CN113132024A - 水声通信中继组件及供水系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种水声通信中继组件及供水系统，其中，水声通信中继组件包括壳体、声波发射单元、声波接收单元和无线通信单元，壳体的内部限定出进水腔室；声波发射单元配置为将发送指令转化为向水管内的水发送的第一超声波信号；声波接收单元配置为接收水管内的水中传输的第二超声波信号，并转换为接收指令；无线通信单元与声波发射单元和声波接收单元分别连接，并配置成与控制终端进行无线通信，以传输发送指令和接收指令。本发明利用超声波实现对供水设备与用水设备之间通信，可实现供水设备与多个距离较远的用水设备之间的通信不受墙体等因素的影响，而且传输快速、稳定，易于推广使用。

Description

水声通信中继组件及供水系统

技术领域

本发明涉及供水技术领域，特别是涉及一种水声通信中继组件及供水系统。

背景技术

随着人们生活水平日益提高，热水器使用率越来越高。由于考虑设计和安装等因素，现有的热水器安装位置和使用位置往往在不同区域，例如在热水器安装在阳台，而用水设备安装在卫生间等地方，因此用水设备与燃气热水器之间需要通信连接。

目前的通信方式包括有线方式和无线电波通信的方式，但目前这两类方式都存在一定的问题。有线方式需要在用水区域安装信号线，其施工、维护成本大。电力载波技术虽然可以利用预装好的电力线进行通信，但是其引入了220V的市电，增大了触电的危险；无线电波通信方式虽然免去了对通信线的依赖，但是自身也存在以下缺陷：在实际应用中，由于用水端与燃气热水器通常设置在不用区域，他们之间可能存在多层墙体，墙体的阻隔会影响通信信号，使通信不稳定，甚至造成无法通信的问题。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明，以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的水声通信中继组件。

本发明一个进一步的目的是利用超声波在供水设备与用水设备进行通信。

本发明另一个进一步的目的是在超声波通信的基础上提高热水器与用水设备通信的稳定性和可靠性。

特别地，本发明提供了一种水声通信中继组件，设置于水管上，包括：

壳体，其内部限定出进水腔室，所述进水腔室具有开口，所述开口用于连通所述水管；

声波发射单元，至少部分设置在所述进水腔室内，配置为将发送指令转化为向所述水管内的水发送的第一超声波信号；

声波接收单元，至少部分设置在所述进水腔室内，配置为接收所述水管内的水中传输的第二超声波信号，并转换为接收指令；以及

无线通信单元，与所述声波发射单元和所述声波接收单元分别连接，并配置成与控制终端进行无线通信，以传输所述发送指令和所述接收指令。

进一步地，所述壳体的内部还限定出电路安装腔，所述电路安装腔与所述进水腔室相隔绝；并且所述水声通信中继组件还包括：

电路板，设置于所述电路安装腔内，并且所述声波发射单元的电路部件、所述声波接收单元中的电路部件和所述无线通信单元均集成于所述电路板。

进一步地，所述声波发射单元的电路部件包括：

调制模块，与所述无线通信单元电连接，配置成接收所述发送指令并进行调制，从而得到发送信号；并且

所述声波发射单元包括：

超声波换能器，设置在所述进水腔室内且与所述调制模块电连接，配置成将所述发送信号转换为所述第一超声波信号。

进一步地，所述声波发射单元的电路部件还包括：

功率放大电路，设置在所述调制模块与所述超声波换能器之间，配置为放大所述发送信号的功率，以满足所述超声波换能器的转换要求。

进一步地，所述声波接收单元包括：

超声波传感器，设置在所述进水腔室内，配置成接收所述第二超声波信号，并将所述第二超声波信号转换为接收信号；

所述声波接收单元的电路部件包括：

解调模块，与所述超声波传感器电连接，配置成对所述接收信号进行解调，从而得到所述接收指令。

进一步地，所述声波接收单元的电路部件还包括：

信号放大电路，设置在所述解调模块与所述超声波传感器之间，配置为放大所述接收信号，以满足所述解调模块的解调要求。

进一步地，所述第一超声波信号与所述第二超声波信号配置为频率不同。

进一步地，所述发送指令配置成具有所述控制终端的识别码，以识别所述发送指令的来源。

进一步地，所述无线通信单元为蓝牙模块或Wi-Fi无线传输模块。

本发明还提供一种供水系统，包括：

供水设备；

至少一个用水设备，通过水管与所述供水设备相连，所述供水设备以及所述用水设备内分别具有控制终端；以及

多个根据权利要求上述的水声通信中继组件，分别设置于所述水管中邻近所述供水设备的位置以及邻近每个所述用水设备的位置处，以与对应的所述控制终端进行无线通信。

本发明的水声通信中继组件中声波发射单元能够将用水设备的控制指令或供水设备的反馈指令转化为超声波信号，并且声波接收单元能够将水管内的超声波信号转化为无线电波信号。利用声波接收单元和声波发射单元实现信号的转化，在供水设备与用水设备之间建立稳定的通信传输且不受墙体、距离等客观因素影响的特点。

