CN110470357A - 一种能够远程自动抄表的无磁智能水表 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无磁智能水表技术领域，公开了一种能够远程自动抄表的无磁智能水表，包括信号采集传输组件和表体组件，信号采集传输组件可拆卸的安装在表体组件左侧上方；信号采集传输组件包括观察窗、电路仓盖、窗槽、圆柱形天线孔、无磁采样电路板、上仓身、无线传输节点、电池、下仓身和单片机控制电路板，窗槽、圆柱形天线孔均设置在电路仓盖顶部上端，无磁采样电路板、无线传输节点和单片机控制电路板均安装在上仓身内部，无磁采样电路板与单片机控制电路板之间通过导线连接，单片机控制电路板与无线传输节点之间通过导线连接。本发明能够实现远程抄表业务，并使得无磁水表内各部件的安装、检修和更换较为简便。

Description

一种能够远程自动抄表的无磁智能水表

技术领域

本发明涉及无磁智能水表技术领域，尤其涉及一种能够远程自动抄表的无磁智能水表。

背景技术

现有技术中，远传水表的计量方式有两种：脉冲计量方式和光电感应计量方式，而脉冲计数式远传水表是采用无磁感应的原理将机械表齿轮转动或指针的转动转化为电脉冲信号。

无磁水表具有以下几大优势：大量程比，运用电子跟踪补偿技术，量程比大；超长寿命，去除最易磨损、繁杂的齿轮计数部件，有效延长了流量计的运行稳定性和使用寿命；智能平台，实现实时计量阶梯水价、M-BUS信息远传、大容量信息两地储存、远程水表运行状况自检、远程监测等多种功能，因此，目前无磁水表的应用非常广泛。传统无磁水表中的M-BUS总线通信和无线通信技术存在着信号覆盖范围小及功耗大的问题，从而不能很好地满足水表流量自动上报的需求。

LoRa是一种低功耗局域网无线技术，其在同样的功耗条件下比其他无线方式传播的距离更远，实现了低功耗和远距离的统一，它在同样的功耗下比传统的无线射频通信距离扩大3-5倍。使用LoRa技术有望满足物联网智能水表及终端的低功耗、低成本、覆盖范围广及网络接入等迫切要求，能够实现远程抄表业务。窄带物联网(Narrow Band Internetof Things,NB-IoT)技术也适用于低功耗广域网市场，有望实现物联网智能水表及终端的低功耗、低成本、覆盖范围广、无需自组网及网络接入易实现等迫切要求。如今，将支持NB-IoT技术的NB-IoT模组内嵌至水表中，使水表介入至移动网络中，成为智能水表的必然趋势。

此外，现有无磁水表中的水表本体上安装有表壳，控制电路板、电池和感应电路等都是安装于控制盒中，表壳和控制盒是一体成型的，故如若要拆下控制盒对电路进行检修，需将整个表壳拆下来，导致控制盒拆装较为麻烦。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种能够远程自动抄表的无磁智能水表，能够实现远程抄表业务，并使得无磁水表内各部件的安装、检修和更换较为简便，提高无磁水表内电子器件的防潮性能，提高产品的使用寿命。

本发明采用如下技术方案实现：一种能够远程自动抄表的无磁智能水表，包括信号采集传输组件和表体组件，所述信号采集传输组件可拆卸的安装在表体组件左侧上方；所述信号采集传输组件包括观察窗、电路仓盖、窗槽、圆柱形天线孔、无磁采样电路板、上仓身、无线传输节点、电池、下仓身和单片机控制电路板，所述窗槽、圆柱形天线孔均设置在电路仓盖顶部上端，所述观察窗密封安装在窗槽中，所述上仓身与下仓身之间隔开，其内形成两个独立的腔室，所述无磁采样电路板、无线传输节点和单片机控制电路板均安装在上仓身内部，无磁采样电路板与单片机控制电路板之间通过导线连接，单片机控制电路板与无线传输节点之间通过导线连接，其中，无线传输节点上的圆柱形天线安装在圆柱形天线孔中，天线的顶部伸出到电路仓盖的上侧，天线与圆柱形天线孔接触处使用防水胶密封；所述电路仓盖通过螺钉安装在上仓身顶部，所述电池固定在下仓身中，下仓身通过螺钉安装在上仓身底部。

