CN110426091B - 一种智能水表 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种智能水表，包括：壳体；智能水表模块，智能水表模块用于测量用水量并将用水量信息发送至NB‑IOT通信模块，并根据NB‑IOT通信模块返回的控制信号控制水管内阀门的开合；NB‑IOT通信模块，用于接收用水量信息，并将用水量信息发送至服务器，并接收服务器返回的控制信号；服务器，用于接收并存储用水量信息，并根据用水量信息和预存水量信息计算剩余水量，根据剩余水量并发送控制信号至NB‑IOT通信模块。本发明通过智能水表对水量进行监控，并通过NB‑IOT通信模块与服务器进行通信连接，将用户的用水信息发送至用户端，并通过服务器对剩余水量的计算，实现欠费断水、远程控制的功能，提高智能水表的智能化，降低复杂性。

Description

一种智能水表
技术领域
本发明涉及水表领域，尤其涉及一种智能水表。
背景技术
水表读数是一件非常重要的工作，准确得知用户的用水量，才能合理收取用户的水费。
目前，很多水表都开始采用智能水表或者智能远传水表，智能水表或智能远传水表的种类有机械水表加远传模块、IC卡水表。机械水表加远传模块是在机械水表的基础上进行改进，通过把模数转换后的结果通过GPRS(General Packet Radio Service，通用分组无线服务的形式)，发送给远程服务器。这种水表价格低，计量精度不高，而且随着时间的推移，由于水锈和水雾的原因导致齿轮数据不清晰，数据读取更加困难。虽然目前的IC卡水表采用直读方式读取数据，但是由于液封盒中不导电的液体会随着时间的推移与自来水混合，导致光电模块短路等问题出现。此外，传统的水表壳体材料抗拉强度大，使用寿命比较短，无法保证智能水表的安全运行和长久运行。
由此可见，现有的智能水表还存在较多问题，急需解决。
发明内容
基于此，有必要针对上述的问题，提供一种智能水表。
在其中一个实施例中，本发明提供了一种智能水表，包括：壳体；智能水表模块，所述智能水表模块用于测量用水量，并将用水量信息发送至NB-IOT通信模块，并根据所述NB-IOT返回的控制信号控制水管内阀门的开合；
所述NB-IOT通信模块，所述NB-IOT通信模块与所述智能水表模块通信连接，用于接收所述用水量信息，并将所述用水量信息发送至服务器，并接收所述服务器返回的所述控制信号；
所述服务器，所述服务器用于接收并存储所述用水量信息，并根据所述用水量信息和预存水量信息计算剩余水量，根据所述剩余水量并发送所述控制信号至所述NB-IOT通信模块。
所述智能水表模块包括：超声波模块，所述超声波模块安装在水管内，用于在所述水管内发送超声波；
控制器模块，所述控制器模块用于接收所述超声波，通过计算超声波的上行时间和下行时间，得到声波传输的时间差，在结合声波在水中的传播速度计算水流速度，并根据所述水流速度和用水时间计算用水量；将用水量信息发送至所述NB-IOT通信模块，接收所述NB-IOT通信模块的信息，并控制水管阀门的开合；
显示模块，所述显示模块用于显示水表信息。
所述控制器模块为单片机，通过引脚驱动超声波的发送和接收。
所述水表信息包括以下信息的一种或者几种的集合：数据通信状态信息、瞬时用水量信息、电量信息、剩余用水量信息、错误代码信息、以及当前时间和水温信息。
所述服务器用于接收客户端发送的“开启阀门”或者“关闭阀门”的指令，并将所述指令发送至NB-IOT通信模块，通过所述智能水表模块控制所述阀门开启或者关闭。
当所述剩余用水量大于0时，所述智能水表模块控制所述阀门处于开启状态；
当所述剩余用水量等于0时，所述智能水表模块控制所述阀门处于闭合状态。
所述服务器定期向所述智能水表模块发送剩余水量信息，所述智能水表模块根据所述剩余水量信息控制所述阀门的开启和关闭。
优选地，所述壳体的制备原料为：赤铁矿粉85-90重量份，聚丙烯30-40重量份，抗氧剂0.5-1重量份，抗紫外线剂0.2-0.3重量份；复合改性剂3～5重量份；
所述赤铁矿粉由两种不同粒径的赤铁矿粉按照重量份数为1:1构成，两种不同粒径的赤铁矿粉的粒径分别为50目和150目；所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168中一种或其组合；所述的抗紫外线剂为UV-531、UV-326或UV-329中一种；所述复合改性剂由改性剂1和改性剂2按照重量份数为2:1构成；