进一步地，本发明的超声波传感器接收频率与超声波换能器发出的频率不同，能够避免热水器自身发出的超声波信号被自身受到，造成通信混乱。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本发明一个实施例中供水系统的工作原理框图；

图2是根据本发明另一个实施例中供水系统的示意图；

图3是图2中A处放大图。

具体实施方式

请参考图1至图3，图1是根据本发明一个实施例的供水系统的工作原理框图，图2是根据本发明另一个实施例中供水系统与水声通信中继组件的安装关系示意图，图3是图2中A处放大图。供水系统一般性地可包括水声通信中继组件10、供水设备20和用水设备30，图1示出的用水设备30为一个，可以明确的是，用水设备30的数量也可以多个，其工作原理同样适用于本实施例。

供水设备20一般性地包括加热装置，本实施例的供水设备20为热水器，热水器可以燃气热水器、太阳能热水器、空气能热水器等，本申请的实施例对热水器的类型、工作方式等不做具体限定。供水设备20还包括具有与水声通信中继组件10进行无线通信的控制终端。

用水设备30通过水管40与供水设备20连接，一般情况下，用水设备30的数量可以为多个，而且每个用水设备30均可与供水设备20进行通信。用水设备30也包括具有与水声通信中继组件10进行无线通信的控制终端。

在现有的供水系统中，供水设备20与用水设备30可以通过无线电波实现通信，方便了用户对供水设备20的控制。但是，在实际应用过程中，由于供水设备20与用水设备30一般布置在不同的空间，距离较远，而且之间可能存在客观的阻隔，例如墙体、生活物品等，这样会导致无线电波信号收到影响，甚至造成无法通信的情况。

鉴于上述问题，本申请的实施中的供水系统还包括水声通信中继组件10，水声通信中继组件10分别设置于水管40中邻近供水设备20的位置以及邻近每个用水设备30的位置处，配置为供水设备20与用水设备30进行声波通信。超声波是一种频率高于20KHz赫兹的声波，它的方向性好，反射能力强，易于获得较集中的声能，在水中传播距离远，利用超声波能够克服供水设备20与用水设备30的通信缺陷。

水声通信中继组件10一般性地可包括：壳体110、声波发射单元100、声波接收单元200和无线通信单元120。壳体110其内部限定出进水腔室，进水腔室具有开口，开口配置成为连通水管40。

声波发射单元100至少部分设置在所述安装腔室内，配置为将发送指令转化为向水管40内的水发送的第一超声波信号，该发送指令可以为用水设备30的控制指令或供水设备20的反馈指令。即对于设置在供水设备20的水声通信中继组件10，声波发射单元100配置为将供水设备20的反馈指令转化为超声波信号，同样地，对于设置在用水设备30的水声通信中继组件10中，声波发射单元100配置为将用水设备30的控制指令转化为超声波信号。该控制指令可以包括但不限于启停热水器、加热、升温和降温等信息，反馈指令可以包括但不限于实时水温、加热状态等信息。

声波接收单元200至少部分设置在进水腔室内，配置为接收水管40内的水中传输的第二超声波信号，并转换为接收指令。对于设置在供水设备20的水声通信中继组件10，声波接收单元200配置为接收水管40内用水设备30的控制指令，同样地，对于设置在用水设备30的水声通信中继组件10中，声波接收单元200配置为接收水管40内供水设备20的反馈指令。

无线通信单元120与声波发射单元100和声波接收单元200分别连接，并配置成与控制终端进行无线通信，以传输发送指令和接收指令。本实施例中的无线通信单元120为蓝牙模块或Wi-Fi无线传输模块，无线通信单元120能够与供水设备20的控制终端或者用水设备30的控制终端进行无线通信。对于设置在供水设备20的水声通信中继组件10，无线通信单元120能够将声波接收单元200转换的接收指令以无线波的形式传输至供水设备20。

