CN112525270A - 一种新型水表的数据采集方法以及数据采集系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型水表的数据采集方法，包括：获取控制指令，所述控制指令用于控制水表的数据采集装置进行数据采集；基于所述控制指令，控制数据采集装置进行连续数据采集；判断是否达到模式转换的条件，当判断结果为是则继续进行连续数据采集，当判断结果为否则转换为进行非连续数据采集。本发明可以降低水表在数据采集过程中的功耗。

Description

一种新型水表的数据采集方法以及数据采集系统

技术领域

本发明涉及水表技术领域，尤其涉及一种新型水表的数据采集方法以及数据采集系统。

背景技术

随着国民经济的发展和生活水平的提升，及各地频发的自来水供水管网水质污染和漏水等事件，促使各方越来越重视对自来水管网水质(和漏损等)情况的关注，急需开发出能在线监测自来水管网水质(和漏损等)的设备和系统。

为了顺应这种趋势，同时随着智能水表相关技术的发展，出现了一种叫做多参数水表的新水表类型及相关系统。多参数水表除了要实现最基本的水表计量功能外，其重点是需要实时采集一些水质(和漏损等)相关的数据，并将其实时上报给平台，同时能够实时接收平台下发的阀门控制命令以控制水流通断，以实现水管管网水质的实时监测和水流控制功能。

这种多参数水表一般带有余氯、pH、浊度等多种水质传感器，由于多参数水表的安装环境中大都环境恶劣，且不具备外部供电的条件，而水质传感器(和通信模组)往往耗电较高，形成了一对天然的矛盾。因此，在这种多参数水表的设计中，一个关键的问题是如何高效的管理系统在数据采集和上报中的功耗，这其中的重中之重就是对水质传感器(和通信模组)的功耗管理。

发明内容

本发明提供一种新型水表的数据采集方法以及数据采集系统，其可以降低水表在数据采集过程中的功耗。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种新型水表的数据采集方法，包括：

获取控制指令，所述控制指令用于控制水表的数据采集装置进行数据采集；

基于所述控制指令，控制数据采集装置进行连续数据采集；

判断是否达到模式转换的条件，当判断结果为是则继续进行连续数据采集，当判断结果为否则转换为进行非连续数据采集。

作为上述技术方案的优选，在判断是否达到模式转换的条件之前，所述数据采集方法还包括：以连续数据采集的方式采集若干次数的水质数据。

作为上述技术方案的优选，在连续数据采集过程中具有第一时间周期，相应地，所述进行连续数据采集包括：在每一个第一时间周期进行一次数据采集，在非连续数据采集过程中具有第二时间周期，相应地，所述进行非连续数据采集具体包括：在第二时间周期内进行设定次数的数据采集，并且在第二时间周期内除数据采集以外的时间停止对数据采集装置供电。

作为上述技术方案的优选，在每一个第二时间周期结束时，所述数据采集方法还包括：判断是否达到模式转换的条件，当判断结果为否则继续进行非连续数据采集，当判断结果为是则转换为进行连续数据采集。

作为上述技术方案的优选，所述模式转换的条件包括第一转换条件和第二转换条件，相应地，所述判断是否达到模式转换的条件包括：先判断是否达到第一转换条件，当判断结果为否则判断是否达到第二转换条件。

作为上述技术方案的优选，所述判断是否达到模式转换的条件，当判断结果为是则继续进行连续数据采集，当判断结果为否则转换为进行非连续数据采集具体包括：判断每次连续数据采集方式所采集的水质数据是否达到第一转换条件，如果判断结果为是则继续进行连续数据采集，如果判断结果为否则判断最近的两次以连续数据采集方式所采集的水质数据是否达到第二转换条件，如果判断结果为是则继续进行连续数据采集，如果判断结果为否则转换为进行非连续数据采集。