所述改性剂1的结构式为：
Figure BDA0002155563760000021
所述改性剂2的结构式为：
Figure BDA0002155563760000031
所述壳体的制备过程包括如下步骤：
(1)首先将聚丙烯原料置于50-60℃温度下烘干2-4小时，以去除水分影响产品质量的杂质；
(2)将步骤(1)烘干后的聚丙烯原料加入注塑机的注塑螺杆内，然后加入抗氧剂，抗紫外线剂，在200-220℃下加热熔融；
(3)将赤铁矿粉和复合改性剂混合，充分搅拌至均匀，得到混合料；
(4)向步骤(2)注塑螺杆内熔融状态的原料中加入步骤(3)得到的混合料；
(5)通过注塑机的螺杆挤压把步骤(4)的混合材料注入温度为70-90℃模具内，混合材料的注射压力为50-70Mpa，然后在50-70Mpa保压30-50min，然后使得所得注塑零件自然冷却，模具开模取件，即得壳体。
本发明通过智能水表对水量进行监控，并通过NB-IOT通信模块与服务器进行通信连接，将用户的用水信息及时发送至用户端，用户可以通过终端实施了解用水情况；本发明还通过服务器对剩余水量的计算，并通过实现欠费断水功能，并且接受用户终端发送的阀门控制命令，实现智能电表的自动控制和远程监测功能，有效提高智能水表智能化，降低的复杂性。此外，本发明的壳体可以充分保证智能水表的长久运行和安全运行。
附图说明
图1为一个实施例中提供的一种智能水表的结构示意图；
图2为一个实施例中提供的一种单片机的管脚接线图；
图3为一个实施例中提供的一种单片机周边接线图；
图4为一个实施例中提供的一种JTAG接线图；
图5为一个实施例中提供的一种USS接线示意图；
图6为一个实施例中提供的一种阀控接线图；
图7为一个实施例中提供的一种LCD接线图；
图8为一个实施例中提供的一种智能水表显示界面图。
具体实施方式
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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但除非特别说明，这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一xx单元称为第二xx单元，且类似地，可将第二xx单元称为第一xx单元。
图1为一个实施例中提供的智能水表的结构示意图，详述如下：
智能水表模块110，智能水表指利用现代的微电子技术和传感技术，对用水量进行计算并对用水数据进行传输、结算交易的新型水表，能够实现用户用水的智能控制。
NB-IOT(Narrow Band Internet ofThings，窄带物联网)通信模块120，NB-IOT是物联网的一个重要分支，构建于蜂窝数据网络，只消耗大约180KHz的带宽，可直接部署于GSM(Global System For Mobile Communications，全球移动通信系统)网络、UMTS(Universal Mobile Telecommunications System，通用移动通讯系统)网络或LTE(LongTerm Evolution，长期演进)网络，以降低部署成本、实现平滑升级。
服务器130可以是独立的物理服务器或终端，也可以是多个物理服务器构成的服务器集群，可以是提供云服务器、云数据库、云存储和CDN(Content Delivery Network，内容分发网络)等基础云计算服务的云服务器。
在本发明实施例中，智能水表模块110用于测量用水量，并将用水量信息发送至NB-IOT通信模块120，并根据所述NB-IOT通信模块120返回的控制信号控制水管内阀门的开合；所述NB-IOT通信模块120与所述智能水表模块110通信连接，用于接收所述用水量信息，并将所述用水量信息发送至服务器130，并接收所述服务器130返回的所述控制信号；所述服务器130用于接收并存储所述用水量信息，并根据所述用水量信息和预存水量信息计算剩余水量，根据所述剩余水量并发送所述控制信号至所述NB-IOT通信模块120。
作为本发明一种实施例，智能水表模块110安装在用户水管上，用于计量用户的用水量，并将用水量信息发送至NB-IOT通信模块120；智能水表模块还设有控制阀，控制阀安装在水管内部，当智能水表模块接收到NB-IOT通信模块发送的控制信号后，根据该信号控制所述控制阀的开合，实现用户水管阀门的自动控制和远程控制；NB-IOT通信模块可以采用现有的NB-IOT通信模块，与智能水表模块通信连接，用于接收智能水表模块发送的用水量信息，并与服务器建立通信，将用水量信息发送至服务器。并接收服务器返回的控制信号，将控制信号再发送至智能水表，进而实现对阀门开合的控制。
