集出水的流量数据，在具体实施时，只需从现有技术中任意选择具有流量计231量功能的流量计即可，并不限于具体是何种结构或者型号。所述水质检测器232为比特原子水质传感器，该水质检测器232主要用于采集总有机碳(TOC)、化学需氧量(COD)、水中有机物含量(uv254)这三个水质数据，在具体实施时，可以采用WQM01A这个型号的比特原子水质传感器。
所述流量计231与所述水质检测器232不分先后顺序串联设于所述出水管路222上。也就是说，在具体实施时，所述净水设备1既可以是先与所述流量计231相连接，再与所述水质检测器232相连接，在这种方式下，从净水设备1出来的水会先流经所述流量计231进行流量数据采集，然后再流经所述水质检测器232进行水质数据采集；也可以是先与所述水质检测器232相连接，再与所述流量计231相连接，在这种方式下，从净水设备1出来的水会先流经所述水质检测器231进行水质数据采集，然后再流经所述流量计231进行流量数据采集。
所述主板21具有一MCU211、一通信模块212以及一电源213；所述第一数据采集设备23、第二数据采集设备25以及排水阀门24均与所述MCU211相连接，所述MCU211通过所述通信模块212与所述区块链服务器3相连接；通过所述电源213对所述主板21进行供电。本发明在具体实施时，可以通过所述MCU211来控制所述排水阀门24关闭或者开启，也可以通过所述MCU211来接收所述流量计231、水质检测器232、第一TDS传感器251、第二TDS传感器252采集的数据，并控制所述通信模块212将数据进行上传，而通过MCU211控制阀门开启或关闭、控制通信模块212上传数据以及接收流量计231、水质检测器232、第一TDS传感器251、第二TDS传感器252采集的数据的实现程序是本领域技术人员所熟知的，是无需付出创造性劳动即可获得的；在具体实现时，所述MCU211可以采用PIC24FJ64GA306或PIC24FJ128GA306芯片来实现，同时，为了达到降低功耗的目的，可以将PIC24FJ64GA306或PIC24FJ128GA306芯片的BR14和BR13引脚作为第一TDS传感器251的模拟电源，将RB12引脚作为AD采集输入引脚；可以将PIC24FJ64GA306或PIC24FJ128GA306芯片的BR9和BR8引脚作为第二TDS传感器252的模拟电源，将将RB10引脚作为AD采集输入引脚。
其中，所述电源213包括一直流电接口2131、一3.6V电源2132、一电池接口2133、一第一降压芯片2134、一升压芯片2135、一第二降压芯片2136以及一稳压芯片2137；所述电池接口2133与所述3.6V电源2132相连接，在具体使用时，可以通过在所述电池接口2133中接入电池来获得所述3.6V电源2132，该3.6V电源2132用于对排水阀门24和通信模块212进行供电；所述直流电接口2131通过所述第一降压芯片2134与所述3.6V电源2132相连接，在具体使用时，可以将12V直流电接入到所述直流电接口2131，再通过所述第一降压芯片2134进行降压后得到所述3.6V电源2132，所述第一降压芯片2134可以采用MP1471芯片来实现；所述3.6V电源2132与所述升压芯片2135相连接，并通过所述升压芯片2135进行升压后获得一5V电源2138，该5V电源2138用于对水质检测器232进行供电，所述升压芯片2135可以采用MP3422芯片来实现；所述3.6V电源2132与所述第二降压芯片2136相连接，并通过所述第二降压芯片2136进行降压后获得一3V电源2139，该3V电源2139用于对MCU211和流量计231进行供电，所述第二降压芯片2136可以采用MCP1700芯片来实现；所述3.6V电源2132与所述稳压芯片2137相连接，并通过所述稳压芯片2137获得一2.5V基准电源2130，该2.5V基准电源2130用于为MCU211提供标准电压，所述稳压芯片2137可以采用SGM2200-2.5YN3LG芯片来实现。由于本发明的电源213同时设置有直流电接口2131和电池接口2133，因此，在具体使用时，可很好的兼容电池及外接电源的供电方式。