进一步地，所述表体组件包括水表本体盖、水表本体观察窗、旋转连接盘、水表本体罩和水表本体，所述水表本体罩通过卡扣固定套装在水表本体上，所述水表本体观察窗安装在水表本体罩下侧，所述旋转连接盘安装在水表本体顶部，所述水表本体盖通过卡扣连接安装在水表本体罩上端。

进一步地，无线传输节点为LoRa节点。

进一步地，无线传输节点为NB-IoT模组。

进一步地，能够远程自动抄表的无磁智能水表还包括LoRa网关和服务器，所述LoRa网关与多个LoRa节点间进行无线通讯，所述LoRa网关与服务器之间通过网线进行连接。

进一步地，所述下仓身底部设置有两个插销，所述水表本体罩上设置有两个插销孔，所述插销插入在插销孔中将下仓身与水表本体罩两者连接。

进一步地，所述上仓身侧面还设有两个套孔，所述水表本体观察窗上设置有两个螺钉柱，所述套孔与螺钉柱之间通过螺钉连接。

进一步地，所述观察窗通过模内注塑的方式安装在电路仓盖上端。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

1.本发明的能够远程自动抄表的无磁智能水表，其中的信号采集传输组件包括观察窗、电路仓盖、窗槽、圆柱形天线孔、无磁采样电路板、上仓身、无线传输节点、电池、下仓身和单片机控制电路板，窗槽、圆柱形天线孔均设置在电路仓盖顶部上端，观察窗密封安装在窗槽中，多个无磁智能水表均利用其内的无磁采样电路板采集水流量的电感数据，并对其进行处理输出流量的数字信号到单片机核心板，通过单片机控制器进行处理后，利用通讯模块与LoRa节点进行通讯，LoRa节点将流量信号通过无线通讯传输到LoRa网关，并通过网线传输到服务器上进行存储和处理，从而实现远程抄表业务，节约人力资源和水表客户的运行成本，并在一定情况下可及时发现水表的故障。

2.本发明中的无线传输节点为NB-IoT模组，NB-IoT通信模组用于将单片机计算结果传送至用户终端或管理中心，NB-IoT模组通过NB-IoT网络与管理中心相连，NB-IoT技术基于移动蜂窝网络，具有覆盖广、信号强和功耗低的优点，由于采用的移动蜂窝网络，所以不需要家庭网关的参与，相当于NB-IoT模组直接将数据上传至云端服务器，大大简化了流程，从而实现远程抄表业务，节约人力资源和水表客户的运行成本，并在一定情况下可及时发现水表的故障，并且NB-IoT的功耗低，对水表电池的损耗不大。

3.本发明的表体组件包括水表本体盖、水表本体观察窗、旋转连接盘、水表本体罩和水表本体，可以通过透明的水表本体观察窗观察表体组件内的情况，通过透明的观察窗观察上仓身内的情况，也能方便的对信号采集传输组件和表体组件间进行拆卸，并可对方便的对信号采集传输组件中的电路仓盖、上仓身、下仓身及其内的元件进行拆卸或更换，对水表本体盖、水表本体罩和水表本体及其内的元件进行拆卸或更换，使得无磁水表内各部件的安装、检修和更换较为简便。

附图说明

图1是本发明的能够远程自动抄表的无磁智能水表的主视图；

图2是本发明中信号采集传输组件的结构爆炸图；

图3是本发明中表体组件的结构爆炸图；

图4是本发明中使用LoRa节点时与LoRa网关的组网示意图；

图5是本发明中使用NB-IoT模组时与服务器的组网示意图。

图中：1、观察窗；2、电路仓盖；21、窗槽；22、圆柱形天线孔；3、无磁采样电路板；4、上仓身；5、LoRa节点；6、电池；7、下仓身；8、单片机控制电路板；9、LoRa网关；10、水表本体盖；11、水表本体观察窗；12、旋转连接盘；13、水表本体罩；14、水表本体；20、服务器。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