本发明实施例通过智能水表测量用户的用水量，并将用水量信息发送至NB-IOT通信模块，接收NB-IOT通信模块返回的控制信号，对水管阀门进行控制，实现用户用水的实时远程监控以及用水的自动控制和远程控制。
本发明实施例提供的一种智能水表，所述智能水表模块包括：
超声波模块111，所述超声波模块111安装在水管内，用于在所述水管内发送超声波；
控制器模块112，所述控制器模块112用于接收所述超声波，通过计算超声波的上行时间和下行时间，得到声波传输的时间差，在结合声波在水中的传播速度计算水流速度，并根据所述水流速度和用水时间计算用水量；将用水量信息发送至所述NB-IOT通信模块，接收所述NB-IOT通信模块的信息，并控制水管阀门的开合；
显示模块113，所述显示模块113用于显示水表信息。
在本发明实施例中，控制器模块112为单片机，超声波模111和显示模块113都受控于控制器模块112，其中超声波模块通过导线连接在单片机的引脚上，通过单片机控制超声波的发送和接收，显示模块也通过导线连接在单片机的引脚上，通过单片机控制显示模块的显示内容。
作为本发明一种实施例，单片机采用超低功耗的单片机，工作模式小于120uA，待机模式小于450nA，深度休眠模式小于50nA，工作电压1.8V-3.6V，LCD驱动，集成超声波模拟前端，作为本发明一种优选的实施例，采用德州仪器TI的MSP43FR6047单片机，通过单片机的CHO_IN、CHO_OUT和CH1_IN、CH1_OUT引脚分别超声波换能器的正极和负极，单片机设有AD采集单元，采集超声波信号，并通过单片机计算信号的上行时间和下行时间，得到超声波传输的时间差，对水表进行校正，再结合超声波在水中的传播速度，计算水流速度，同时把数据按照日期存储在Flash或FRAM中，在网络空闲时刻按照一定的时间间隔将水表用水数据按照固定的协议格式打包，通过串口传输给NB-IOT通信模块，通过NB-IOT通信模块将打包后的数据通过基站传到远程的服务器中。
在本发明实施例中，图2-7示出了本发明实施例提供的一种单片机与单片机周边的接线图，MSP430FR6047单片机的引脚100、引脚27、引脚52、引脚53、引脚88连接电源，用于给单片机供电；引脚3连接按键，控制屏幕显示和翻页显示。引脚18-25，连接JTag调试器，用于下载和调试单片机系统。引脚13与WH-NB73模块的14号引脚work端口连接，通过该引脚可以查看WH-NB73模块的工作状态。引脚14与引脚15与WH-NB73的7号和8号引脚连接，实现单片机和NB模块的I2C通信。引脚29与WH-NB73的5号引脚连接，单片机通过该引脚将NB模块从休眠状态唤醒。引脚34-66控制LCD显示。引脚79-80控制球阀转动。引脚90-91，95-96分别连接超声波传感器。
本发明实施例通过采用MSP430FR6047单片机控制，并采用上述接线方式对单边机周边进行接线，保证本发明功能的完美实现。
本发明实施例提供的一种智能水表中，所述水表信息包括以下信息的一种或者几种的集合：数据通信状态信息、瞬时用水量信息、电量信息、剩余用水量信息、错误代码信息、以及当前时间和水温信息。
在发明实施例中，智能水表能够测量并显示多种信息，包括但不限于数据通信状态信息、瞬时用水量信息、电量信息、剩余用水量信息、错误代码信息、以及当前时间和水温信息，其中，数据通信状态信息是指智能水表通过NB-IOT通信模块与服务器之间的通信状态，瞬时用水量信息是指当前的水流速度新想，电量信息是指智能电表和NB-IOT通信模块的剩余电量信息，剩余用水量信息是指用户账户上剩余的用水量信息，错误代码信息是指电表中可能出现的错误显示，当前时间、水温信息就是实时的水温和时间显示。
作为本发明一种实施例，图8示出了本发明实施例提供的一种智能水表显示界面图，其中801区域用于显示数据通信状态，802用于显示阀门的开关，803用于显示瞬时水流量，804用于显示剩余电量，805区域用于显示用水剩余量、已用水量、错误代码、时间、温度等信息。
本发明实施例通过显示模块对智能水表检测到的信息进行显示，便于查看。
