CN207115582U - 一种具备停水提醒功能的物联网智能水表 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及物联网技术领域，具体涉及一种具备停水提醒功能的物联网智能水表，包括水表基表、干簧管、电磁阀、微处理器、物联网通信模块、液晶显示器、停水按键和电源，所述水表基表为采用磁铁指针的机械式水表，所述水表基表和电磁阀均安装在用户的进水管上，所述干簧管安装在水表的基表上，所述干簧管、所述电磁阀、所述物联网通信模块、所述液晶显示器和所述停水按键分别与所述微处理器电连接，所述电源为其他各部分供电；所述干簧管有两个，两个所述干簧管均沿水表基表表盘的径向设置，两个所述干簧管之间正交设置。该智能水表能够精确采集水表数据，并通过CC2530物联网通信模块完成与管理系统的数据交互，无需入户即可完成用水量信息采集，并且配备停水按键，对用户进行停水提醒，更具人性化。

Description

一种具备停水提醒功能的物联网智能水表

技术领域

本实用新型涉及物联网技术领域，具体涉及一种具备停水提醒功能的物联网智能水表。

背景技术

水资源的合理利用关系到国计民生的可持续发展。合理有效的收取居民用水费用一直是物业或政府基层行政组织的工作之一。目前多数地区采用人工入户巡查方式收取水费，存在劳动力成本投入大，工作效率低，并且存在收费困难问题。为此，许多厂家生产设计了基于智能卡的水表收费系统、基于图像采集的有线远程抄表系统以及基于GSM的水表收费系统。但是基于智能卡的水表收费系统往往造成老年人收费卡的混淆，给用户购水带来不便；基于图像采集的有线远程抄表系统成本高，施工量大；基于GSM的水表收费系统需额外增加手机通信模块的问题。随着物联网技术的发展，物联网在生活上带来的便利使发展物联网水表系统成为一种趋势。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种具备停水提醒功能的物联网智能水表，该智能水表能够精确采集水表数据，并通过CC2530物联网通信模块完成与管理系统的数据交互，无需入户即可完成用水量信息采集，并且配备停水按键，对用户进行停水提醒，更具人性化。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种具备停水提醒功能的物联网智能水表，包括水表基表、干簧管、电磁阀、微处理器、物联网通信模块、液晶显示器、停水按键和电源，所述水表基表为采用磁铁指针的机械式水表，所述水表基表和电磁阀均安装在用户的进水管上，所述干簧管安装在水表的基表上，所述干簧管、所述电磁阀、所述物联网通信模块、所述液晶显示器和所述停水按键分别与所述微处理器电连接，所述电源为其他各部分供电；所述干簧管有两个，两个所述干簧管均沿水表基表表盘的径向设置，两个所述干簧管之间正交设置。

进一步地，所述微处理器的型号为MSP430F413。

进一步地，所述停水按键S1通过连接电路I与所述微处理器电连接，所述连接电路I包括电源VCC，电阻R1，电容C1；电源VCC依次串接电阻R1和电容C1后接地，电容C1的两端并接停水按键S1，电阻R1和电容C1的公共端连接到MSP430F413微处理器的47脚。

进一步地，所述干簧管通过连接电路II与所述微处理器电连接，所述连接电路I包括电源VCC，电阻R6和R7，电容C5和C6,连接端子P4；电源VCC分别连接到电阻R6的一端和电阻R7的一端，电阻R6的另一端串接电容C5后接地，电阻R7的另一端串接电容C6后接地，电阻R6和电容C5的公共端分别连接到连接端子的1脚和MSP430F413微处理器的45脚，电阻R7和电容C6的公共端分别连接到连接端子的2脚和MSP430F413微处理器的44脚，连接端子的3脚和4脚接地，连接端子与干簧管电连接。