作为上述技术方案的优选，所述第一转换条件包括：水质数据是否出现超标，所述第二转换条件包括：所述水质数据变化是否差异过大。

本发明另一方面还提供了一种新型水表的数据采集系统，包括：

指令获取单元，用于获取控制指令，所述控制指令用于控制水表的数据采集装置进行数据采集；

数据采集单元，用于基于所述控制指令，进行连续数据采集；

判断转换单元，用于判断是否达到模式转换的条件，当判断结果为是则继续进行连续数据采集，当判断结果为否则转换为进行非连续数据采集。

作为上述技术方案的优选，在判断是否达到模式转换的条件之前，所述数据采集单元具体还用于以连续数据采集的方式采集若干次数的水质数据。

作为上述技术方案的优选，在连续数据采集过程中具有第一时间周期，相应地，所述数据采集单元具体用于在每一个第一时间周期进行一次数据采集，在非连续数据采集过程中具有第二时间周期，相应地，所述数据采集单元具体用于在第二时间周期内进行设定次数的数据采集，所述数据采集单元具体还用于在第二时间周期内除数据采集以外的时间停止对数据采集装置供电。

本发明提供一种新型水表的数据采集方法，其通过获取控制指令控制数据采集装置进行连续数据采集，并且对采集到的数据进行模式转换的条件判断，当判断结果为是则继续进行连续数据采集，当判断结果为否则转换为进行非连续数据采集，相对于现有技术采用持续进行数据采集，本发明在判断模式转换的条件来开启使用进行非连续数据采集，采用非连续数据采集可以降低能量损耗，提高水表电池的使用寿命。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

图1示出了本发明实施例一种新型水表的数据采集方法的流程示意图；

图2示出了本发明实施例一种新型水表的数据采集系统的结构示意图；

图3示出了本发明实施例数据采集过程的具体流程示意图；

图4示出了本发明实施例中单片机供电通断控制电路；

图5示出了本发明实施例中传感器供电通断控制电路。

具体实施方式

为使本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，本发明实施例提供了一种新型水表的数据采集方法，包括：

步骤100：获取控制指令，控制指令用于控制水表的数据采集装置进行数据采集；

步骤200：基于所述控制指令，控制数据采集装置进行连续数据采集；

步骤300：判断是否达到模式转换的条件，当判断结果为是则继续进行连续数据采集，当判断结果为否则转换为进行非连续数据采集。

本实施例提供一种新型水表的数据采集方法，其通过获取控制指令控制数据采集装置进行连续数据采集，并且对采集到的数据进行模式转换的条件判断，当判断结果为是则继续进行连续数据采集，当判断结果为否则转换为进行非连续数据采集，相对于现有技术采用持续进行数据采集，本发明在判断模式转换的条件来开启使用进行非连续数据采集，采用非连续数据采集可以降低能量损耗，提高水表电池的使用寿命。

在本实施例的进一步可实施方式中，在判断是否达到模式转换的条件之前，所述数据采集方法还包括：以连续数据采集的方式采集若干次数的水质数据。

在本实施例的进一步可实施方式中，在连续数据采集过程中具有第一时间周期，相应地，进行连续数据采集包括：在每一个第一时间周期进行一次数据采集，在非连续数据采集过程中具有第二时间周期，相应地，所述进行非连续数据采集具体包括：在第二时间周期内进行设定次数的数据采集，并且在第二时间周期内除数据采集以外的时间停止对数据采集装置供电。

举例说明：本实施例中在进行连续数据采集过程中采用第一时间周期为1分钟，即可以每分钟进行一次数据采集，而在非连续数据采集过程采用第二时间周期可以为10分钟，并且在每10分钟进行两次数据采集，在进行数据采集两次数据采集的时候保持数据采集装置供电，而在第二时间周期以内除数据采集以外的时间停止对数据采集装置进行供电。

另外，本实施例的数据采集装置为传感器，其具体可以为浊度、余氯和pH传感器等。

在本实施例的进一步可实施方式中，在每一个第二时间周期结束时，数据采集方法还包括：判断是否达到模式转换的条件，当判断结果为否则继续进行非连续数据采集，当判断结果为是则转换为进行连续数据采集。

本实施例在非连续数据采集的过程中也需要进行判断模式转换的条件，其可以既保证采用非连续数据采集状态下降低能量损耗，也可以保证数据采集的准确性。

具体而言，其在每一个非连续数据采集的采集周期结束时需要在进行转换判断，并且在第二时间周期当中进行两次数据采集。

在本实施例的进一步可实施方式中，模式转换的条件包括第一转换条件和第二转换条件，相应地，判断是否达到模式转换的条件包括：先判断是否达到第一转换条件，当判断结果为否则判断是否达到第二转换条件。

