CN111486916A - 一种物联网热水表及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种物联网热水表及其控制方法，所述热水表包括基表、电磁阀组件以及电子模块组件，所述电子模块组件包括主控模块、物联网通信模块、刷卡模块、水流量传感器，所述水流量传感器用于采集基表的水量信号，其输出端与主控模块连接；所述主控模块与刷卡模块连接，用于识别刷卡信息；所述主控模块的输出端与电磁阀组件连接，用于控制电磁阀组件的关断以控制供水与否；所述主控模块通过物联网通信模块与后台服务器连接，用于接收后台服务器的控制信号以及上传热水表的参数。本发明的优点在于：采用微电子技术，使得热水表可以实现远程监控，实现热水表的物联网化；同时拓展热水表插卡识别的种类，方便用户使用。

Description

一种物联网热水表及其控制方法

技术领域

本发明涉及电子仪表领域，特别涉及一种基于2G物联网的热水表及其控制方法。

背景技术

目前，热水表是一种利用现代微电子技术、现代传感技术、智能IC卡技术对用水量进行计量，并进行用水数据传递及结算交易的水表。该类热水表在使用时每个用户须办理相应的IC卡，当余额不足时须持卡到办事处进行充值后才可继续使用，在卡片丢失后也需要用户自己去办事处进行卡片的补办，这种模式让用户在使用的过程中得细心管理自己的卡片、无规律行的充值、浪费用户的时间；在管理方的角度来看，这种热水表在投入使用后需要花费大量的人力来进行维护、办卡、补卡、排查水表故障等工作。

随着电子技术、传感器技术、物联网技术的发展，现有技术的热水表已经无法满足物联网化、远程智能化的要求，为此本申请提供一种基于2G物联网的热水表。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于2G物联网的智能热水表，用于拓展热水表的物联网化、远程监控的功能。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种物联网热水表，包括基表、电磁阀组件以及电子模块组件，所述电子模块组件包括主控模块、物联网通信模块、刷卡模块、水流量传感器，所述水流量传感器用于采集基表的水量信号，其输出端与主控模块连接；所述主控模块与刷卡模块连接，用于识别刷卡信息；所述主控模块的输出端与电磁阀组件连接，用于控制电磁阀组件的关断以控制供水与否；所述主控模块通过物联网通信模块与后台服务器连接，用于接收后台服务器的控制信号以及上传热水表的参数。

所述读卡模块为兼容多种卡片的读卡器，包括IC卡、ID卡和银行卡。

所述物联网通信模块采用GSM/GPRS通信模块，用于实现主控模块与后台服务器之间的通信。

所述电子模块组件包括蜂鸣器模块，所述蜂鸣器模块包括三极管驱动电路以及有源蜂鸣器，所述主控模块输出端通过三极管驱动电路驱动有源蜂鸣器发出提示声。

所述电子模块组件包括数码管显示电路，所述数码管显示电路与主控模块连接，用于显示刷卡信息。

所述电子模块组件包括稳压电路，供电电源通过稳压电路为物联网通信模块提供4.1V/2A的电源以及通过稳压电路为蜂鸣器模块、读卡模块、数码管显示电路、主控模块、水流量传感器提供电压为5V的电源。

所述主控模块输出端连接MOS管的栅极，用于驱动MOS管的导通与断开，MOS管设置在电磁阀组件的供电回路上。

所述主控模块与水温传感器连接，所述水温传感器用于检测热水表所控制的热水温度数据。

所述后台服务器通过网络与智能手持终端连接，用于智能手持终端与后台服务器的数据交互。

一种基于物联网的热水表的控制方法，包括：

通过读卡模块识别用户信息并发送至后台服务器：

后台服务器对用户信息进行识别并获取用户信息中的余额数据以及余额对应的可用水量信息；

反馈打开电磁阀的控制指令以及余额对应的可用水量信息至主控模块；

所述主控模块根据指令控制电磁阀打开并通过水流量传感器检测实际用水量；

实时比较实际用水量与可用水量，当实际用水量数据达到余额对应的可用水量后，主控模块输出控制信号控制电磁阀关闭，同时将用户信息以及用水量信息发送至后台服务器进行扣费并结束本次用水流程；当实际用水量小于可用水量时，此时主控模块通过读卡模块实时监控读卡信息，并根据读卡信息来结束用水，此时关闭电磁阀并将用水量以及用户信息反馈至后台服务器完成扣费，完成本次用户流程。

本发明的优点在于：采用微电子技术，使得热水表可以实现远程监控，实现热水表的物联网化；同时拓展热水表插卡识别的种类，方便用户使用；进一步的拓展热水表的报警电路以及显示电路，方便用户使用过程中的提醒和显示功能；可以通过手机终端获取后台服务器中的数据信息，方便实现远程获取数据的监控且可以进一步远程控制热水表。