进一步地，所述电磁阀通过控制电路与所述微处理器电连接，所述控制电路包括电源VCC、电阻R10、R12、R15、R16、R17、R18和R19，三极管Q4、Q5、Q6、Q7、Q8和Q9，二极管D3、D4、D5和D6，连接端子P5；连接端子P5的1脚依次串联电阻R12和电阻R10后连接到连接端子P5的3脚，连接端子P5的1脚和电阻R12的公共端以及连接端子P5的3脚和电阻R10 的公共端分别连接到电磁阀的两端，电阻R12和电阻R10的公共端连接到MSP430F413微处理器的50脚，连接端子P5的5脚分别连接到二极管D5的阴极、三极管Q9的集电极、电容C14 的一端、二极管D3的阳极和三极管Q5的集电极，三极管Q5的基极串接电阻R15后连接到三极管Q7的集电极，三极管Q7的基极串接电阻R17后连接到MSP430F413微处理器的53脚，三极管Q7的发射极连接到三极管Q9的基极；连接端子P5的4脚分别连接到二极管D6的阴极、三极管Q8的集电极、电容C14的另一端、二极管D4的阳极和三极管Q4的集电极，三极管Q4的基极串接电阻R16后连接到三极管Q6的集电极，三极管Q6的基极串接电阻R18后连接到MSP430F413微处理器的52脚，三极管Q6的发射极连接到三极管Q8的基极，三极管Q5 的发射极、二极管D3的阴极、二极管D4的阴极和三极管Q4的发射极的公共端连接到电源 VCC，三极管Q9的发射极、二极管D5的阳极、二极管D6的阳极和三极管Q8的发射极的公共端串接电阻R19后接地，连接端子P5与电磁阀的驱动装置电连接。

进一步地，所述物联网通信模块采用CC2530模块，所述物联网通信模块通过连接电路 III与所述微处理器电连接，CC2530模块的5脚连接到MSP430F413微处理器的59脚，CC2530 模块的38脚连接到MSP430F413微处理器的60脚，CC2530模块的37脚连接到MSP430F413 微处理器的61脚，CC2530模块的,20脚连接到MSP430F413微处理器的38脚。

进一步地，所述智能水表还包括存储器，所述存储器为EEPROM存储器，所述存储器与所述微处理器电连接。

进一步地，所述智能水表还包括蜂鸣器，所述蜂鸣器与所述微处理器电连接。

进一步地，所述液晶显示器为段式液晶显示器。

进一步地，所述干簧管安装在水表基表的0.1分度传动档位上。

本实用新型的积极效果在于：

(1)本实用新型采用CC2530物联网通信模块完成物联网组网，严格遵循物联网协议，为融入智慧家庭系统提供可能；

(2)本实用新型可设置欠费域度，并增加了停水按键；通过软件编程可实现，用户初欠费，停水提醒；欠费未超出欠费域度，用户按下停水按键可再次通水；再通水后用户每使用 1立方米(可设置)停水提醒一次直至超过欠费域度或用户缴费退出欠费状态，非常人性化；

(3)本实用新型采用定时无线数据传输方案，非无线通信状态，通信电源开关处于关闭状态，通信模块不工作，降低系统耗能，提升电池使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型的模块结构示意图；

图2为微处理器程序主流程框图；

图3为水量计量与报警子流程框图；

图4为通信子流程S8流程框图；

图5为停水提醒子流程框图；

图6为从左到右依次为停水按键和蜂鸣器与微处理器的连接电路以及测试接口电路；

图7为物联网通信模块的外围电路；

图8为从左到右依次为干簧管与微处理器的连接电路以及电源转换电路；

图9为电磁阀的控制电路；

图10为微处理器的外围电路以及液晶显示模块的连接电路。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

一种具备停水提醒功能的物联网智能水表，包括水表基表、干簧管、电磁阀、微处理器、物联网通信模块、段式液晶显示器、停水按键、EEPROM存储器、蜂鸣器和电源。其中水表基表为采用磁铁指针的机械式水表，水表基表和电磁阀均安装在用户的进水管上，干簧管有两个，安装在水表基表的0.1分度传动档位上，两个干簧管均沿水表基表表盘的径向设置，两个干簧管之间正交设置。干簧管、电磁阀、物联网通信模块、液晶显示器、停水按键、存储器和蜂鸣器分别与微处理器电连接，电源为其他各部分供电。

