CN113359878A - 一种物联网承载的流量控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种物联网承载的流量控制系统，至少包括：流量监测模块，用以利用装配在供应管线上的至少一个传感器和/或仪表设备对经由供应管线的流体的监测数据进行采集和/或检测；流量调控模块，用以调控经供应管线提供至用户端的流体的供应状态；数据处理模块，至少与流量监测模块和流量调控模块相连，用于至少基于通过数据获取模块从IC卡所获得的第一信息和/或由流量监测模块所采集到的流体监测数据来计算并更新用户账户信息；通讯模块，至少与流量监测模块和数据处理模块相连，用于将由数据处理模块更新后的用户账户信息和/或流体监测数据通过网络传输至智能管理平台；智能管理平台，用于对至少一个通讯模块回传的数据进行统计分析。

Description

一种物联网承载的流量控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及物联网控制技术领域，尤其涉及一种物联网承载的流量控制系统及控制方法。

背景技术

目前，国内的流量计监测方式主要采用的是人工挨家挨户的抄表，这种方式工作量大，容易因人为因素而误抄或者漏抄，影响数据的准确性。现在居民小区以高层建筑为主，需要雇佣大量的人力进行抄表工作，在监控方面，以表数为准，在整个收费期间若发生流量计的表数故障，燃气公司根本无法掌握，由于用户基数大，流量数据多，对用户信息和数据很难进行统一的管理。在用户使用方面，用户很难实时查看流量数据，以往的数据也无从得知，对流量使用情况也无法进行分析。在收费系统方面，国内流量计大多使用IC卡充值，甚至有的地方需要到指定地点进行缴费，这种方式下的手续比较繁琐，充值麻烦。

随着技术的不断进步和市场需求的变化，流量计仪表正在不断地朝着网络化和智能化的方向发展，将流量计接入网络已成为一种必然趋势。现有技术中如公开号为CN105628099A的专利文献提出了一种远程自供电管道流体流量监控器，其通过流体发电装置将流体能量转换为电能，并储存在充电电池上，实现了自供电和能量保存的技术效果；并通过WIFI模块或GPRS模块，实现了无线远程传输的技术效果；并通过微控制器来分析流体流速信息，从而起到了监控管道流体流量的技术效果，并省掉了流体监控模块，使结构更加简单，成本低廉，体积更小；同时该监控器只在有流体流动的情况下才唤醒单片机和无线远程传输，不需要持续性的消耗电能，使得自供电系统足以提供用电电路的使用。为实现上述目的，该专利文献主要公开了以下技术方案：一种远程自供电管道流体流量监控器，包括流体发电装置和储能监测装置，所述的流体发电装置通过导线与储能监测装置连接，所述的储能监测装置包括智能控制板和充电电池，所述的智能控制板包括微控制器、无线通信模块，所述的智能控制板通过导线与充电电池、流体发电装置连接，所述的流体发电装置连接在管道上，将流体能量转换为电能，储存在充电电池上，供智能控制板工作，所述的微控制器根据接收到的电信号得出流体流速信息，并控制无线通信模块将流体流量信息实时发送到服务器端。

又如现有技术中公开号为CN101255947B的专利文献提出了一种流体流量自动采集计量系统，所述流体流量自动采集计量系统包括：一控制中心站，设置有实时服务器和历史服务器，所述实时服务器上设置有用于存储实时数据的实时数据库和上位监控软件，所述历史服务器上设置用于存储历史数据的历史数据库，所述上位监控软件是基于Windows操作系统平台的软件，用于对生产运行情况进行监控和管理，对工艺对象进行数据采集，对工艺过程和重要设备进行控制，同时还能够实现管网在线模拟仿真、设备运行优化、制定输送计划、泄漏检测及定位、计量管理、模拟培训，在电子地图上的定位显示和控制，采用多种方式对实时数据和历史数据进行查询，将来自各远程控制单元的运行和操作的所有数据、报警和事件整合并转化成各类报表，自动抄送各级管理部门，用以实施企业生产、调度和管理的自动化、智能化；至少一远程控制单元，用于对现场数据进行实时处理，并作为原始数据发送至控制中心站，所述远程控制单元为直接连接到现场各种工业设备的开放式远程控制终端，包括至少一现场流量记录装置，用于采集流量计量现场的流体流量数据，远程控制单元是系统的基本组成单元，它是直接连接到现场各种工业设备的开放的远程控制终端，为现场与各种远端计算机系统之间提供远程设备而设计，远程控制单元是一个真正开放的、易于集成的系统，一个远程控制单元可以有几个，几十个或几百个I/O点，可以放置在测量点附近的现场；一通讯网络，用于连接控制中心站和远程控制单元，为控制中心站和远程控制单元之间提供必需的数据通道，通讯网络系统的主要功能是为远程监控功能提供必需的数据通道，这些数据通道连接着各种不同的控制中心和远程站点。

上述专利文献针对远程流量的监测以及信息交互提出了不同的技术方案，虽然其技术方案可使流量数据的可视化以及管理化增强，但上述技术方案仍未解决现有的流量充值方式麻烦的问题。

此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

发明内容

针对现有技术中提出的远程自供电管道流体流量监控器，虽然可使流量数据的可视化以及管理化增强，但上述技术方案仍未解决现有的流量充值方式麻烦的问题。对此，本发明提供了一种物联网承载的流量控制系统，至少包括：流量监测模块，用以利用装配在供应管线上的至少一个传感器和/或仪表设备对经由供应管线的流体的监测数据进行采集和/或检测；流量调控模块，其装配在供应管线上，用以调控经供应管线提供至用户端的流体的供应状态；数据处理模块，至少与流量监测模块和流量调控模块相连，用于至少基于通过数据获取模块从IC卡所获得的第一信息和/或由流量监测模块所采集到的流体监测数据来计算并更新用户账户信息；通讯模块，至少与流量监测模块和数据处理模块相连，用于将由数据处理模块更新后的用户账户信息和/或流体监测数据通过网络传输至智能管理平台；智能管理平台，用于对至少一个通讯模块回传的数据进行统计分析。