另外，需要说明的是：本发明中所列举出的以上具体芯片的型号仅是用于说明性用的，并不是用于对本发明的范围进行限定，本发明在具体实施时，完全可以根据实际需要选择其它型号的芯片来进行替代，只要可以实现所需的功能即可。
所述通信模块212为NB-IOT模块。采用NB-IOT模块具有以下优势：(1)与蓝牙传输相比，由于NB-IOT通讯属于远程数据传输，在使用时，不需要到净水设备附近去获取数据；(2)与WIFI通讯相比，不需要依赖AP热点进行网络传输数据，不会出现没有WIFI环境或者网络断开导致的数据无法上报的情况；(3)与蓝牙和WIFI相比，NB-IOT通讯不需要复杂的配置过程，只需设备开机后即可自行连接网络并上报数据；(4)NB-IOT模块功耗低，能够做到使用电池进行长期供电，这是蓝牙和WIFI无法做到的。当然，采用NB-IOT模块是本发明较佳的一种实施方式，但本发明并不仅限于此，本发明的通信模块212还可以是LORA模块、WIFI模块、蓝牙模块、Zigbee模块、GPRS模块、2G模块、3G模块、4G模块、以太网模块中的任意一种。
本发明系统的工作原理如下：
本发明系统在使用时，需要将自来水接入到净水设备1的进水端，以将自来水送入净水设备1中进行过滤，过滤后的水会从净水设备的出水端进入到数据采集上传设备2中，在此过程中，位于净水设备1进水端的第一TDS传感器251会采集自来水的TDS值，位于净水设备1出水端的第二TDS传感器252会采集过滤后的饮用水的TDS值，并将采集的两个TDS值都上传给MCU211，MCU211通过比较两个TDS值的差异，就可以得出净水设备1的过滤效果；
饮用水在进入数据采集上传设备2后，在用户需要使用饮用水时，可以通过管道连接到出水接头2221，这样，用户在使用饮用水的过程中，流量计231会实时采集用水的流量数据，并将流量数据实时上传给MCU211，同时，水质检测器232会实时采集出水的水质数据(包括总有机碳(TOC)、化学需氧量(COD)、水中有机物含量(uv254)这三项水质数据)，并将水质数据传送给MCU211；MCU211在接收到采集的流量数据和水质数据后，会将流量数据和水质数据通过通信模块212上传到区块链服务器3中进行保存；同时，MCU211会实时监测流量计231的流量数据采集情况，且当MCU211监测到流量计231在一段时间内采集到的流量数据都为零(即用户在一段时间内都没有用水)时，MCU211就控制排水阀门24开启，以实现将可能滋生细菌的水排放出去；例如，当MCU211监测到流量计231已经连续3天采集到的流量数据都为零，则说明用户已经3天没有使用过饮用水了，此时MCU211就控制排水阀门24开启，并排放掉一定量的水；MCU211还会对水质检测器232采集的水质数据进行实时监测，当然，在监控到水质数据出现异常时，MCU211还可以执行相关的动作，例如可以触发报警器报警、发送短信通知等等，通过对水质数据进行实时监测，可大大提高用水安全。
综上所述，本发明优点在于：
1、将采集到的流量数据和水质数据均保存到区块链服务器中，与传统的数据服务器相比，具有数据信息不可篡改、可以去中心化、开放性、自治性、匿名性等优势；
2、采用NB-IOT模块来实现数据的远程传输，具有不需要到净水设备附近去获取数据、不会出现没有WIFI环境或者网络断开导致的数据无法上报的情况、只需设备开机后即可自行连接网络并上报数据、功耗低，能够做到使用电池进行长期供电等优势；
3、通过对流量计采集到的流量数据进行实时监测，且当监测到流量计在一段时间内采集到的流量数据都为零，即用户在一段时间内都没有用水时，就自动控制排水阀门开启并排放掉一定量的水；与传统的直接更换滤芯或者使用抑菌活性炭材料等杀菌技术进行处理相比，不仅可以有效解决现有净水设备开封使用过的滤芯在一段时间不使用后，容易滋生细菌，并造成用水的二次污染的问题，而且成本很低，具有较高的性价比；