其中水表基表和电磁阀均安装在用户的进水管上，电磁阀用于控制水流通路的关断与开启，两个干簧管均沿水表基表表盘的径向设置，两个干簧管之间正交设置，例如一个干簧管可安装在12点钟位置，另一个干簧管安装在3点钟位置，这样在计算水表所转的圈数时，只有指针同时顺序经过两个干簧管，微处理器才会记一圈，这样的设置能够避免由于水流冲击而造成指针的抖动进而重复计数的问题，保证了数据采集的精确性。微处理器是整个系统的控制核心，采用MSP430F413微处理器，负责水量计量和对其他各部分的控制。

其中，电磁阀接收微处理器的电磁阀通断命令，完成对进水管水路通断的控制。停水按键与微处理器电连接，停水按键按下时，微处理器根据当前用户欠费情况决定是否为用户开启电磁阀，重新供水。EEPROM存储器完成用户信息，用水量信息的存储，为可擦除非易失性存储器，与微处理器以I2C总线形式相连。段式液晶显示器显示用水量、水表号和欠费报警信息；物联网通信模块为CC2530物联网通信模块，完成水表用水信息与管理系统的信息交互。

如图6到图10所示为本实用新型的系统的连接电路，电路结构简单实用。

如图6所示，停水按键S1通过连接电路I与微处理器电连接，连接电路I包括电源VCC，电阻R1，电容C1；电源VCC依次串接电阻R1和电容C1后接地，电容C1的两端并接停水按键S1，电阻R1和电容C1的公共端连接到MSP430F413微处理器的47脚。

如图8所示，干簧管通过连接电路II与微处理器电连接，连接电路I包括电源VCC，电阻R6和R7，电容C5和C6,连接端子P4；电源VCC分别连接到电阻R6的一端和电阻R7 的一端，电阻R6的另一端串接电容C5后接地，电阻R7的另一端串接电容C6后接地，电阻R6和电容C5的公共端分别连接到连接端子的1脚和MSP430F413微处理器的45脚，电阻R7和电容C6的公共端分别连接到连接端子的2脚和MSP430F413微处理器的44脚，连接端子的3脚和4脚接地，连接端子与干簧管电连接。

如图9所示，电磁阀通过控制电路与微处理器电连接，控制电路包括电源VCC、电阻R10、R12、R15、R16、R17、R18和R19，三极管Q4、Q5、Q6、Q7、Q8和Q9，二极管 D3、D4、D5和D6，连接端子P5；连接端子P5的1脚依次串联电阻R12和电阻R10后连接到连接端子P5的3脚，连接端子P5的1脚和电阻R12的公共端以及连接端子P5的3脚和电阻R10的公共端分别连接到电磁阀的两端，电阻R12和电阻R10的公共端连接到 MSP430F413微处理器的50脚，连接端子P5的5脚分别连接到二极管D5的阴极、三极管 Q9的集电极、电容C14的一端、二极管D3的阳极和三极管Q5的集电极，三极管Q5的基极串接电阻R15后连接到三极管Q7的集电极，三极管Q7的基极串接电阻R17后连接到 MSP430F413微处理器的53脚，三极管Q7的发射极连接到三极管Q9的基极；连接端子P5 的4脚分别连接到二极管D6的阴极、三极管Q8的集电极、电容C14的另一端、二极管D4 的阳极和三极管Q4的集电极，三极管Q4的基极串接电阻R16后连接到三极管Q6的集电极，三极管Q6的基极串接电阻R18后连接到MSP430F413微处理器的52脚，三极管Q6的发射极连接到三极管Q8的基极，三极管Q5的发射极、二极管D3的阴极、二极管D4的阴极和三极管Q4的发射极的公共端连接到电源VCC，三极管Q9的发射极、二极管D5的阳极、二极管D6的阳极和三极管Q8的发射极的公共端串接电阻R19后接地，连接端子P5与电磁阀的驱动装置电连接。