本申请还提出了一种物联网承载的流量控制系统，至少包括：流量监测模块，用以利用装配在供应管线上的至少一个传感器和/或仪表设备对经由供应管线的流体的监测数据进行采集和/或检测；通讯模块，至少与流量监测模块和数据处理模块相连，用于将数据储存模块中实时更新的用户账户信息和/或流体监测数据通过网络传输至智能管理平台；智能管理平台，其可与由用户操作的智能终端进行信息交互以实现远程账户充值和/或账户数据查询，对来自通讯模块的数据进行统计分析并可将分析结果中的第二信息回传至通讯模块；数据处理模块，至少与流量监测模块和通讯模块相连，用于至少基于通过数据获取模块从IC卡所获得的第一信息、由流量监测模块所采集到的流体监测数据和由智能管理平台回传的第二信息中的至少一个来计算并更新用户账户信息；流量调控模块，其装配在供应管线上，可根据用户账户信息来调控经供应管线提供至用户端的流体的供应状态。

本申请通过流量监测模块、流量调控模块、数据处理模块、数据获取模块、IC卡和智能管理平台之间的相互配合，可以省去大量人工抄表成本以及统计核算所需成本，智能管理平台与数据处理模块彼此信息交互，可以及时地核算最新的用户账户信息，用户可随时查看自家使用的流量数据或账户信息，及时核对用量情况。用户可通过手机等智能终端实现自主充值，处理效率高且准确。智能管理平台以及数据处理模块中提前预设有与当前用户账户信息相对应的实时更新的预警阈值。在达到预设的预警阈值时，向用户发出预警以提示用户及时地充值，或控制流量阀关闭，停止供应，直至用户向智能管理平台或数据处理模块充值则将自动指示流量阀恢复至供应状态。用户既可以选择在线下充值IC卡再将IC卡内充值信息读取到数据处理模块中去的线下充值方式，也可以选择在线上通过智能终端例如手机电脑等进行账户充值，充值方式方便。

根据一种优选实施方式，所述流量控制系统还包括流量调控模块，其与装配在供应管线上的至少一个传感器和/或仪表设备相连，并且可根据数据处理模块更新得到的用户账户信息来调控经供应管线提供至用户端的流体的供应状态。

根据一种优选实施方式，所述流量控制系统还包括能量输入模块，其装配在供应管线上且用以通过至少两种不同的能量捕获方式来捕获经由供应管线的流体的间歇式能量并将其转换为电能予以输出。

现有技术中如公开号为CN107606258B的专利文献提出了一种具有自发电、数据采集、自动控制功能的智能减压阀系统及控制方法。智能减压阀系统包括发电装置、数据采集组件、数据处理装置和显示终端；所述发电装置包括垂直于流体流向设置的发电组件和设于阀体外部的电池组件；所述阀体连在主管道上，阀体并联有旁通管道，所述发电组件设置于旁通管道内部；所述发电组件包括发电机组和转轮，所述转轮通过转轴与发电机组的转子连接；所述转轮包括叶片、上底座和下底座；所述数据采集组件设于阀体阀前和/或阀内和/或阀后，所述数据处理装置根据数据采集组件提供的实时参数来对执行器进行相应操作。该智能减压阀能自发电，并且发电性能稳定；具有数据采集、处理和显示功能。

该技术方案提出了利用流体动能来实现自发电的智能减压阀系统，根据流体流速的变化相应地调控直接作用于发电组件的流体流量大小，以此避免不同流体流速下对发电组件的作用不同而导致的发电不稳定甚至影响电池使用寿命的问题。并且，在该技术方案中，当流体流速较大时，流体作用较大而使得发电组件整体呈倾斜状，流体与发电组件上叶片之间的有效作用减小；当流体流速较小时，流体作用减小，发电组件恢复至竖直状，流体与叶片之间的有效作用增大。即，在该技术方案中，在变化的流速流量下也可基本维持发电组件的较为平稳而不易出现突变的发电性能。然而，该技术方案至少存在以下问题：

一方面，该系统所实现的稳定保障发电性能，实际是在发电量持续较低的前提下建立的，即使是在能够实现更高发电量的高流速下，该系统也只能获取较低发电量，无法充分利用流体动能，难以满足储能需求，继而无法有效保障多个用电部件的持续用电。

另一方面，该系统所称的稳定保障发电性能，还是基于流体流速均匀变化的假设条件所提出的理想效果。例如，在需要使用流体时，大多数用户有直接关闭流体阀门或直接将流体阀门打开到最大的习惯，即，在该操作下，在短时间内，管道内流体的流速在较低值与较高值之间将发生陡然变化，而不是均匀变化。若采用上述技术方案所提出的智能减压阀系统，则将导致其发电组件的发电性能无法维持平稳。例如，在从高流体流速陡然降为接近于零的低流体流速时，在上述技术方案中，发电组件受到其自身重力作用以及弹簧所释放的弹性势能的共同作用，发电组件将迅速地由倾斜状转换至垂直状，无法保障平稳发电。又例如，在从低流体流速陡然升为高流体流速时，在上述技术方案中，高流速的流体直接冲击在发电组件的叶片上促使其转动，随着流体流速进一步升高，继而导致发电组件的倾斜，即，在该情况下，发电组件的发电量将出现陡然变化，无法保障平稳发电。

