CN207530861U - 家庭用多参数计量系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于收费计量设备硬件结构的改进，特别是家庭用多参数测量计量系统，上位机包括通信接口模块和电源管理模块且还额外设置有开关量控制模块，下位机由水计量发讯基表、燃气计量发讯基表和电能计量发讯基表构成；上位机的通信接口模块和下位机的第一单片机和第二单片机的通信接口有线或无线电连接，上位机的电源管理模块和第一电源接口至第三电源接口有线电连接，上位机的开关量控制模块和第一控制阀、第二控制阀和继电器开关有线电连接。本实用新型使得家庭多参数计量信息采集更加适应物联网，实现“三表合一”和物物相息，便于家庭用户和资源供给方以及管理部门等基于云平台实现更加便捷的大数据综合服务与技术监督。

Description

家庭用多参数计量系统

技术领域

本实用新型属于收费计量设备硬件结构的改进，特别是家庭用多参数计量系统。

背景技术

随着智能物联网时代的到来，越来越多的家庭“三表”（水表、电表、燃气表）开始具有智能通信功能，通过无线传输协议实现远传、自动抄读等功能。但是由于传统家庭“三表”的相互独立和行业壁垒，“三表”并没有很好的实现物物相息，更没有很好的基于云计算平台和大数据服务给贸易结算活动双方带来便捷和智能化，给政府管理部门带来智能化的监督管理和大数据分析，给第三方研究机构带来从“随机样本”到“全量数据”的新视角的研究，可以站在更高的层级全貌看待问题，看见曾经被淹没的数据价值，发现藏匿在整体中有趣的细节。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种家庭用多参数计量系统，结构简单、合理，使得收费计量真正接入互联网，统一采集水、燃气及电能消耗参数数据，真正实现“三表合一”，便于家庭用户和资源供给方与管理方调取、查阅和统计计量参数数据。

本实用新型的目的是这样实现的：一种家庭用多参数计量系统，由上位机和下位机匹配构成，上位机包括通信接口模块和电源管理模块且还额外设置有开关量控制模块，下位机由水计量发讯基表、燃气计量发讯基表和电能计量发讯基表构成，水计量发讯基表包括第一电源接口、第一发讯主控电路、水基表和第一控制阀，燃气计量发讯基表包括第二电源接口、第二发讯主控电路、燃气基表和第二控制阀，电能计量发讯基表包括第三电源接口、第三发讯主控电路、测量模块和控制开关；上位机的通信接口模块和下位机的第一发讯主控电路、第二发讯主控电路和第三发讯主控电路的通信接口相互通信以的有线或无线方式电连接，上位机的电源管理模块以给下位机的第一电源接口、第二电源接口与第三电源接口供电的方式和第一电源接口至第三电源接口有线电连接，上位机的开关量控制模块以单向通信并驱动下位机的第一控制阀、第二控制阀和继电器开关的方式和第一控制阀、第二控制阀和继电器开关有线电连接。

在本实用新型中，上位机是基于智能终端系统的包括通信接口模块和电源管理模块且还额外设置有开关量控制模块，下位机由水计量发讯基表、燃气计量发讯基表和电能计量发讯基表构成，水计量发讯基表包括第一电源接口、第一发讯主控电路、水基表和第一控制阀，燃气计量发讯基表包括第二电源接口、第二发讯主控电路、燃气基表和第二控制阀，电能计量发讯基表包括第三电源接口、第三发讯主控电路、测量模块和继电器开关；上位机的通信接口模块和下位机的第一发讯主控电路、第二发讯主控电路和第三发讯主控电路的通信接口以有线或无线电连接的方式实现相互通信，上位机的电源管理模块以给下位机的第一电源接口、第二电源接口与第三电源接口供电的方式和第一电源接口至第三电源接口有线电连接，上位机的开关量控制模块和下位机的控制阀相连接，驱动下位机的第一控制阀、第二控制阀的方式和电能表的控制开关，第一控制阀、第二控制阀和电能表的控制开关为有线电连接。