如图7所示，物联网通信模块采用CC2530模块，物联网通信模块通过连接电路III与微处理器电连接，CC2530模块的5脚连接到MSP430F413微处理器的59脚，CC2530模块的38脚连接到MSP430F413微处理器的60脚，CC2530模块的37脚连接到MSP430F413微处理器的61脚，CC2530模块的20脚连接到MSP430F413微处理器的38脚。

本实用新型上电后微处理器程序主流程框图如图2所示，程序流程分为如下步骤：

S1：系统初始化，内容包括MSP430F413的时钟，外设；

S2：判断是否已配置水表ID，若已配置则进入S4步骤，否则进入S3；

S3：配置水表ID；

S4：系统进入休眠状态，降低耗能，三种方式可将MSP430F413由休眠状态唤醒，分别是产生计量脉冲S5、到通信时间S7和停水按键按下S9；

若有计量脉冲产生进入水量计量与报警子流程S6，S6执行结束后，返回至系统休眠状态 S4，继续等待下一次唤醒；

若到通信时间进入通信子流程S8，S8执行结束后，返回至系统休眠状态S4，继续等待下一次唤醒；

若停水按键按下进入停水提醒子流程S10，S10执行结束后，返回至系统休眠状态S4，继续等待下一次唤醒。

水量计量与报警子流程S6流程框图如图3所示，程序执行步骤为：

S601：唤醒系统，使MSP430F413外设处于工作状态；

S602：用水量信息增加0.1立方米；

S603：更新用水量信息进入EEPROM；

S604：判断用户是否欠费超过为1立方米的整数倍，若为1立方米整数倍进入步骤S605，否则退出水量计量与报警子流程S6，系统进入休眠S4；

S605：关闭电磁阀，用户断水。

通信子流程S8流程框图如图4所示，程序执行步骤为：

S801：唤醒系统，使MSP430F413外设处于工作状态；

S802：打开通信电源，物联网通信模块上电；

S803：传递用水量信息至管理系统；

S804：通信结束，关闭通信开关，物联网通信模块断电；

S805：判断是否到达电磁阀测试时间，若到则转入S806-S807，否则退出通信子流程S8，系统进入休眠S4；

S806：关闭电磁阀；

S807：打开电磁阀，S806与S807的目的在于防止电磁阀长时间未关断，因水锈而导致无法关断的故障。

停水提醒子流程S10流程框图如图5所示，程序执行步骤为：

S1001：唤醒系统，使MSP430F413外设处于工作状态；

S1002：判断是否超出欠费域度，若超出则退出停水提醒子流程S10，系统进入休眠S4，否则进入S1003；

S1003：打开电磁阀，用户重新供水，并进入流程S1004；

S1004：液晶显示器提醒用户需缴费，然后退出停水提醒子流程S10，系统进入休眠S4。

本实用新型的具备停水提醒功能的物联网智能水表，在原有基表基础上增加控制系统，实现容易；采用CC2530遵从物联网协议，便于智能家居系统的拓展；增加停水按键，在用户未超出欠费域度条件下，可重新供水，并在每欠费1立方米断水提醒，更显人性化。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种具备停水提醒功能的物联网智能水表，其特征在于：包括水表基表、干簧管、电磁阀、微处理器、物联网通信模块、液晶显示器、停水按键和电源，所述水表基表为采用磁铁指针的机械式水表，所述水表基表和电磁阀均安装在用户的进水管上，所述干簧管安装在水表的基表上，所述干簧管、所述电磁阀、所述物联网通信模块、所述液晶显示器和所述停水按键分别与所述微处理器电连接，所述电源为其他各部分供电；所述干簧管有两个，两个所述干簧管均沿水表基表表盘的径向设置，两个所述干簧管之间正交设置。