附图说明

下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本发明热水表电路连接示意图；

图2为本发明热水表电路分模块示意图；

图3为本发明热水表电路在热水表中的示意图；

图4为本发明热水表的控制方法流程图。

上述图中的标记均为：1为水表，2为电路板，3-为电磁阀开关。

具体实施方式

下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

如图1、2所示，一种物联网热水表，在传统热水表的基础上进行改进，增加热水表的物联网通讯和监控功能，包括基表、电磁阀组件以及电子模块组件，本申请主要对电子模块组件进行了改进，增加了元器件主要以电子模块组件的方式集成在一块电路板上设置在如图3中的电路板2上；电子模块组件包括主控模块、物联网通信模块、刷卡模块、水流量传感器，主控模块采用STC8F1K08S2主控芯片，水流量传感器用于采集基表的水量信号，其输出端与主控模块连接；主控模块与刷卡模块连接，用于识别刷卡信息；主控模块的输出端与电磁阀组件连接，用于控制电磁阀组件的关断以控制供水与否；主控模块通过物联网通信模块与后台服务器连接，用于接收后台服务器的控制信号以及上传热水表的参数。

其中读卡模块为兼容多种卡片的读卡器，包括IC卡、ID卡和银行卡，用于实现监控多种卡片，以方便用户使用。

物联网通信模块采用GSM/GPRS通信模块，用于实现主控模块与后台服务器之间的通信。用于实现数据的上传以及与后台服务器之间数据通信和交互。

在使用时，通过读卡模块来读取卡片中的ID信息(身份信息)，用于来实现身份识别发送身份ID至后台服务器中，后台服务器可以对消费信息进行记录保存，当读卡模块读取的身份信息满足要求后，主控模块通过控制电磁阀组件来控制热水的开启和关闭，通过水流量传感器检测热水流量对水流量进行监控，主控模块可以通过互联网通讯模块将监控的水流量、刷卡的身份信息、消费信息等上传至后台服务器，方便后台的监控以及保存存档。从而实现了后台监控以及拓展了物联网功能。而且支持多种卡片的刷卡，方便注册后的用户通过多种卡片来实现刷卡用水。

在一个优选的实施例中，后台服务器通过网络与智能手持终端连接，用于智能手持终端与后台服务器的数据交互。方便在拓展热水表的物联网功能后，进一步实现移动端的数据获取，方便远程监控和查看消费记录和后台数据，方便远程监控。而且基于手机端可以实现手机端的远程监控和远程发送控制指令，通过手机端来实现热水表的控制。

进一步地，电子模块组件包括蜂鸣器模块，蜂鸣器模块包括三极管驱动电路以及有源蜂鸣器，主控模块输出端通过三极管驱动电路驱动有源蜂鸣器发出提示声；电子模块组件包括数码管显示电路，所述数码管显示电路与主控模块连接，用于显示刷卡信息。通过蜂鸣器来实现刷卡鸣笛以及开启热水时鸣笛，从而给出提醒，实现一种方便的人机交互，而且在开启热水阀门时给出声音提醒，也可以防止突然的热水造成的安全风险。数码显示电路用于实现实时显示热水使用的数据信息，包括刷卡信息以及用水量信息等，同时为了方便使用时了解水温，通过温度传感器检测热水水温，温度水温传感器将检测的水温数据发送至主控模块用于监控水温，并可以作为监控数据上传至后台服务器或直接通过水表上的显示电路进行显示，显示电路的数码管设置在水表壳体的外表面上固定的，这样方便显示各种数据以方便用户在使用时随时查看用水量、水温的各种实时数据。

本申请电子模块组件中的各个电子元器件均需要供电，为此，设置供电电源为各个模块供电，包括两路稳压电路，供电电源通过稳压电路为物联网通信模块提供4.1V/2A的电源以及通过稳压电路为蜂鸣器模块、读卡模块、数码管显示电路、主控模块、水流量传感器提供电压为5V的电源。

主控模块输出端连接MOS管的栅极，用于驱动MOS管的导通与断开，MOS管设置在电磁阀组件的供电回路上。电磁阀组件是通电后打开水阀阀门以及断电后关闭，通过设置MOS管作为开关的方式来控制其通断电从而实现电磁阀组件的工作与否。

进一步地，电阻模块组件中集成设置有NFC模块，用于与手机通信，当手机接触NFC模块后进行通信获取手机中存储的ID信息，从而实现了实体卡到虚拟卡的转换，通过预先设置虚拟卡的ID信息然后通过读取的NFC的虚拟卡ID来确认是否打开水阀，其原理与实体卡相同，但是采用NFC则可以快速实现且方便便捷。