对此，本申请还提出了一种物联网承载的流量控制系统，包括：至少一个流体测控组件，其装配在供应管线上用以获取经由供应管线提供的流体的监测数据；至少一个通讯模块，其可与物联网设备进行信息交互以及将由流体测控组件所采集到的监测数据传输至物联网设备；能量输入模块，其装配在供应管线上且用以通过至少两种不同的能量捕获方式来捕获经由供应管线的流体的间歇式能量并将其转换为电能予以输出。

本申请还提出了一种物联网承载的流量控制系统，包括：电源管理模块，用于至少为装配在供应管线上的至少一个用能设备提供电能；能量输入模块，其装配在供应管线上且可通过至少两种不同的能量捕获方式以电能转换变化量可控的方式来捕获经由供应管线的流体的间歇式能量并将其转换为用以输出至电源管理模块的电能。能量捕获方式的不同可以是指彼此结构不同的至少两个能量捕获单元，也可以是指将流体动能转换至电能的发电过程的工作原理不同的至少两个能量捕获单元。电能转换量可控的方式并非指绝对精准地控制转换得到多少电能，而主要是指控制电能的变化量，以非陡变的形式供应电能。

根据一种优选实施方式，能量输入模块至少包括具有大叶片组件和小叶片组件的叶片式发电单元，其中，在流体流动的情况下能量输入模块可调控大叶片组件与小叶片组件之间的相对运动状态以实现在不同流体流速下的能量捕获最大化。

根据一种优选实施方式，叶片式发电单元中还包括叶片转轴和第一阻尼单元，其中，能量输入模块可通过耦合于叶片转轴上的第一阻尼单元来调控均设于叶片转轴上的大叶片组件与小叶片组件之间的相对运动状态。

根据一种优选实施方式，能量输入模块可通过切换第一阻力可变区域相对叶片转轴所形成的限制活动姿态和解除限制姿态来调控叶片转轴与大叶片组件在流体中的工作状态。

根据一种优选实施方式，能量输入模块可借助于流体动能结合切换第一阻尼单元的限制活动姿态或解除限制姿态的方式来调控大叶片组件的叶片间隔在具有流体供应方向的供应管线内的相对姿态。

根据一种优选实施方式，能量输入模块还被配置为在监测数据触发预设的叶片间隔姿态调整条件时，调控第一阻尼单元切换至解除限制姿态，大叶片组件在流体下被驱动转动，以此调整大叶片组件上叶片间隔的相对姿态。

根据一种优选实施方式，大叶片组件的叶片间隔在供应管线内的相对姿态的调控可以是以控制大叶片组件的调整速度的方式完成。

本申请还提出了一种物联网承载的流量控制方法，至少包括：利用装配在供应管线上的至少一个传感器和/或仪表设备对经由供应管线的流体的监测数据进行采集和/或检测；调控经供应管线提供至用户端的流体的供应状态；至少基于通过数据获取模块从IC卡所获得的第一信息和/或由流量监测模块所采集到的流体监测数据来计算并更新用户账户信息；将由数据处理模块更新后的用户账户信息和/或流体监测数据通过网络传输至智能管理平台；由智能管理平台对至少一个通讯模块回传的数据进行统计分析。

本申请还提出了一种物联网承载的流量控制方法，至少包括：通过装配在供应管线上的至少一个流体测控组件来获取经由供应管线提供的流体的监测数据；通过至少一个通讯模块与物联网设备进行信息交互以及将由流体测控组件所采集到的监测数据经通讯模块传输至物联网设备；利用装配在供应管线上的能量输入模块，通过至少两种不同的能量捕获方式来捕获经由供应管线的流体的间歇式能量并将其转换为电能予以输出。

本申请还提出了一种物联网承载的流量控制方法，至少包括：利用装配在供应管线上的能量输入模块，通过至少两种不同的能量捕获方式以电能转换变化量可控的方式来捕获经由供应管线的流体的间歇式能量并将其转换为用以输出至电源管理模块的电能。

附图说明

图1是本发明提供的流量控制系统的简化模块连接关系示意图；

图2是本发明提供的流量控制系统的信息传输过程的简化示意图；

图3是本发明提供的自发电机构的简化结构示意图；

图4是本发明提供的第一与第二阻尼单元的简化结构示意图；

图5是本发明提供的飞轮式能量捕获单元的简化结构示意图。

附图标记列表

1：流体测控组件 2：能量输入模块 3：叶片式发电单元

4：飞轮式发电单元 5：电源管理模块 6：通讯模块

7：数据处理模块 8：大叶片组件 9：小叶片组件

10：第一阻力可变区域 11：第一阻尼单元 12：第一线圈

13：惯性飞轮 14：第一可控流体 15：导流座

16：第二线圈 17：第二阻尼单元 18：伸缩杆

19：套筒结构 20：供应管线 21：叶片转轴

22：第二阻力可变区域 23：第二可控流体 24：智能管理平台

25：流量监测模块 26：流量调控模块

具体实施方式

下面结合附图进行详细说明。

本申请提出了一种物联网承载的流量控制系统，该系统通过流量监测模块25、流量调控模块26、数据处理模块7、数据获取模块、IC卡和智能管理平台24之间的相互配合，可以省去大量人工抄表成本以及统计核算所需成本，智能管理平台与数据处理模块彼此信息交互，可以及时地核算最新的用户账户信息，用户可随时查看自家使用的流量数据或账户信息，及时核对用量情况。用户可通过手机等智能终端实现自主充值，处理效率高且准确。在智能管理平台以及数据处理模块中，提前预设有与当前用户账户信息相对应的实时更新的预警阈值，在达到预设的预警阈值时向用户发出预警以提示用户及时地充值，或控制流量阀关闭，停止供应，直至用户向智能管理平台或数据处理模块充值则自动指示流量阀恢复至供应状态。用户既可以选择在线下充值IC卡后再将IC卡内充值信息读取到数据处理模块中去的线下充值方式，也可以选择在线上通过智能终端例如手机电脑等进行账户充值，充值方式方便。