2.根据权利要求1所述的具备停水提醒功能的物联网智能水表，其特征在于：所述微处理器的型号为MSP430F413。

3.根据权利要求2所述的具备停水提醒功能的物联网智能水表，其特征在于：所述停水按键S1通过连接电路I与所述微处理器电连接，所述连接电路I包括电源VCC，电阻R1，电容C1；电源VCC依次串接电阻R1和电容C1后接地，电容C1的两端并接停水按键S1，电阻R1和电容C1的公共端连接到MSP430F413微控制器的47脚。

4.根据权利要求3所述的具备停水提醒功能的物联网智能水表，其特征在于：所述干簧管通过连接电路II与所述微处理器电连接，所述连接电路I包括电源VCC，电阻R6和R7，电容C5和C6,连接端子P4；电源VCC分别连接到电阻R6的一端和电阻R7的一端，电阻R6的另一端串接电容C5后接地，电阻R7的另一端串接电容C6后接地，电阻R6和电容C5的公共端分别连接到连接端子的1脚和MSP430F413微控制器的45脚，电阻R7和电容C6的公共端分别连接到连接端子的2脚和MSP430F413微控制器的44脚，连接端子的3脚和4脚接地，连接端子与干簧管电连接。

5.根据权利要求3所述的具备停水提醒功能的物联网智能水表，其特征在于：所述电磁阀通过控制电路与所述微处理器电连接，所述控制电路包括电源VCC、电阻R10、R12、R15、R16、R17、R18和R19，三极管Q4、Q5、Q6、Q7、Q8和Q9，二极管D3、D4、D5和D6，连接端子P5；连接端子P5的1脚依次串联电阻R12和电阻R10后连接到连接端子P5的3脚，连接端子P5的1脚和电阻R12的公共端以及连接端子P5的3脚和电阻R10的公共端分别连接到电磁阀的两端，电阻R12和电阻R10的公共端连接到MSP430F413微控制器的50脚，连接端子P5的5脚分别连接到二极管D5的阴极、三极管Q9的集电极、电容C14的一端、二极管D3的阳极和三极管Q5的集电极，三极管Q5的基极串接电阻R15后连接到三极管Q7的集电极，三极管Q7的基极串接电阻R17后连接到MSP430F413微控制器的53脚，三极管Q7的发射极连接到三极管Q9的基极；连接端子P5的4脚分别连接到二极管D6的阴极、三极管Q8的集电极、电容C14的另一端、二极管D4的阳极和三极管Q4的集电极，三极管Q4的基极串接电阻R16后连接到三极管Q6的集电极，三极管Q6的基极串接电阻R18后连接到MSP430F413 微控制器的52脚，三极管Q6的发射极连接到三极管Q8的基极，三极管Q5的发射极、二极管D3的阴极、二极管D4的阴极和三极管Q4的发射极的公共端连接到电源VCC，三极管Q9的发射极、二极管D5的阳极、二极管D6的阳极和三极管Q8的发射极的公共端串接电阻R19后接地，连接端子P5与电磁阀的驱动装置电连接。

6.根据权利要求3所述的具备停水提醒功能的物联网智能水表，其特征在于：所述物联网通信模块采用CC2530模块，所述物联网通信模块通过连接电路III与所述微控制器电连接，CC2530模块的5脚连接到MSP430F413微控制器的59脚，CC2530模块的38脚连接到MSP430F413微控制器的60脚，CC2530模块的37脚连接到MSP430F413微控制器的61脚，CC2530模块的,20脚连接到MSP430F413微控制器的38脚。

7.根据权利要求1所述的具备停水提醒功能的物联网智能水表，其特征在于：所述智能水表还包括存储器，所述存储器为EEPROM存储器，所述存储器与所述微处理器电连接。

8.根据权利要求1所述的具备停水提醒功能的物联网智能水表，其特征在于：所述智能水表还包括蜂鸣器，所述蜂鸣器与所述微处理器电连接。

9.根据权利要求1所述的具备停水提醒功能的物联网智能水表，其特征在于：所述液晶显示器为段式液晶显示器。

10.根据权利要求1所述的具备停水提醒功能的物联网智能水表，其特征在于：所述干簧管安装在水表基表的0.1分度传动档位上。