本申请的一种基于物联网的热水表的控制方法，如图4包括：

通过读卡模块识别用户信息并发送至后台服务器：

后台服务器对用户信息进行识别并获取用户信息中的余额数据以及余额对应的可用水量信息；

反馈打开电磁阀的控制指令以及余额对应的可用水量信息至主控模块；

所述主控模块根据指令控制电磁阀打开并通过水流量传感器检测实际用水量；实时比较实际用水量与可用水量，当实际用水量数据达到余额对应的可用水量后，主控模块输出控制信号控制电磁阀关闭，同时将用户信息以及用水量信息发送至后台服务器进行扣费并结束本次用水流程；当实际用水量小于可用水量时，此时主控模块通过读卡模块实时监控读卡信息，并根据读卡信息来结束用水，此时关闭电磁阀并将用水量以及用户信息反馈至后台服务器完成扣费，完成本次用户流程。

如图2所示，为本申请各个电路模块的分模块原理图，分别包括电源供电电路；蜂鸣器控制电路；读卡模块电路；电磁阀控制电路；接接口电路；数码管显示电路；GSM/GPRS模组电路；STC8F1K08S2电路；本发明为一种基于2G物联网技术的智能热水表。本发明所采取的技术方案为：一种基于Lua开发的2G物联网智能热水表，包括电磁阀组件、电子模块组件、传感器、基表和外罩体，电子模块组件通过线缆与传动机构组件连接，传感器分别与电子模块组件和基表连接，电磁阀组件、电子模块组件、传感器和基表均位于外罩体的内部。

传感器检测读取基表的水量信号，并将该水量信号传输至电子模块组件，然后电子模块组件通过无线通讯技术，将用户的用水量传输至管理方后台，以实现实时远程计量计费功能；电子模块与电磁阀组件连接，通过电子模块组件对电磁阀组件执行触发操作以实现远程控制水表开关阀的功能。

读卡模块负责读取用户卡的信息传输给GSM/GPRS模组，模组再将用户信息发送给服务器，实现和服务器上存储的用户数据匹配，进行相应业务逻辑运算和处理。数码管显示单元用于显示用户刷卡使用时的余额数据让用户实时知道自己的账户余额。

电源供电电路包含两个部分：MP1584稳压电路和78M05稳压电路，产品的外部供电采用12V/1A的直流电源头供电。MP1584作为降压稳压芯片给Air202GSM/GPRS模组提供4.1V/2A的电源，保证模组稳定工作。78M05将输入的12V电源稳压为5V,为电源供电电路、蜂鸣器控制电路、读卡模块电路、数码管显示电路、STC8F1K08S2 cpu芯片以及水流量传感器供电。

蜂鸣器电路在作为一个声音提示功能，利用一个0805三极管驱动一个有源蜂鸣器工作。当设备上电时发出两次声音提示设备通电，当打开水表电磁阀时发出一次声音提示开阀成功。

读卡模块电路采用成熟的读卡模块，根据读卡类型的不同采用不同型号的读卡模块，分为读取银行卡、读IC卡、读ID的模块，读卡模块采用5V供电，与GSM/GPRS模组之间用串口通讯实现数据获取。这样设计可灵活的根据用户的需求提供不同的功能。使得产品的兼容性大大提升。

电磁阀控制电路采用IRFR9014 MOS管作为开关电路控制，利用STC8F1K08S2的P5.5 IO口对其进行控制。当MOS管导通时为电磁阀提供12V电源电磁阀打开，当MOS管截止时电磁阀供电为0V,电磁阀关闭。

焊接接口电路是用来连接电磁阀和水流量传感器。在生产过程中将电磁阀的控制线和水流量传感器的线焊接到对应的接口完成与整板的连接。

数码管显示电路部分采用5位一体共阳数码管作为显示，利用STC8F1K08S2芯片的P1组IO和P3.0、P3.1、P3.3、P3.5、P5.5驱动数码管显示，当用户采用刷卡方式用水时实时显示用户的余额。

GSM/GPRS模组采用4.1V供电，其串口1与STC8F1K08S2的串口1相连接，用来实现GSM/GPRS模组和STC8F1K08S2通讯，实现数据的交互和命令的收发。GSM/GPRS模组的HOST_TXD和HOST_RXD用于下载固件代，PIO_10用于控制蜂鸣，串口2用于接收读卡模块的数据。GSM/GPRS模组作为和服务器交互数据的中枢。

STC8F1K08S2采用5V直流电源供电，STC8F1K08S2芯片的P33.4用于接收水流量传感器的计量脉冲，通过STC8F1K08S2的中断计数模式实现对脉冲的计量，再通过数据量化得到用水量。P3.2的IO用于实时监测数卡模块的状态，当用户拔卡时触发中断实现关闭电磁阀以及通过GPRS模组发送数据到后台，后台完成对本次用水的业务逻辑。