该流量控制系统至少包括设于用户端的流量监测模块。流量监测模块用以利用装配在供应管线20上的至少一个传感器和/或仪表设备，对经由供应管线20的流体的监测数据进行采集和/或检测。监测数据可包括流体的压力、温度、差压、流量超限、流体质量以及流体流速等情况。当监测到异常情况，例如流体供应时间超出预设时长阈值、流体压力超出预设压力阈值等等，流量监测模块可自动发出预警指令，控制警报模块启动。

该流量控制系统还包括设于用户端的流量调控模块。流量调控模块装配在供应管线20上。流量调控模块用以调控经供应管线20提供至用户端的流体的供应状态。供应状态可以主要是指持续供应或切断供应。智能管理平台以及数据处理模块中提前预设有与当前用户账户信息相对应的实时更新的余量预警阈值。余量预警阈值用以在切断供应前及时提醒用户进行账号充值。在达到预设的余量预警阈值时，数据处理模块生成预警指令，控制警报模块启动，向用户发出预警以提示用户及时充值。数据处理模块可控制流量调控模块切断流体的供应，直至用户向智能管理平台或数据处理模块充值则控制流量调控模块恢复至持续供应状态。

该流量控制系统还包括设于用户端的数据处理模块。数据处理模块至少与流量监测模块和流量调控模块相连。数据处理模块至少基于通过数据获取模块从IC卡所获得的第一信息和/或由流量监测模块所采集到的流体监测数据来计算并更新用户账户信息。数据读取模块可以是与IC卡对应的IC卡读写器。

该流量控制系统还包括设于用户端的通讯模块6。通讯模块6至少与流量监测模块和数据处理模块相连。通讯模块6用于将由数据处理模块更新后的用户账户信息和/或流体监测数据通过网络传输至智能管理平台。通讯模块6可采用由中国移动、联通、电信等提供的GPRS/GSM网络。智能管理平台的服务器绑定了一个固定的IP地址，基于该IP地址即可接入Internet网络。通讯模块6可主动与智能管理平台建立TCP/IP链路，完成无线Internet接入，实现可靠的数据传输。无线通信网络可基于LPWANlow-power Wide-Area Network，即低功耗广域网通信技术，具体地可以为如LoRa、SigFox等工作于未授权频谱的通信技术，或如EC-GSM、LTE Cat-m、NB-IoT等工作于授权频谱下的通信技术。

该流量控制系统还包括智能管理平台。智能管理平台主要用于对至少一个通讯模块6回传的数据进行统计分析。智能管理平台可与由用户操作的智能终端进行信息交互以实现远程账户充值和/或账户数据查询。智能管理平台可对来自通讯模块6的数据进行统计分析，并可将分析结果中的第二信息回传至通讯模块6。数据处理模块可至少基于通过数据获取模块从IC卡所获得的第一信息、由流量监测模块所采集到的流体监测数据和由智能管理平台回传的第二信息中的至少一个来计算并更新用户账户信息。流量调控模块可根据用户账户信息来调控经供应管线20提供至用户端的流体的供应状态。智能管理平台可被配置为向用户端提供业务办理、计算结费、维修预约、缴费服务等服务。

该系统主要包括流体测控组件1和能量输入模块2，两者可分别耦合至供应管线20上。流体测控组件可以是指上述装配在供应管线20上的至少一个传感器和/或仪表设备。

能量输入模块通过设于供应管线20内部的叶片式发电单元来捕获经由供应管线20的流体的间歇式能量并将其转换为电能予以输出。叶片式发电单元可以是沿周向分布的多叶片式结构。流动的流体直接冲击至叶片上而推动其整体结构相对转动，以此实现叶片式发电单元的能量捕获。由于供应管线20内流体的供应取决于不确定的用户需求而具有间歇性和随机性，因此叶片式发电单元所能够捕获到的往往是间歇式能量。

叶片式发电单元的多叶片式结构中至少包括大叶片组件8和小叶片组件9。大叶片组件8与小叶片组件9以同轴的方式设于供应管线20内。在流体流动的情况下能量输入模块可调控大叶片组件8与小叶片组件9之间的相对运动状态，以实现在不同流体流速下的能量捕获最大化。同轴可以是指两者所分别对应的虚拟的中心轴线共线。相对运动状态可以是指两者相对彼此所呈现的运动姿态，例如可以是相对静止或相对转动或同步转动等等。相对运动状态也可以是指两者相对彼此所呈现的相对位置姿态，例如沿流体供应方向观察，大叶片组件8上的叶片间隔与小叶片组件9上的叶片间隔相互对应或间隔设置。

叶片式发电单元中至少包括叶片转轴21和第一阻尼单元11。能量输入模块可通过耦合于叶片转轴21上的第一阻尼单元11来调控均设于叶片转轴21上的大叶片组件8与小叶片组件9之间的相对运动状态。

大叶片组件8与叶片转轴21彼此固接而使得两者运动始终保持同步。

小叶片组件9以其在叶片转轴21上竖向上的位置相对固定的方式转动连接在叶片转轴21上。小叶片组件9与大叶片组件8之间的运动可彼此异步。

叶片转轴21的部分轴体以贯穿式设于第一阻尼单元11中的第一阻力可变区域10内。能量输入模块通过切换第一阻力可变区域10相对叶片转轴21所形成的限制活动姿态和解除限制姿态来调控叶片转轴21与大叶片组件8在流体中的工作状态。

第一阻力可变区域10为解除限制姿态时，叶片转轴21与大叶片组件8可随流体自由转动。第一阻力可变区域10为限制活动姿态时，叶片转轴21与大叶片组件8在流体中的运动受限而不会随流体自由转动。