实施例1

如图1至图4所示，本发明的一种能够远程自动抄表的无磁智能水表，包括信号采集传输组件和表体组件，信号采集传输组件可拆卸的安装在表体组件左侧上方。其中，信号采集传输组件包括观察窗1、电路仓盖2、窗槽21、圆柱形天线孔22、无磁采样电路板3、上仓身4、无线传输节点5、电池6、下仓身7和单片机控制电路板8，窗槽21、圆柱形天线孔22均设置在电路仓盖2顶部上端，观察窗1密封安装在窗槽21中，优选地，观察窗1通过模内注塑的方式安装在电路仓盖2上端，模内注塑的方式能够实现密封连接，提高观察窗1与电路仓盖2间的密封性，提高防潮性能。上仓身4与下仓身7之间隔开，其内形成两个独立的腔室，使得上仓身4与下仓身7内的各部件安装、检修和更换较为简便，提高了生产效率。无磁采样电路板3、无线传输节点5和单片机控制电路板8均安装在上仓身4内部，具体地，对底壳4内的无磁采样电路板3、无线传输节点5和单片机控制电路板8进行灌胶处理，提高防水和防潮性能，无磁采样电路板3与单片机控制电路板8之间通过导线连接，单片机控制电路板8与无线传输节点5之间通过导线连接，其中，无线传输节点5上的圆柱形天线安装在圆柱形天线孔22中，天线的顶部伸出到电路仓盖2的上侧，天线与圆柱形天线孔22接触处使用防水胶密封；电路仓盖2通过螺钉安装在上仓身4顶部。

无磁采样电路板3通过其上的电感线圈采集位于水表本体14内圆形钢片的转动速率，通过无磁采样电路板3上的信号处理电路对电感数据进行处理，得到水表的流量数字信号，无磁采样电路板3及圆形钢片均为现有无磁水表的必用元件，其设计及安装均为现有技术，此处不做描述。无线传输节点5具体为LoRa节点，单片机控制电路板8包括MSP430F149单片机核心板及标准的RS485通讯模块，RS485通讯模块与MSP430F149单片机核心板通过导线连接，MSP430F149单片机是一种超低功耗控制器，可以在1.8-3.6V的低电压情况下工作，无磁采样电路板3输出的流量数字信号传输到MSP430F149单片机核心板后，通过MSP430F149单片机控制器进行处理后，利用RS485通讯模块直接传输到LoRa节点，LoRa节点使用有人的USR-LG206-L-C型LoRa无线模块数传终端，其工作频段为398~525Mhz，工作电压为5~12v，使用串口进行数据收发，可实现MSP430F149单片机通过LoRa技术与LoRa网关9进行无线通信，LoRa无线模块数传终端具有功率密度集中，抗干扰能力强的优势，通讯距离可达2000m，USR-LG206-L-C型LoRa无线模块数传终端上有3个3.3v电压引脚，为MSP430F149单片机提供电能，本发明的无磁智能水表还包括LoRa网关9和服务器20，LoRa网关9使用有人USR-LG220-L型号的LoRa无线网关，它是一种基于低功耗广域网LoRa私有协议的物联网基站集中器，通过USR私有协议实现LoRa网关9与LoRa节点的自由组网、LoRa网关9与服务器20的通讯，LoRa网关9可与N个（可达上百个）LoRa节点间进行无线通讯，对于2KM范围内的多个水表数据进行采集，实现远程抄表业务，避免传统的无磁水表需要业务员上门抄表，节约人力资源和水表客户的运行成本。电池6固定在下仓身7中，下仓身7通过螺钉安装在上仓身4底部，电池6为电压5v，容量5000mA的锂电池，其通过导线直接为LoRa节点供电，通过LoRa节点为无磁采样电路板3和MSP430F149单片机核心板供电，不需要专门为电表引线供电，降低运营成本，USR-LG220-L型号的LoRa无线网关使用220v市电进行供电。