本申请具有如下特点：1、水表用水数据发送服务器扣费，并可以通过APP控制开关以及查看相应的用户使用数据，安全且透明，用户用的放心。

2、后台也可以查看各个水表的故障情况以及用水情况和充值数据等，方便管理者管理以及做大数据分析

3、本发明创造的智能热水表不再将用户的信息、账户金额等信息存储在卡片上；支持多种卡，例如银行卡、IC卡、ID卡等，使得产品的更加丰富满足各大投资商；而且所有卡片的只作为一个登陆账号使用，卡片里不存储其他数据，所有的数据存储在服务器。对于使用卡片的用户来说也可在app、微信小程序对自己的卡片账户进行充值，减少生活中的跑腿充值的负担。

4、每次用户的用水数据都是发送到服务器后台，通过服务器运算对用户的账号进行结算，不再是单一的用水表单机进行扣费。对于用户来说每一笔消费都做到透明化，做到让每一位消费者用得省心用得放心。对于投资者方来说每天销售热水的收入通过线上管理后端的数据分析一目了然。

5、突破了传统的单一水表工作，使得本发明的智能热水表做到真正的物联网，随着现在技术的发展大量的app、微信小程序普及，本发明创造做到可以通过使用app、微信小程序来进行消费使用。用户可以在app或者微信小程序进行充值，可以清楚的看到自己的每一笔消费。同时减少了投资方的人员投入，不用再设立充值点补卡点。

显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种物联网热水表，包括基表、电磁阀组件以及电子模块组件，其特征在于：所述电子模块组件包括主控模块、物联网通信模块、刷卡模块、水流量传感器，所述水流量传感器用于采集基表的水量信号，其输出端与主控模块连接；所述主控模块与刷卡模块连接，用于识别刷卡信息；所述主控模块的输出端与电磁阀组件连接，用于控制电磁阀组件的关断以控制供水与否；所述主控模块通过物联网通信模块与后台服务器连接，用于接收后台服务器的控制信号以及上传热水表的参数。

2.如权利要求1所述的一种物联网热水表，其特征在于：所述读卡模块为兼容多种卡片的读卡器，包括IC卡、ID卡和银行卡。

3.如权利要求1所述的一种基于物联网的热水表，其特征在于：所述物联网通信模块采用GSM/GPRS通信模块，用于实现主控模块与后台服务器之间的通信。

4.如权利要求1或3所述的一种基于物联网的热水表，其特征在于：所述电子模块组件包括蜂鸣器模块，所述蜂鸣器模块包括三极管驱动电路以及有源蜂鸣器，所述主控模块输出端通过三极管驱动电路驱动有源蜂鸣器发出提示声。

5.如权利要求4所述的一种基于物联网的热水表，其特征在于：所述电子模块组件包括数码管显示电路，所述数码管显示电路与主控模块连接，用于显示刷卡信息。

6.如权利要求5所述的一种基于物联网的热水表，其特征在于：所述电子模块组件包括稳压电路，供电电源通过稳压电路为物联网通信模块提供4.1V/2A的电源以及通过稳压电路为蜂鸣器模块、读卡模块、数码管显示电路、主控模块、水流量传感器提供电压为5V的电源。

7.如权利要求1所述的一种基于物联网的热水表，其特征在于：所述主控模块输出端连接MOS管的栅极，用于驱动MOS管的导通与断开，MOS管设置在电磁阀组件的供电回路上。

8.如权利要求1所述的一种基于物联网的热水表，其特征在于：所述主控模块与水温传感器连接，所述水温传感器用于检测热水表所控制的热水温度数据。

9.如权利要求1所述的一种基于物联网的热水表，其特征在于：所述后台服务器通过网络与智能手持终端连接，用于智能手持终端与后台服务器的数据交互。

10.如权利要求1-9任一所述的一种基于物联网的热水表的控制方法，其特征在于：包括：

通过读卡模块识别用户信息并发送至后台服务器：

后台服务器对用户信息进行识别并获取用户信息中的余额数据以及余额对应的可用水量信息；

反馈打开电磁阀的控制指令以及余额对应的可用水量信息至主控模块；

所述主控模块根据指令控制电磁阀打开并通过水流量传感器检测实际用水量；

实时比较实际用水量与可用水量，当实际用水量数据达到余额对应的可用水量后，主控模块输出控制信号控制电磁阀关闭，同时将用户信息以及用水量信息发送至后台服务器进行扣费并结束本次用水流程；当实际用水量小于可用水量时，此时主控模块通过读卡模块实时监控读卡信息，并根据读卡信息来结束用水，此时关闭电磁阀并将用水量以及用户信息反馈至后台服务器完成扣费，完成本次用户流程。

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