针对现有技术中往往通过累积更多的不同尺寸的叶片组来试图实现更好发电性能的技术方案，多组不同尺寸的叶片组均可任意地随流体的流动而随之转动，然而，首先多组叶片组会占据较大空间，将导致流体流动的动能大部分损失在不必要的冲击上，无法实现有效的电能提升，其次，较小流体流速下，较大叶片组的转动会损耗大量流体流动的动能且其转动角度以及速度均较小，导致电能利用率有限。对此，本申请采用了第一阻尼单元11来调控大叶片组件8与小叶片组件9之间的相对运动状态。在较大流速下大叶片组件8与小叶片组件9均会自由转动来捕获流体动能。在较小流速下大叶片组件8的运动被限制，仅有小叶片组件9能够转动捕获流体动能，小叶片组件9相较于大叶片组件8能够更高效更充分地捕获到流体动能，有利于提升小流速下的电能利用率，消除了现有技术中所存在的因同时设置多组叶片组而导致电能利用率有限的问题。此外，本申请采用了占据空间较小的双叶片组的设置结构，其制造简单且可使经由双叶片组的流体动能能够被充分地捕获，极大地降低流体动能在冲击至双叶片组时的非必要动能损失，可进一步地提升电能利用率。

能量输入模块可借助于流体动能结合切换第一阻尼单元11的限制活动姿态或解除限制姿态的方式来调控大叶片组件8的叶片间隔在具有流体供应方向的供应管线20内的相对姿态。叶片间隔的相对姿态可以是指某一叶片间隔或任一叶片间隔相对供应管线20的流体供应方向而言的相对朝向或相对位置关系。优选地，总是叶片间隔而非叶片对准供应管线20的流体方向。例如，供应管线20中通常设置有用于进一步增强流体冲击叶片的作用力的导流座15，导流座15的出口端对准多叶片结构所在位置，对此，本申请利用供应管线20内流体动能来主动调整大叶片组件8，使得导流座15的出口端总是与叶片间隔对应，更多的流体可以穿过叶片间隔直接冲击至小叶片组件9，进一步增强小叶片组件9的发电效率。由于更多的流体直接冲击小叶片组件9，也就降低了流体冲击不可转动的大叶片组件8时将损失的动能。

例如，在较小流体流速下，第一阻尼单元11为限制活动姿态，若采集数据触发预设的叶片间隔姿态调整条件，则调控第一阻尼单元11切换至解除限制姿态，大叶片组件8在流体下被以较小幅度驱动转动，同时大叶片组件8上叶片间隔的位置也随之调整。在条件触发被解除时，调控第一阻尼单元11切换至限制活动姿态，将大叶片组件8上叶片间隔固定在当前位置上。采集数据可以是指由流量计、流速计等采集到的流体相关数据。

触发叶片间隔姿态调整条件可以指：能量输入模块对采集到的信息进行分析，当分析结果满足预设的与之对应的某一阈值时，即触发预设的与之相关联的操作。调整叶片的间隔姿态，需获取当前叶片间隔姿态以及调整量。对此，本申请通过设计相关实验，将流体流速、大叶片组件8中叶片间隔的相对姿态、管径、导流座15的出口端端面面积、小叶片组件9上叶片面积、大叶片组件8上叶片间隔分别作为自变量，将预设时长内得到的电量作为因变量，在第一阻尼单元11保持限制活动姿态以及限制实验流体流速不超出预设流速阈值(即保持在较小流体流速)的条件下，以不同流体流速、大叶片组件8中叶片间隔的不同相对姿态、不同管径、导流座15的不同出口端端面面积进行实验，基于实验结果建立叶片间隔姿态调整的数据库。优选地，能量输入模块可基于已预录入的已定的管径、导流座15的出口端端面面积、小叶片组件9上叶片面积以及大叶片组件8上叶片间隔，根据实时采集到的流体流速、大叶片组件8中叶片间隔的相对姿态以及预设时长内得到的电量，即可调取到数据库中对应的大叶片组件8中叶片间隔的不同相对姿态。优选地，例如以流体流速、大叶片组件8中叶片间隔的相对姿态、管径、导流座15的出口端端面面积分别与电量之间均为线性关系为假设条件，采用联立方程法基于数据库建立模拟发电模型，以此可基于建立得到的模拟发电模型来即时地分析计算大叶片组件8中叶片间隔的当前相对姿态。继而，基于与预设的目标发电量相对应的大叶片组件8中叶片间隔的目标相对姿态，结合当前相对姿态即可得出两者之间的差距，即用以指示大叶片组件8所需调整的角度调整量。优选地，基于已定的流体流速与调整量可对应地计算得到大叶片组件8完成调整量所需的调整时长，根据调整时长来切换第一阻尼部件的姿态，完成大叶片组件8的调整，调整后的大叶片组件8的叶片间隔与导流座15的出口端相对应，可以理解的是相对应并非完全正中对准而是允许具有一定的偏差范围。该条件的触发的解除可以是：调整后根据相同时间内的实时发电量与预设的目标发电量之间的比对来确定。优选地，大叶片组件8的调整可以是通过实时地检测实时发电量，并将其与预设的目标发电量相比对，直至解除该条件的触发。