其中，表体组件包括水表本体盖10、水表本体观察窗11、旋转连接盘12、水表本体罩13和水表本体14，水表本体罩13通过卡扣固定套装在水表本体14上，水表本体观察窗11安装在水表本体罩13下侧，旋转连接盘12安装在水表本体14顶部，水表本体盖10通过卡扣连接安装在水表本体罩13上端。下仓身7底部设置有两个插销，水表本体罩13上设置有两个插销孔，插销插入在插销孔中将下仓身7与水表本体罩13两者连接。上仓身4侧面还设有两个套孔，水表本体观察窗11上设置有两个螺钉柱，套孔与螺钉柱之间通过螺钉连接，利用销孔、螺钉的配合方式进行连接，使得信号采集传输组件和表体组件相互独立，其内元件的安装、拆卸、检修及更换更加方便，从而提高生产效率。

在一幢高层建筑或者2KM范围内的多个高层建筑内安装几十个本发明的能够远程自动抄表的无磁智能水表，每个无磁智能水表均通过其内的无磁采样电路板3采集水流量的电感数据，并对其进行处理输出流量的数字信号到MSP430F149单片机核心板，通过MSP430F149单片机控制器进行处理后，利用RS485通讯模块与LoRa节点进行通讯，LoRa节点将流量信号通过无线通讯传输到LoRa网关9，并通过网线传输到服务器20上进行存储和处理，从而实现远程抄表业务，节约人力资源和水表客户的运行成本，并在一定情况下可及时发现水表的故障。对故障水表进行检修时，可以通过透明的水表本体观察窗11观察表体组件内的情况，通过透明的观察窗1观察上仓身4内的情况，也能方便的对信号采集传输组件和表体组件间进行拆卸，并可对方便的对信号采集传输组件中的电路仓盖2、上仓身4、下仓身7及其内的元件进行拆卸或更换，对水表本体盖10、水表本体罩13和水表本体14及其内的元件进行拆卸或更换，使得无磁水表内各部件的安装、检修和更换较为简便。

实施例2

如图1~图3、图5所示，本发明的一种能够远程自动抄表的无磁智能水表，其结构与实施例1中的结构相同，其中无线传输节点5具体为NB-IoT模组，NB-IoT模组上的圆柱形天线安装在圆柱形天线孔22中，天线的顶部伸出到电路仓盖2的上侧，天线与圆柱形天线孔22接触处使用防水胶密封，NB-IoT模组上的圆柱形天线为水表和NB网络之间实现数据或命令的接收及发送。单片机控制电路板8也使用MSP430F149单片机核心板，其带有标准的RS485通讯模块，无磁采样电路板3输出的流量数字信号传输到MSP430F149单片机核心板后，通过MSP430F149单片机控制器进行处理后，利用RS485通讯模块直接传输到NB-IoT模组，NB-IoT模组使用iCEasy品牌的M5310-A NB-IoT通信模组，它是一款工业级的两频段NB-IoT无线模块，工作频段为Band5或Band8，满足3gpp标准，功耗低，其支持OneNET云平台，可以快速定制云上应用，工作电压为3.3~5v，使用串口进行数据收发，可实现MSP430F149单片机与NB-IoT通信模组进行通信，NB-IoT通信模组的抗干扰能力强，在有信号覆盖的区域，通讯距离基本不受限制，电池6为电压5v，容量5000mA的锂电池，其通过导线直接为NB-IoT通信模组供电。