本实施例中设置有第一转换条件和第二转换条件，可以更进一步保证数据采集过程中的准确性。

在本实施例的进一步可实施方式中，判断是否达到模式转换的条件，当判断结果为是则继续进行连续数据采集，当判断结果为否则转换为进行非连续数据采集具体包括：判断每次连续数据采集方式所采集的水质数据是否达到第一转换条件，如果判断结果为是则继续进行连续数据采集，如果判断结果为否则判断最近的两次以连续数据采集方式所采集的水质数据是否达到第二转换条件，如果判断结果为是则继续进行连续数据采集，如果判断结果为否则转换为进行非连续数据采集。

在本实施例的进一步可实施方式中，第一转换条件包括：水质数据是否出现超标，第二转换条件包括：水质数据变化是否差异过大。

本实施例设置两个转换条件，其中第一转换条件为：水质数据是否出现超标，第二转换条件为：水质数据变化是否差异过大，其可以确保水质出现异常情况下采用连续数据采集，可以确保数据采集的准确性，防止水质数据出现异常情况下发生遗漏的情况。

参见图2，本实施例另一方面提供一种新型水表的数据采集系统，包括：

指令获取单元10，用于获取控制指令，所述控制指令用于控制水表的数据采集装置进行数据采集；

数据采集单元20，用于基于所述控制指令，进行连续数据采集；

判断转换单元30，用于判断是否达到模式转换的条件，当判断结果为是则继续进行连续数据采集，当判断结果为否则转换为进行非连续数据采集。

在本实施例进一步可实施方式中，在判断是否达到模式转换的条件之前，所述数据采集单元具体还用于以连续数据采集的方式采集若干次数的水质数据。

在本实施例进一步可实施方式中，在连续数据采集过程中具有第一时间周期，相应地，所述数据采集单元具体用于在每一个第一时间周期进行一次数据采集，在非连续数据采集过程中具有第二时间周期，相应地，所述数据采集单元具体用于在第二时间周期内进行设定次数的数据采集，所述数据采集单元具体还用于在第二时间周期内除数据采集以外的时间停止对数据采集装置供电。

参见图3，具体而言：

1.在采集上报主任务中，主要将水质传感器的供电控制和采集上报方式分为2种模式：连续采集上报模式和非连续采集上报模式。在特定时刻，采集上报主任务必定处在这两种模式中的其中一种，在满足模式转换条件时，可以从当前模式转换到另外一种模式。主控板在开机上电后，默认先进入连续采集上报模式。

2.当系统进入连续采集上报模式后，对各类传感器和传统水表的采集上报周期设为固定1分钟，同时将3种水质传感器的供电设为常开状态，以保证在高频率采集过程中水质数据的准确性。

3.在连续采集上报模式对状态转换的判断条件：当系统进入连续采集上报模式后，需要先积累一定的数据，因此前4次采集不进行模式转换判断，从第5次采集开始，每次采集完毕后都要进行是否进行模式转换的判断。具体的判断方法是先看最近5次的采集中，3种水质传感器采集的水质数据是否出现过超标(超过设定阈值)的情况，如果出现过，则不进行模式转换，如果没有出现过，再看最近2次采集中，3种水质传感器采集的水质数据变化是否差异过大(超过设定阈值)，如果差异过大，则不进行模式转换，如果差异不大，则在下一分钟转入非连续采集模式。

4.当系统进入非连续采集上报模式后，对水质传感器的供电控制和对各类传感器和传统水表的采集上报，以一个较长的时间作为执行周期(一般超过10分钟)，在这里表示为N+1分钟的周期。具体的执行流程是：在执行周期开始的时候，先对三种水质传感器进行断电操作，在若干分钟后对三种水质传感器恢复供电(可以对三种水质传感器同时恢复，也可以分别独立控制恢复的时刻)；由于一些水质传感器断电后需要重新极化才能正常工作，在恢复供电后，需要对水质传感器进行一定时间的极化，因此这一阶段需要对水质传感器保持若干分钟的供电但不进行其他动作；在极化完成后，进行数据采集和上报，在每个执行周期内进行两次采集上报操作(第N分钟和第N+1分钟各一次)，然后结束本次执行周期。在不进行数据上报的阶段，多参数水表与平台之间每分钟进行一次心跳通信以维持基础网络连接。