大叶片组件8的叶片间隔在供应管线20内的相对姿态的调控可以是以控制大叶片组件8的调整速度的方式完成。现有技术中叶片组往往直接转动连接在轴体上，在受到流体冲击时自由地随着流体的流动而发生相对转动，即使采用常见的限位式结构来实现对叶片组的定位，但限位式结构具有一定的反应时间，本身叶片间隔的偏差往往就比较小，即叶片组所需的调整量较小，若解除限位后再在预设时长内恢复限位，则往往还未等到此类限位式结构恢复限位，叶片组就已经在流体流动下发生较大角度的转动，进而难以实现准确可靠的定位。对此，本申请所提出的流量控制系统中通过采用具有可小幅调控转动阻尼的第一阻尼单元11，使大叶片组件8的调整速度可控，根据实际所需调整量以及流体实时流速，相应地调整大叶片组件8的调整速度，由此能够实现更准确可靠的定位目的，有利于达到更好的发电效率。

第一阻尼单元11的第一阻力可变区域10内设置有具有在磁场作用下的流变特性的第一可控流体14。第一阻力可变区域10的环周壁设置有可产生能够覆盖至第一可控流体14所在区域的磁场的第一线圈12。第一线圈12通电，形成磁场，第一可控流体14粘度急剧增大，第一阻尼单元11切换为限制活动姿态，大叶片组件8无法随流体转动。减小部分第一线圈12通电量，磁场相对减弱，第一可控流体14粘度下降，在一定粘度下允许大叶片组件8相对转动，但转动速度受到第一可控流体14粘度的影响而无法随着流体快速转动，由此可较好地控制大叶片组件8的调整过程，从而避免由于大叶片组件8随流体自由转动而存在的难以调整到位的问题。第一线圈12断电，磁场消失，第一可控流体14粘度急剧降低，第一阻尼单元11切换为解除限制姿态，大叶片组件8可以随流体转动。

优选地，能量输入模块还通过设于供应管线20内部的飞轮式发电单元4来捕获经由供应管线20的流体的间歇式能量并将其转换为电能予以输出。飞轮式发电单元所捕获的能量可用以稳定在流体流速突变下的发电性能。

飞轮式发电单元被配置为在流体流动情况满足其预设启动条件时启动并且启动后可在流体流动情况不再满足预设启动条件的情况下持续输出电能。

飞轮式发电单元至少包括惯性飞轮13，惯性飞轮13可转动地设于供应管线20内。惯性飞轮13也可称配重轮、惯性轮、重量轮或阻尼轮等，其可视为转动惯量很大的圆盘。惯性飞轮13可主要包括一轮毂架以及沿轮毂架的外边缘延伸所形成的一轮缘部。轮毂架的中心部位为轮轴部，轮毂架与轮轴部之间形成有呈放射状的多个等距轮臂。轮缘部上沿轮毂架外边缘设置有多个重量块，重量块的重量可以按照实际需求来选用。惯性飞轮13上重量块的重量是惯性飞轮13启动所需大小的驱动力的重要因素，因此选用不同惯性飞轮13可调整惯性飞轮13启动的驱动力大小。

由于惯性飞轮13本身具有一定的重量，因此在流体流速较小的情况下难以通过流体冲击来推动惯性飞轮13转动。基于此，虽然在流速较小的情况下发电量相对流速较大时较小，但整体的发电性能趋于平稳，保障电池的使用寿命。

在流体流速逐渐增大的情况下，直至达到惯性飞轮13启动所需的驱动力大小，惯性飞轮13随流体的流动而转动，快速转动下的惯性飞轮13将流体动能转换为动能形式进行储能，储存起来的动能能够直接通过联轴器等转换为电能输出，也能够不选择立即输出而是保持能量的储存，释放能量的时刻可选择。

进行储能时，惯性飞轮13借助于捕获到的流体动能而加速储能，能量以动能形式储存在快速旋转的惯性飞轮13中。无需释放能量时，飞轮处于能量保持状态。在接收到需释放能量的控制信号时，飞轮式发电单元释放能量，快速旋转的惯性飞轮13通过联轴器与电机输入端连接，惯性飞轮13利用其转动惯性力将其动能输出，经功率变化器转换输出适于负载要求的电能，以此完成从流体动能到电能的捕获及转换。

在流体流动情况不再满足预设启动条件的情况下，飞轮式发电单元可选择能量保持或在接收到需释放能量的控制信号时释放能量。由惯性飞轮13捕获到的能量可以选择输出的时刻，而无需立即输出转换为电能。现已提出的流量控制系统所称的稳定保障发电性能，均是基于流体流速均匀变化的假设条件所提出的理想效果，实际非常难以实现发电性能的稳定。在需要使用流体时，大多数用户有直接将流体阀门打开到最大或直接关闭流体阀门的习惯，即，在该操作下，在短时间内，管道内流体的流速在较低值与较高值之间将发生陡然变化，而不是均匀变化，若采用现有技术中的技术方案所提出的智能减压阀系统，则将导致其发电组件的发电性能无法维持平稳。例如，在从高流体流速陡然降为接近于零的低流体流速时，发电组件受到其自身重力作用以及弹簧所释放的弹性势能的共同作用，发电组件将迅速地由倾斜状转换至垂直状，无法保障平稳发电。即，从高流速突变至低流速时，叶片式发电单元受到的影响较大，单一地依赖于叶片式发电单元将导致由其产生的发电性能发生难以调整的陡变，对此，本申请所提出的流量控制系统采用了惯性飞轮13与其他能量捕获单元相结合的技术方案，利用惯性飞轮13的储能和释能特点，可针对上述从高流速陡然变化至低流速的情况进行发电补充，接入发电补充后惯性飞轮13的动能逐渐耗损，从而使得发电量有控制地递减，以此可规避由于叶片式发电单元所引起的发电性能陡变的问题。