4、通过对水质检测器采集的水质数据进行实时监测，可大大提高用水安全；
5、在净水设备的进水端和出水端均设置有TDS传感器，可方便了解过滤前和过滤后的水质差异，进而可以了解净水设备的过滤效果。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。
Claims (10)
1.一种基于区块链和NB-IOT的优水管控系统，其特征在于：所述系统包括至少一净水设备、至少一数据采集上传设备以及一区块链服务器；
每所述数据采集上传设备均与一所述净水设备的出水端相连接，并通过所述数据采集上传设备采集所述净水设备的出水数据；各所述数据采集上传设备均与所述区块链服务器相连接，并通过各所述数据采集上传设备将采集的出水数据上传到所述区块链服务器中保存。
2.根据权利要求1所述的一种基于区块链和NB-IOT的优水管控系统，其特征在于：所述数据采集上传设备包括一主板、一出水管路、一第一数据采集设备以及一排水阀门；
所述第一数据采集设备以及排水阀门均设于所述出水管路上；所述第一数据采集设备以及排水阀门均与所述主板相连接，通过所述第一数据采集设备采集所述出水管路上的出水数据并传送给所述主板，通过所述主板控制所述排水阀门开启或者关闭；所述主板与所述区块链服务器相连接，并通过所述主板将出水数据上传到所述区块链服务器中保存。
3.根据权利要求2所述的一种基于区块链和NB-IOT的优水管控系统，其特征在于：所述数据采集上传设备还包括一第二数据采集设备；所述第二数据采集设备设于所述净水设备上；所述第二数据采集设备与所述主板相连接，通过所述第二数据采集设备采集所述净水设备的水质数据并上传给所述主板。
4.根据权利要求3所述的一种基于区块链和NB-IOT的优水管控系统，其特征在于：所述第二数据采集设备包括一第一TDS传感器以及一第二TDS传感器；所述第一TDS传感器设于所述净水设备的进水端，所述第二TDS传感器设于所述净水设备的出水端；所述第一TDS传感器以及第二TDS传感器均与所述主板相连接，通过所述第一TDS传感器以及第二TDS传感器采集所述净水设备两端的水质数据并传送给所述主板。
5.根据权利要求2所述的一种基于区块链和NB-IOT的优水管控系统，其特征在于：所述出水管路包括一排水管道、一出水管道以及一采集管道；
所述采集管道的一端与所述净水设备相连接，另一端分别与所述排水管道和出水管道相连接；所述排水阀门设于所述排水管道上，所述第一数据采集设备设于所述采集管道上。
6.根据权利要求2所述的一种基于区块链和NB-IOT的优水管控系统，其特征在于：所述第一数据采集设备至少包括一流量计以及一水质检测器；所述流量计与所述水质检测器串联设于所述出水管路上，通过所述流量计采集出水流量数据并传送给所述主板，通过所述水质检测器采集出水水质数据并传送给所述主板。
7.根据权利要求6所述的一种基于区块链和NB-IOT的优水管控系统，其特征在于：所述水质检测器为比特原子水质传感器。
8.根据权利要求6所述的一种基于区块链和NB-IOT的优水管控系统，其特征在于：所述流量计与所述水质检测器不分先后顺序串联设于所述出水管路上。
9.根据权利要求3所述的一种基于区块链和NB-IOT的优水管控系统，其特征在于：所述主板具有一MCU、一通信模块以及一电源；所述第一数据采集设备、第二数据采集设备以及排水阀门均与所述MCU相连接，所述MCU通过所述通信模块与所述区块链服务器相连接；通过所述电源对所述主板进行供电。
10.根据权利要求9所述的一种基于区块链和NB-IOT的优水管控系统，其特征在于：所述通信模块为NB-IOT模块。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2019
- 2019-07-15 CN CN201910634783.1A patent/CN110347083A/zh active Pending
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