5.在非连续采集上报模式对状态转换的判断条件：在每个执行周期结束的时刻，都需要进行是否进行模式转换的判断，具体的判断方法是先看在第N分钟和第N+1分钟采集的水质数据，3种水质传感器采集的水质数据是否出现过超标(超过设定阈值)的情况，如果出现过，则在下一分钟进行模式转换，如果没有出现过，再看第N分钟和第N+1分钟采集的水质数据，3种水质传感器采集的水质数据变化是否差异过大(超过设定阈值)，如果差异过大，则在下一分钟进行模式转换，如果差异不大，则保持非连续采集上报模式，并在下一分钟启动一个新的非连续采集上报周期。

举例说明：采用非连续采集上报模式对降低系统功耗的效果。某型水质传感器对探头的极化时间有如下的规定：如果水质传感器探头的断电时间t小于5分钟，其最短极化时间为2*t。假设该探头断电3分钟，其所需要的极化时间为6分钟。这样从断电开始直到第9分钟才第一次采集水质数据，第10分钟第二次采集水质数据，之后进入下一个循环。这样，10分钟一个周期中共断电了3分钟。则1小时可以断电18分钟，一天可以断电7.2小时。由于探头供电时，电压和电流都是常值，因此采用非连续采集上报模式将比采用连续采集上报模式的电能节省30％。尤其是多个探头都应用电池供电时，电能的节省意味着延长电池的使用寿命，将为客户带来直接的好处。

需要说明的是，根据不同原理制造的水质传感器探头，其特性不同。测量同一水质参数的传感器探头，不同厂家不同型号的产品，其是否需要极化，所需极化时间长短以及响应时间长短等也不同。所以，上述最短极化时间为2*t仅是一个示例。但是，到目前发现，所有水质传感器探头都可以采用非连续采集上报模式，并能在水质监测时取得省电的效果。

对于管网水，国家标准规定浊度不能超过1NTU，余氯不能低于0.05mg/L，pH值在6.5到8.5之间。为了实现水质的有效监测，将阈值设为不超过国家标准，并留有一定的余量。假设浊度、余氯和pH在第N分钟的测量值分别为x(N)、y(N)和z(N)，优选地将浊度、余氯和pH的阈值做如下设置。

x(N)<0.8

y(N)>0.05

6.8<z(N)<7.8

在硬件电路上，浊度、余氯和pH三个传感器已经实现了单独供电，因此，它们可以根据当前水质数据采用不同的供电方式，进而采用不同的数据采集上报模式。例如，浊度传感器采用非连续采集上报模式，而余氯和pH传感器采用连续采集上报模式。

作为一种实现方式，也可以同时考虑浊度、余氯和pH三个参数的变化，并将“3种水质传感器采集的水质数据是否出现过超标”的条件设为x(N)<0.8&&y(N)>0.05&&6.8<z(N)<7.8。其中，符号“&&”表示逻辑与。在判断条件中，只要有一个表达式为假，整个判断条件为假。即浊度、余氯和pH有一项超标，则浊度、余氯和pH三个传感器同时采用连续采集上报模式。

上述步骤中，在第N分钟和第N+1分钟采集水质数据，并比较两者的差值，是为了检测传感器是否处于正常工作状态。对于管网水来说，浊度、余氯和pH三项水质参数在一分钟之内出现较大变化的可能性不大。但是，如果传感器出现故障或损坏，测量值的重复性将变差，于是在第N分钟和第N+1分钟的水质数据会出现较大变化。

通过上述流程，实现了根据不同的水质情况，灵活采取不同的水质传感器供电控制和采集上报方法。一方面，在水质出现异常的情况下(水质数据超标或者变化速度过快)，通过连续采集上报模式可以集中采集上报大量数据，供用户对水质异常的情况进行持续的关注和详细的数据分析；另一方面，在绝大多数情况下，水质数据处于正常和平稳的状态，用户对数据的要求相对较低，通过对水质传感器间歇式的供电控制，和采取低频率的采集上报机制，可大幅降低系统的功耗。

在硬件设计方面，采用的具体方法如图4和图5所示：

1.如图4所示，MCU单片机可通过若干个独立的传感器供电通断控制电路分别独立控制三个水质传感器和一些其他的传感器(比如压力传感器、温度传感器等)，可在各个传感器不采集数据且不进行数据通信的时候关闭传感器的供电以节省功耗，为主控板对各个传感器实现间歇式供电机制提供了硬件基础。