本申请的实施例中，设置在用水设备30的水声通信中继组件10中的声波发射单元100能够与设置在供水设备20的水声通信中继组件10中声波接收单元200进行声波通信。设置在供水设备20的水声通信中继组件10中声波发射单元100与设置在用水设备30的水声通信中继组件10中声波接收单元200进行声波通信。

本申请一些实施例中，声波发射单元100的电路部件包括调制模块140，声波发射单元包括超声波换能器160。

调制模块140与无线通信单元120电连接，配置成接收发送指令并进行调制，从而得到发送信号，调制模块140是将无线通信单元120转化的信号进行特殊处理，使调制后的信号更加稳定。本申请的实施例中，调制模块140是将待调制信号加载到高频振荡信号上的过程，其实质是将待调制信号搬移到高频载波上，目的是把要传输的模拟信号或数字信号变换成适合信道传输的高频信号。这里需要说明的是，本实施例提供一种信号调制方式，信号调制还有更多的方式，只要能实现本发明的调制目的调制方式均适用于本实施例，即将无线通信单元120接收的发送指令和所述接收指令调制为更加适合传输的传输信号，这里不再作一一阐述。

超声波换能器160设置在进水腔室内且与调制模块140电连接。超声波换能器160是一种将输入的电信号转换成超声波的装置，且其自身消耗很少的一部分功率。超声波换能器160配置成将发送信号转换为第一超声波信号。

在本申请一些实施例中，所述声波发射单元100还包括功率放大电路310，功率放大电路310设置在调制模块140与超声波换能器160之间，配置为放大发送信号的功率，以满足超声波换能器160的转换要求。超声波换能器160直接驱动负载，即转换将电信号为超声波信号，此时需要较大的能量来驱动，功率放大电路310能够放大信号功率以满足所述超声波换能器160的转换要求，并将向水管40发送稳定的超声波信号，从而提高了信号传输的可靠性。

本申请一些实施例中，声波接收单元200包括超声波传感器220，所述声波接收单元的电路部件包括解调模块240。

超声波传感器220设置在进水腔室内，配置成接收第二超声波信号，并将第二超声波信号转换为接收信号。超声波传感器220是将超声波信号转换成其他能量信号的传感器。本申请的实施例中，超声波传感器220接收水管40内的第二超声波信号并将该信号转换为接收电信号。

解调模块240与超声波传感器220和无线通信单元120分别电连接，配置成对接收信号进行解调，从而得到接收指令，并将接收指令传输至无线通信单元120。

本申请一些实施例中，声波接收单元200的电路部件还包括：信号放大电路320。信号放大电路320被配置为放大超声波传感器220转换的接收信号，以满足所述解调模块240的解调要求。为了提高超声波传感器220接收并转换的控制指令或反馈指令信号的质量并且完成归一化，信号放大电路320将控制指令或反馈指令信号进行放大以满足解调模块240的接收要求。

在申请另外一些实施例中，为了进一步保证通信的稳定性和可靠性，所述第一超声波信号与所述第二超声波信号配置为频率不同。由于每个水声通信中继组件10均配置有超声波换能器160和超声波传感器220，为了避免同一水声通信中继组件10的超声波换能器160发出的超声波信号被超声波传感器220接收到，造成通信混乱，可以将第一超声波信号与所述第二超声波信号配置为频率不同。例如，用水设备30的超声波换能器160将传输信号转换为频率为40KHz的第一超声波向水管40内发送，用水设备30的超声波传感器220配置成接收所述水管40内以频率为60KHz传播的第二超声波信号，这样可以实现同一水声通信中继组件10的超声波换能器160发出的超声波信号不能被超声波传感器220接收到。同时，供水设备20的超声波换能器160将传输信号转换为频率为60KHz的第一超声波在水管40内传播，供水设备20的超声波传感器220配置成接收水管40内以频率为40KHz传播的第二超声波信号，两种不同频率的超声波互不干扰，从而实现双向同时通信。

请参考图2和图3，本申请一些实施例中，壳体110的内部还限定出电路安装腔。电路安装腔与进水腔室相隔绝，并且水声通信中继组件10还包括电路板130，电路板130设置于电路安装腔内，并且声波发射单元的电路部件、声波接收单元中的电路部件和无线通信单元120均集成于电路板130。

本申请一些实施例中，所述水声通信中继组件10还包括供电模块，配置成为系统各用电单元供电。

优选地，所述发送指令配置成具有所述控制终端的识别码，以识别所述发送指令的来源。供水设备20所发送的发送指令和每个所述用水设备30所发送的发送指令均携带有能识别各自来源的信息。识别码实际上对供水设备20和各用水设备30的编码进行标记，经过精准识别超声波信号的来源，进一步提高了供水系统信号传输的稳定性。