NB-IoT通信模组用于将MSP430F149单片机计算结果传送至用户终端或管理中心，NB-IoT模组通过NB-IoT网络与管理中心相连，NB-IoT技术基于移动蜂窝网络，具有覆盖广、信号强和功耗低的优点，每一个NB-IoT基站支持5万个NB-IoT终端的接入，在独立部署模式下，NB-IoT覆盖能力可164dB。由于采用的移动蜂窝网络，所以不需要家庭网关的参与，相当于NB-IoT模组直接将数据上传至云端服务器，大大简化了流程，对于智能水表来说，电池的损耗是一个大问题，由于智能水表处于一直开启的状态，对电池的损耗是巨大的，但是NB-IoT的功耗低，对水表电池的损耗不大。具体地，NB-IoT模组采用移动、联通、电信NB-IoT无线通讯方式，NB-IoT模组连接端设有NB-IoT基站，NB-IoT基站连接端设有NB-IoT平台，NB-IoT平台内部设有系统管理服务器，系统管理服务器包括水表管理模块、系统管理平台和历史数据查询模块。NB-IoT模组将用水量信息发送给NB-IoT基站，再通过NB-IoT核心网传输到NB-IoT平台进行数据整合和管理，最终传输到系统管理服务器(即管理中心)，由管理人员查看相关信息。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种能够远程自动抄表的无磁智能水表，其特征在于：包括信号采集传输组件和表体组件，所述信号采集传输组件可拆卸的安装在表体组件左侧上方；所述信号采集传输组件包括观察窗（1）、电路仓盖（2）、窗槽（21）、圆柱形天线孔（22）、无磁采样电路板（3）、上仓身（4）、无线传输节点（5）、电池（6）、下仓身（7）和单片机控制电路板（8），所述窗槽（21）、圆柱形天线孔（22）均设置在电路仓盖（2）顶部上端，所述观察窗（1）密封安装在窗槽（21）中，所述上仓身（4）与下仓身（7）之间隔开，其内形成两个独立的腔室，所述无磁采样电路板（3）、无线传输节点（5）和单片机控制电路板（8）均安装在上仓身（4）内部，无磁采样电路板（3）与单片机控制电路板（8）之间通过导线连接，单片机控制电路板（8）与无线传输节点（5）之间通过导线连接，其中，无线传输节点（5）上的圆柱形天线安装在圆柱形天线孔（22）中，天线的顶部伸出到电路仓盖（2）的上侧，天线与圆柱形天线孔（22）接触处使用防水胶密封；所述电路仓盖（2）通过螺钉安装在上仓身（4）顶部，所述电池（6）固定在下仓身（7）中，下仓身（7）通过螺钉安装在上仓身（4）底部。

2.根据权利要求1所述的能够远程自动抄表的无磁智能水表，其特征在于：所述表体组件包括水表本体盖（10）、水表本体观察窗（11）、旋转连接盘（12）、水表本体罩（13）和水表本体（14），所述水表本体罩（13）通过卡扣固定套装在水表本体（14）上，所述水表本体观察窗（11）安装在水表本体罩（13）下侧，所述旋转连接盘（12）安装在水表本体（14）顶部，所述水表本体盖（10）通过卡扣连接安装在水表本体罩（13）上端。

3.根据权利要求2所述的能够远程自动抄表的无磁智能水表，其特征在于：无线传输节点（5）为LoRa节点。

4.根据权利要求2所述的能够远程自动抄表的无磁智能水表，其特征在于：无线传输节点（5）为NB-IoT模组。

5.根据权利要求3所述的能够远程自动抄表的无磁智能水表，其特征在于：其还包括LoRa网关（9）和服务器（20），所述LoRa网关（9）与多个LoRa节点间进行无线通讯，所述LoRa网关（9）与服务器（20）之间通过网线进行连接。

6.根据权利要求4或5所述的能够远程自动抄表的无磁智能水表，其特征在于：所述下仓身（7）底部设置有两个插销，所述水表本体罩（13）上设置有两个插销孔，所述插销插入在插销孔中将下仓身（7）与水表本体罩（13）两者连接。

7.根据权利要求4或5所述的能够远程自动抄表的无磁智能水表，其特征在于：所述上仓身（4）侧面还设有两个套孔，所述水表本体观察窗（11）上设置有两个螺钉柱，所述套孔与螺钉柱之间通过螺钉连接。

8.根据权利要求4或5所述的能够远程自动抄表的无磁智能水表，其特征在于：所述观察窗（1）通过模内注塑的方式安装在电路仓盖（2）上端。