本发明实施例提供的一种智能水表中，所述服务器用于接收客户端发送的“开启阀门”或者“关闭阀门”的指令，并将所述指令发送至NB-IOT通信模块，通过所述智能水表模块控制所述阀门开启或者关闭。
在本发明实施例中，服务器还用于与客户端进行通信，其中客户端可以是手机、电脑，也可以是智能手表等能够联网的智能设备，服务器会接收客户端发送的控制信号，将相关信号发送至NB-IOT通信模块，NB-IOT通信模块将信号转送至智能水表的控制模块，控制阀门的开合。
作为本发明一种实施例，用户可以在终端上看到水表的各项数据，也可以远程对水表进行控制，NB-IOT通信模块会将水表信息发送至服务器，服务器再将水表信息转送至用户终端，用户可以直接在终端上看到智能水表的各种信息，并且用户终端上还设有控制智能水表阀门的按键，用户可以通过控制终端上的阀门开关进而控制智能水表阀门的开关，具体的，当用户在智能终端上按下阀门关闭或者阀门开启的开关后，终端会向服务器发送控制阀门关闭或者开启的指令，服务器将这条指令转送至NB-IOT通信模块，NB-IOT通信模块再将控制信号发送至单片机，单片机控制阀门的开启和闭合，起到远程控制的作用。
本发明实施例通过设置用户终端与服务器通信，并通过客户终端远程监视水表的运行以及用水情况，并通过终端远程控制阀门，起到远程监控的作用。
本发明实施例提供的一种智能水表中，当所述剩余用水量大于0时，所述智能水表模块控制所述阀门处于开启状态；
当所述剩余用水量等于0时，所述智能水表模块控制所述阀门处于闭合状态。
在本发明实施例中，服务器会实时接收智能水表发送的用水量信息，并根据预存水量计算剩余水量信息，当剩余水量大于0时，服务器会发出控制信号，让智能电表的阀门保证开启状态，当剩余水量等于0时，服务器发出控制信号，控制智能水表的阀门闭合。
本发明实施例服务器通过智能水表测量的用水量结合用户预存的水量，自动计算用户剩余的用水量，并根据是否还有剩余用水量控制阀门的开启和闭合，达到用水自动控制的功能。
本发明实施例提供的一种智能水表中，所述服务器定期向所述智能水表模块发送剩余水量信息，所述智能水表模块根据所述剩余水量信息控制所述阀门的开启和关闭。
在本发明实施例中，服务器只负责计算用户账户的剩余用水量信息，并定期将用户的剩余用水量信息发送至NB-IOT通信模块，NB-IOT通信模块将用户的剩余用水量信息转发至智能水表的控制器中，控制器通过判断剩余用水量是否大于0，进而控制阀门的开启和闭合。
本发明通过智能水表对水量进行监控，并通过NB-IOT通信模块与服务器进行通信连接，将用户的用水信息及时发送至用户端，用户可以通过终端实施了解用水情况；本发明还通过服务器对剩余水量的计算，并通过实现欠费断水功能，并且接受用户终端发送的阀门控制命令，实现智能电表的自动控制和远程监测功能，有效提高智能水表智能化，降低复杂性。
此外，为了保证智能水表的长久运行和安全运行，本发明还提供一种智能水表壳体：
实施例1
所述壳体的制备原料为：赤铁矿粉85重量份，聚丙烯30重量份，抗氧剂0.5重量份，抗紫外线剂0.2重量份；复合改性剂3重量份；
所述赤铁矿粉由两种不同粒径的赤铁矿粉按照重量份数为1:1构成，两种不同粒径的赤铁矿粉的粒径分别为50目和150目；所述抗氧剂为抗氧剂1010；所述的抗紫外线剂为UV-531；所述复合改性剂由改性剂1和改性剂2按照重量份数为2:1构成；
所述改性剂1的结构式为：
Figure BDA0002155563760000081
所述改性剂2的结构式为：
Figure BDA0002155563760000082
所述壳体的制备过程包括如下步骤：
(1)首先将聚丙烯原料置于55℃温度下烘干3小时，以去除水分影响产品质量的杂质；
(2)将步骤(1)烘干后的聚丙烯原料加入注塑机的注塑螺杆内，然后加入抗氧剂，抗紫外线剂，在210℃下加热熔融；
(3)将赤铁矿粉和复合改性剂混合，充分搅拌至均匀，得到混合料；
(4)向步骤(2)注塑螺杆内熔融状态的原料中加入步骤(3)得到的混合料；
(5)通过注塑机的螺杆挤压把步骤(4)的混合材料注入温度为80℃模具内，混合材料的注射压力为60Mpa，然后在60Mpa保压40min，然后使得所得注塑零件自然冷却，模具开模取件，即得壳体。
对比例1～4
对比例1～4仅对赤铁矿粉的粒径配级以及改性剂进行了调整，包括赤铁矿粉的总添加重量以及改性剂的总添加重量等其它工艺参数与实施例1一致，具体内容如下：
编号 50目赤铁矿粉 150目赤铁矿粉 改性剂1 改性剂2