能量输入模块可基于采集数据判断其是否触发第一发电异常条件，在第一发电异常条件被触发时将飞轮式发电单元由能量保持状态切换至能量释放状态以平稳发电性能。第一发电异常条件，可以是指在高流体流速下，由更靠近输出端的一侧的流量计所采集到的流速变化超出预设流速变化阈值的情况，即表明用户关小流体阀门而导致供应管线20内流速骤减的情况。第一发电异常条件，也可以是指在高流体流速下，能量输入模块所监测的发电量变化率超出预设发电量变化率阈值的情况，即发电性能出现即将陡降的情况。第一发电异常条件主要是指由高流速陡降为低流速的情况。

作为一种优选实施方式，惯性飞轮13可以是以其轮面呈平放姿态的方式装设于供应管线20内部。平放姿态下惯性飞轮13对流体的流动影响较小，流体经由惯性飞轮13时的动能损耗较小。作为一种优选实施方式，惯性飞轮13可以是以其轮面呈平放姿态的方式装配在相对叶片式发电单元更远离输出端的位置上。在该设置下，尤其有利于提升高流体流速下的发电量，由于高流体流速下将推动惯性飞轮13转动，转动起来的惯性飞轮13将进一步地加大流体流速，使得位于其后方的叶片式发电单元能够实现更高效的发电性能，充分利用高流速下的流体动能来获得更大的发电量，以此能够有效避免类似于现已提出的流量控制系统所存在的无法同时平衡发电性能的稳定与高发电利用率的问题，继而在高效发电利用率的基础上能够满足储能需求，有效保障多个用电部件的持续用电。

能量输入模块通过设于供应管线20内且一端与叶片式发电单元相耦合的第二阻尼单元17来调控叶片式发电单元与流动流体之间的有效交互范围以稳定在流体流速突变下的发电性能。

能量输入模块可基于采集数据判断其是否触发第二发电异常条件，在第二发电异常条件被触发时指示第二阻尼单元17动作以降低叶片式发电单元与流动流体之间的有效交互范围。第二发电异常条件，可以是由更靠近输出端的一侧的流量计所采集到的流速变化超出预设流速变化阈值的情况，即表明用户开大流体阀门而导致供应管线20内流速骤增的情况。第二发电异常条件主要是指由低流速陡增为高流速的情况。

第二阻尼单元17被配置为根据能量输入模块的控制指令，允许叶片式发电单元可在流动流体中受外力作用而被动地发生相对转动，减小或增大叶片式发电单元与流动流体之间的有效交互范围，或限制叶片式发电单元在流动流体中的运动趋势以保持叶片式发电单元与流动流体之间的有效交互范围。

第二阻尼单元17至少包括彼此并列设置的伸缩杆18以及套筒结构19。伸缩杆18的一端通过套筒结构19连接至叶片式发电单元上，其伸缩可影响叶片式发电单元的转动角度，在停止伸缩时可相对地将叶片式发电单元定位在某一转动角度下。伸缩杆18的端部和套筒结构19的端部可以是以可转动连接的方式分别装配在管线的内壁上和叶片式发电单元上。套筒结构19内具有第二阻力可变区域22以及第二可控流体23。套筒结构19允许叶片式发电单元可在受到流体冲击时主动地或随伸缩杆18的控制而发生相对转动，也可限制叶片式发电单元在受到流体冲击时的运动趋势。套筒结构19的限制作用是通过第二可控流体23来实现的，套筒结构19上设置有可产生能够覆盖至第二可控流体23所在区域的第二线圈16。第二线圈16通电，形成磁场，第二可控流体23粘度急剧增大，限制套筒结构19的内外筒之间的相对运动趋势，叶片式发电单元无法转动。减小部分第二线圈16通电量，磁场相对减弱，第二可控流体23粘度下降，在一定粘度下允许叶片式发电单元相对转动，但转动速度受到第二可控流体23粘度的影响而无法随着流体快速转动，由此可较好地控制叶片式发电单元与流动流体之间有效交互范围的变化，从而避免由于叶片式发电单元随流体自由转动而存在的难以调整到位的问题。第二线圈16断电，磁场消失，第二可控流体23粘度急剧降低，第二阻尼单元17切换为解除限制姿态，叶片式发电单元可以随流体转动。伸缩杆18与套筒结构19彼此配合作用。优选地，套筒结构19可以是曲杆状。

在从低流体流速陡然升为高流体流速时，高流速的流体直接冲击叶片式发电单元，此时大叶片组件8和小叶片组件9与流动流体之间的有效交互范围最大，即为叶片组件能够充分地与流体相接触，发电效率大，对此，现有技术中提出了采用叶片组件可转动的设置方式，高流速下叶片组件倾斜，有效交互范围减小，并结合弹簧的弹性限制叶片组件过度倾斜。然而，流速陡增的时刻下，流动流体主要还是冲击叶片快速转动，并不能立即推动叶片组件倾斜，也就使得该时刻下不可避免地会出现发电量的陡增，即现已提出的流量控制系统所称的稳定保障发电性能，均是基于流体流速均匀变化的假设条件所提出的理想效果，实际非常难以实现发电性能的稳定。其次，高流速下叶片组件持续维持倾斜姿态，将导致整体发电量较低。对此，本申请所提出的流量控制系统中采用了第二阻尼单元17来替代传统弹簧，利用第二阻尼单元17的可控性特点，实现对叶片式发电单元与流动流体之间的有效交互范围的调控，以此实现更有效的尤其是在流体流速陡增下的发电性能的稳定。