本申请实施例中，供水系统的工作原理为：供水设备20和用水设备30上分别设置有水声通信中继组件10。用水设备30将用户的控制指令输入至用水设备30的控制终端，该控制终端通过无线波通信的方式与用水设备30上的水声通信中继组件10中声波发射单元100进行通信，将携带有用户的控制指令的发送信号转化为超声波信号传输出去。供水设备20的水声通信中继组件10中声波接收单元200能够接受到水管40中的该超声波信号，并将该超声波信号转化为无电波信号传输至供水设备20。同样地，供水设备20的控制终端将反馈指令通过无线波通信的方式与供水设备20上的水声通信中继组件10中声波发射单元100进行通信，并将携带有反馈指令的信号转化为超声波信号传输出去。用水设备30的水声通信中继组件10中声波接收单元200能够接受到水管40中的该超声波信号，并将该超声波信号转化为无电波信号传输至用水设备30。至此，利用水声通信中继组件10可以完成供水设备20和用水设备30双向通信，并且利用声波传输能够克服供水设备20和用水设备30之间的距离远、有阻隔等客观影响，提高了通信的稳定性和可靠性。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (10)

1.一种水声通信中继组件，设置于水管上，包括：

壳体，其内部限定出进水腔室，所述进水腔室具有开口，所述开口用于连通所述水管；

声波发射单元，至少部分设置在所述进水腔室内，配置为将发送指令转化为向所述水管内的水发送的第一超声波信号；

声波接收单元，至少部分设置在所述进水腔室内，配置为接收所述水管内的水中传输的第二超声波信号，并转换为接收指令；以及

无线通信单元，与所述声波发射单元和所述声波接收单元分别连接，并配置成与控制终端进行无线通信，以传输所述发送指令和所述接收指令。

2.根据权利要求1所述的水声通信中继组件，其中，

所述壳体的内部还限定出电路安装腔，所述电路安装腔与所述进水腔室相隔绝；并且

所述水声通信中继组件还包括：

电路板，设置于所述电路安装腔内，并且所述声波发射单元的电路部件、所述声波接收单元中的电路部件和所述无线通信单元均集成于所述电路板。

3.根据权利要求2所述的水声通信中继组件，其中，

所述声波发射单元的电路部件包括：

调制模块，与所述无线通信单元电连接，配置成接收所述发送指令并进行调制，从而得到发送信号；并且

所述声波发射单元包括：

超声波换能器，设置在所述进水腔室内且与所述调制模块电连接，配置成将所述发送信号转换为所述第一超声波信号。

4.根据权利要求3所述的水声通信中继组件，其中，所述声波发射单元的电路部件还包括：

功率放大电路，设置在所述调制模块与所述超声波换能器之间，配置为放大所述发送信号的功率，以满足所述超声波换能器的转换要求。

5.根据权利要求2所述的水声通信中继组件，其中，

所述声波接收单元包括：

超声波传感器，设置在所述进水腔室内，配置成接收所述第二超声波信号，并将所述第二超声波信号转换为接收信号；并且

所述声波接收单元的电路部件包括：

解调模块，与所述超声波传感器和所述无线通信单元分别电连接，配置成对所述接收信号进行解调，从而得到所述接收指令。

6.根据权利要求5所述的水声通信中继组件，其中，所述声波接收单元的电路部件还包括：

信号放大电路，设置在所述解调模块与所述超声波传感器之间，配置为放大所述接收信号，以满足所述解调模块的解调要求。

7.根据权利要求1所述的水声通信中继组件，其中，

所述第一超声波信号与所述第二超声波信号配置为频率不同。

8.根据权利要求1所述的水声通信中继组件，其中，

所述发送指令配置成具有所述控制终端的识别码，以识别所述发送指令的来源。

9.根据权利要求1所述的水声通信中继组件，其中，

所述无线通信单元为蓝牙模块或Wi-Fi无线传输模块。

10.一种供水系统，包括：

供水设备；

至少一个用水设备，通过水管与所述供水设备相连，所述供水设备以及所述用水设备内分别具有控制终端；以及

多个根据权利要求1至9中任一项所述的水声通信中继组件，分别设置于所述水管中邻近所述供水设备的位置以及邻近每个所述用水设备的位置处，以与对应的所述控制终端进行无线通信。

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