实施例1 添加 添加 添加 添加
对比例1 添加 添加 未添加 添加
对比例2 添加 添加 添加 未添加
对比例3 添加 未添加 未添加 未添加
对比例4 未添加 添加 未添加 未添加
效果表征：对实施例1以及对比例1～4的壳体材料进行力学性能检测，结果见下表：
编号 抗拉强度Rm/MPa
实施例1 360
对比例1 335
对比例2 345
对比例3 315
对比例4 325
上述结果表明，(1)本发明制备的水表壳体强度大，抗拉力强；(2)相比于使用单一粒径的赤铁矿粉，使用50目赤铁矿粉和150目赤铁矿粉这样复合粒径铁矿粉更有利于提高水表表壳的抗拉强度；(3)相比于未添加改性剂或添加单一的改性剂，使用本发明中特定的复合改性剂更有利于提高水表表壳的抗拉强度。

Claims (3)

1.一种智能水表，其特征在于，包括：壳体；智能水表模块，所述智能水表模块用于测量用水量，并将用水量信息发送至NB-IOT通信模块，并根据所述NB-IOT返回的控制信号控制水管内阀门的开合；
所述NB-IOT通信模块，所述NB-IOT通信模块与所述智能水表模块通信连接，用于接收所述用水量信息，并将所述用水量信息发送至服务器，并接收所述服务器返回的所述控制信号；
所述服务器，所述服务器用于接收并存储所述用水量信息，并根据所述用水量信息和预存水量信息计算剩余水量，根据所述剩余水量并发送所述控制信号至所述NB-IOT通信模块；
所述智能水表模块包括：超声波模块，所述超声波模块安装在水管内，用于在所述水管内发送超声波；
控制器模块，所述控制器模块用于接收所述超声波，通过计算超声波的上行时间和下行时间，得到声波传输的时间差，在结合声波在水中的传播速度计算水流速度，并根据所述水流速度和用水时间计算用水量；将用水量信息发送至所述NB-IOT通信模块，接收所述NB-IOT通信模块的信息，并控制水管阀门的开合；
显示模块，所述显示模块用于显示水表信息；
所述控制器模块为单片机，通过引脚驱动超声波的发送和接收；
所述水表信息包括以下信息的一种或者几种的集合：数据通信状态信息、瞬时用水量信息、电量信息、剩余用水量信息、错误代码信息、以及当前时间和水温信息；
所述服务器用于接收客户端发送的“开启阀门”或者“关闭阀门”的指令，并将所述指令发送至NB-IOT通信模块，通过所述智能水表模块控制所述阀门开启或者关闭；
所述壳体的制备原料为：赤铁矿粉85-90重量份，聚丙烯30-40重量份，抗氧剂0.5-1重量份，抗紫外线剂0.2-0.3重量份；复合改性剂3～5重量份；
所述赤铁矿粉由两种不同粒径的赤铁矿粉按照重量份数为1:1构成，两种不同粒径的赤铁矿粉的粒径分别为50目和150目；所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168中一种或其组合；所述的抗紫外线剂为UV-531、UV-326或UV-329中一种；所述复合改性剂由改性剂1和改性剂2按照重量份数为2:1构成；
所述改性剂1的结构式为：
Figure FDF0000008573970000021
所述改性剂2的结构式为：
Figure FDF0000008573970000022
所述壳体的制备过程包括如下步骤：
(1)首先将聚丙烯原料置于50-60℃温度下烘干2-4小时，以去除水分影响产品质量的杂质；
(2)将步骤(1)烘干后的聚丙烯原料加入注塑机的注塑螺杆内，然后加入抗氧剂，抗紫外线剂，在200-220℃下加热熔融；
(3)将赤铁矿粉和复合改性剂混合，充分搅拌至均匀，得到混合料；
(4)向步骤(2)注塑螺杆内熔融状态的原料中加入步骤(3)得到的混合料；
(5)通过注塑机的螺杆挤压把步骤(4)的混合材料注入温度为70-90℃模具内，混合材料的注射压力为50-70Mpa，然后在50-70Mpa保压30-50min，然后使得所得注塑零件自然冷却，模具开模取件，即得壳体。
2.根据权利要求1所述的一种智能水表，其特征在于，当所述剩余用水量大于0时，所述智能水表模块控制所述阀门处于开启状态；当所述剩余用水量等于0时，所述智能水表模块控制所述阀门处于闭合状态。
3.根据权利要求1所述的一种智能水表，其特征在于，所述服务器定期向所述智能水表模块发送剩余水量信息，所述智能水表模块根据所述剩余水量信息控制所述阀门的开启和关闭。
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