以从低流体流速陡然升为高流体流速的情况为例，当更靠近输出端一侧的流量计监测到流速陡增时，能量输入模块可在限制叶片式发电单元的自由运动趋势下，通过控制第二阻尼单元17中伸缩杆18的伸缩，使叶片式发电单元倾斜，主动降低其与流动流体间的有效交互范围，也就避免了叶片式发电单元瞬间发电量变化过大的问题。套筒结构19内的第二可控流体23具有一定粘度，其粘度足以限制叶片式发电单元在当前转动角度下无高流速流体冲击时的位置，且允许其在受到高流速流体冲击时小幅度地移动以减小瞬时冲击力。当更靠近输出端一侧的流量计监测到流速持续平稳时，能量输入模块可在限制叶片式发电单元的自由运动趋势下，通过控制第二阻尼单元17中伸缩杆18的伸缩，使叶片式发电单元逐渐复位，主动增大其与流动流体间的有效交互范围，最大化地提升叶片式发电单元在高流速下的发电利用率，增大发电量。自由运动趋势主要是指叶片式发电单元受高流速流体冲击而移动的运动趋势。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。本发明说明书包含多项发明构思，诸如“优选地”、“根据一个优选实施方式”或“可选地”均表示相应段落公开了一个独立的构思，申请人保留根据每项发明构思提出分案申请的权利。

Claims (10)

1.一种物联网承载的流量控制系统，其特征在于，至少包括：

流量监测模块(25)，用以利用装配在供应管线(20)上的至少一个传感器和/或仪表设备对经由供应管线(20)的流体的监测数据进行采集和/或检测；

流量调控模块(26)，其装配在供应管线(20)上，用以调控经供应管线(20)提供至用户端的流体的供应状态；

数据处理模块(7)，至少与流量监测模块(25)和流量调控模块(26)相连，用于至少基于通过数据获取模块从IC卡所获得的第一信息和/或由流量监测模块(25)所采集到的流体监测数据来计算并更新用户账户信息；

通讯模块(6)，至少与流量监测模块(25)和数据处理模块(7)相连，用于将由数据处理模块(7)更新后的用户账户信息和/或流体监测数据通过网络传输至智能管理平台(24)；

智能管理平台(24)，用于对至少一个通讯模块(6)回传的数据进行统计分析。

2.一种物联网承载的流量控制系统，其特征在于，至少包括：

流量监测模块(25)，用以利用装配在供应管线(20)上的至少一个传感器和/或仪表设备对经由供应管线(20)的流体的监测数据进行采集和/或检测；

通讯模块(6)，至少与流量监测模块(25)和数据处理模块(7)相连，用于将数据储存模块中实时更新的用户账户信息和/或流体监测数据通过网络传输至智能管理平台(24)；

智能管理平台(24)，其可与由用户操作的智能终端进行信息交互以实现远程账户充值和/或账户数据查询，对来自通讯模块(6)的数据进行统计分析并可将分析结果中的第二信息回传至通讯模块(6)；

数据处理模块(7)，至少与流量监测模块(25)和通讯模块(6)相连，用于至少基于通过数据获取模块从IC卡所获得的第一信息、由流量监测模块(25)所采集到的流体监测数据和由智能管理平台(24)回传的第二信息中的至少一个来计算并更新用户账户信息。

3.根据权利要求2所述的流量控制系统，其特征在于，所述流量控制系统还包括流量调控模块(26)，其与装配在供应管线(20)上的至少一个传感器和/或仪表设备相连，并且可根据数据处理模块(7)更新得到的用户账户信息来调控经供应管线(20)提供至用户端的流体的供应状态。

4.根据权利要求1～3任一项所述的流量控制系统，其特征在于，所述流量控制系统还包括能量输入模块(2)，其装配在供应管线(20)上且用以通过至少两种不同的能量捕获方式来捕获经由供应管线(20)的流体的间歇式能量并将其转换为电能予以输出。

5.一种物联网承载的流量控制系统，其特征在于，至少包括：

电源管理模块(5)，用于至少为装配在供应管线(20)上的至少一个用能设备提供电能；

能量输入模块(2)，其装配在供应管线(20)上且可通过至少两种不同的能量捕获方式以电能转换变化量可控的方式来捕获经由供应管线(20)的流体的间歇式能量并将其转换为用以输出至电源管理模块(5)的电能。

6.根据权利要求1～5任一项所述的流量控制系统，其特征在于，能量输入模块(2)至少包括具有大叶片组件(8)和小叶片组件(9)的叶片式发电单元，其中，

在流体流动的情况下能量输入模块(2)可调控大叶片组件(8)与小叶片组件(9)之间的相对运动状态以实现在不同流体流速下的能量捕获最大化。

7.根据权利要求1～6任一项所述的流量控制系统，其特征在于，叶片式发电单元中还包括叶片转轴(21)和第一阻尼单元(11)，其中，能量输入模块(2)可通过耦合于叶片转轴(21)上的第一阻尼单元(11)来调控均设于叶片转轴(21)上的大叶片组件(8)与小叶片组件(9)之间的相对运动状态。

8.根据权利要求1～7任一项所述的流量控制系统，其特征在于，能量输入模块(2)可借助于流体动能结合切换第一阻尼单元(11)的限制活动姿态或解除限制姿态的方式来调控大叶片组件(8)的叶片间隔在具有流体供应方向的供应管线(20)内的相对姿态。

9.一种物联网承载的流量控制方法，其特征在于，至少包括：

利用装配在供应管线上的至少一个传感器和/或仪表设备对经由供应管线的流体的监测数据进行采集和/或检测；

调控经供应管线提供至用户端的流体的供应状态；

至少基于通过数据获取模块从IC卡所获得的第一信息和/或由流量监测模块所采集到的流体监测数据来计算并更新用户账户信息；

将由数据处理模块更新后的用户账户信息和/或流体监测数据通过网络传输至智能管理平台；

由智能管理平台对至少一个通讯模块回传的数据进行统计分析。

10.一种物联网承载的流量控制方法，其特征在于，至少包括：

利用装配在供应管线上的能量输入模块，通过至少两种不同的能量捕获方式以电能转换变化量可控的方式来捕获经由供应管线的流体的间歇式能量并将其转换为用以输出至电源管理模块的电能。

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