2.如图5所示，传感器供电通断控制电路主要由三极管和场效应管组成。

3.当MCU单片机通过Pout引脚输出一个高电平信号时，三极管会首先导通，这时原本加在场效应管栅极的电平由高变为低，场效应管的状态由截止变为导通，电流从输入端流向输出端，驱动传感器工作。

4.当MCU单片机控制Pout引脚的电信号由高电平变回低电平，此时三极管由导通状态回到截止状态，场效应管的栅极由低电平变为高电平，同时场效应管的状态由导通变为截止，电流无法通过场效应管，传感器停止工作。(传感器控制电路)

相比单独使用三极管，这种传感器供电通断控制电路能较大程度上提高其电流驱动能力，以满足各个传感器(特别是水质传感器)在测量及上报数据时所需的大电流，而且压控型的场效应管会比流控型的三极管的功耗更小，能延长多参数水表的电池使用寿命，降低更换电池的成本。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种新型水表的数据采集方法，其特征在于，包括：

获取控制指令，所述控制指令用于控制水表的数据采集装置进行数据采集；

基于所述控制指令，控制数据采集装置进行连续数据采集；

判断是否达到模式转换的条件，当判断结果为是则继续进行连续数据采集，当判断结果为否则转换为进行非连续数据采集。

2.根据权利要求1所述的数据采集方法，其特征在于，在判断是否达到模式转换的条件之前，所述数据采集方法还包括：以连续数据采集的方式采集若干次数的水质数据。

3.根据权利要求1所述的数据采集方法，其特征在于，在连续数据采集过程中具有第一时间周期，相应地，所述进行连续数据采集包括：在每一个第一时间周期进行一次数据采集，在非连续数据采集过程中具有第二时间周期，相应地，所述进行非连续数据采集具体包括：在第二时间周期内进行设定次数的数据采集，并且在第二时间周期内除数据采集以外的时间停止对数据采集装置供电。

4.根据权利要求3所述的数据采集方法，其特征在于，在每一个第二时间周期结束时，所述数据采集方法还包括：判断是否达到模式转换的条件，当判断结果为否则继续进行非连续数据采集，当判断结果为是则转换为进行连续数据采集。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的数据采集方法，其特征在于，所述模式转换的条件包括第一转换条件和第二转换条件，相应地，所述判断是否达到模式转换的条件包括：先判断是否达到第一转换条件，当判断结果为否则判断是否达到第二转换条件。

6.根据权利要求5所述的数据采集方法，其特征在于，所述判断是否达到模式转换的条件，当判断结果为是则继续进行连续数据采集，当判断结果为否则转换为进行非连续数据采集具体包括：判断每次连续数据采集方式所采集的水质数据是否达到第一转换条件，如果判断结果为是则继续进行连续数据采集，如果判断结果为否则判断最近的两次以连续数据采集方式所采集的水质数据是否达到第二转换条件，如果判断结果为是则继续进行连续数据采集，如果判断结果为否则转换为进行非连续数据采集。

7.根据权利要求5所述的数据采集方法，其特征在于，所述第一转换条件包括：水质数据是否出现超标，所述第二转换条件包括：所述水质数据变化是否差异过大。

8.一种新型水表的数据采集系统，其特征在于，包括：

指令获取单元，用于获取控制指令，所述控制指令用于控制水表的数据采集装置进行数据采集；

数据采集单元，用于基于所述控制指令，进行连续数据采集；

判断转换单元，用于判断是否达到模式转换的条件，当判断结果为是则继续进行连续数据采集，当判断结果为否则转换为进行非连续数据采集。

9.根据权利要求8所述的数据采集系统，其特征在于，在判断是否达到模式转换的条件之前，所述数据采集单元具体还用于以连续数据采集的方式采集若干次数的水质数据。

10.根据权利要求8所述的数据采集系统，其特征在于，在连续数据采集过程中具有第一时间周期，相应地，所述数据采集单元具体用于在每一个第一时间周期进行一次数据采集，在非连续数据采集过程中具有第二时间周期，相应地，所述数据采集单元具体用于在第二时间周期内进行设定次数的数据采集，所述数据采集单元具体还用于在第二时间周期内除数据采集以外的时间停止对数据采集装置供电。

Images