包含本实用新型在内的总体物联网技术方案采用两级计算机技术即上位机+下位机的架构进行设计开发。

上位机软件开发基于移动智能终端操作系统（阿里云OS系统、安卓系或者iOS）上的软件开发工具包（SDK）开发对“水电煤气”的多参数测量与控制应用程序，移动智能终端操作系统拥有接入互联网能力，具有较强的数据计算与文档处理（即较强信息处理能力）和存储能力，以及较强的开发应用能力，可根据用户需求定制化各种功能和开发各种应用。该应用程序主要完成以下功能：（1）完成与下位机的交互通信；（2）对下位机传输的数字信号进行分析、计算和存储等数据处理，实现对被测量的计量功能；（3）对计量数据进行本地的存储和显示；（4）响应用户的各种触控和按键操作，实现用户的缴费、查询、统计和分析等等各种操作；（5）接入互联网，对计量大数据进行基于云计算架构的各种操作，比如大数据挖掘等分析；（6）通过互联网，响应用户、供给侧和管理方等的各种操作，比如用户的查询和缴费、供给侧的统计和预警、管理方的技术监督、计费费率的变更等等；（7）通过无线局域网（WLAN）的技术，响应用户的各种操作，对计量数据进行云计算架构的各种操作；（8）对下位机的开关量进行控制；（9）电源管理；（10）对系统的异常进行报警和预警处理，向用户和供给侧（能源的供应方或者管理方）发出报警。总之，通过以上功能模块的设计与开发，上位机完成与下位机的通信、数字信号处理（对下位机传输过来的原始传感器数字信号进行计算分析）、显示、存储、开关控制和联网以及响应物联的各种操作等功能。

下位机方案不同于传统的“多表合一的采集系统”，下位机的发讯主控芯片电子线路（以下简称发讯主控电路）硬件部分仅保留信号处理单元、数字通信单元以及电路辅助单元。信号处理单元主要完成水表、燃气表的脉冲信号与电能表的A/D转换信号的采集、调理和计数等功能；数字通信单元处理单元主要完成与上位机的数字交互通信功能；电路辅助单元主要包括电源口和通信口，主要完成与上位机的供电和通信连接。总之，下位机的主控芯片电路主要完成向上位机的交互通信和发讯功能。正是由于该设计使下位机的软件功能开发也变得非常简单，主要负责实现以下功能：（1）与上位机的通信；（2）测量信号的调理、采集和发送。总之，该方案下位机的设计开发可以基于最简化的单片机系统或者Soc系统，相对于传统“三表”的电子电路部分，进行了大幅的软件功能和硬件单元缩减，降低了成本，使上位机和下位机充分发挥各自的优势。

综上所述，包含本实用新型在内的总体物联网技术方案采用两级计算机技术即上位机+下位机（发讯基表）的架构进行设计开发的家庭智能多参数计量仪表设计。下位机发讯基表主要由三个单元组成：机械基表与发讯主控电路单元、电源接口单元和开关量控制单元。其中发讯电路（发讯主控电路）主要由信号处理单元（脉冲信号与电能表的A/D转换信号的采集、调理和计数等功能）和通信单元（与上位机通信的通信单元）构成，信号处理单元主要将机械基表发出的脉冲信号或者电能表的A/D的模数转换信号进行处理和采集实现数字信号的转换、处理和存储，通信单元主要完成将采集的信号通过串口（比如RS232、RS485、USB等串口）基于数字通信协议（比如基于RS232、RS485、USB等数字通信协议）和上位机进行通信。上位机与下位机的结构连接：（1）上位机通信接口和下位机发讯主控电路（单片机/MCU）的通信单元接口相连接，通过该通信接口完成对下位机（发讯基表）计量数据的分析、采集和处理等功能；（2）上位机电源管理模块和下位机的电源接口相连接，向下位机的发讯电路提供电源；（3）上位机的开关量控制模块和下位机的控制阀相连接，上位机根据下位机的计量消费数据和用户方的缴信息驱动发讯基表控制阀单元进行开关。

本实用新型结构简单、合理，使得家庭多参数计量信息采集更加适应物联网，“一拖多”采集水、燃气及电能消耗数据，实现“三表合一”和物物相息，便于家庭用户和资源供给方以及管理部门等基于云平台实现更加便捷的大数据综合服务与技术监督。

附图说明

下面将结合附图对本实用新型作进一步说明。

图1为本实用新型硬件工作原理及其主体结构示意图；

图2为本实用新型基于云平台服务的工作原理示例图；

图3为本实用新型基于传统的服务器提供综合服务的工作原理示例图。

具体实施方式

一种家庭用多参数计量系统，如图1所示，由上位机和下位机匹配构成，上位机包括通信接口模块和电源管理模块且还额外设置有开关量控制模块，下位机由水计量发讯基表、燃气计量发讯基表和电能计量发讯基表构成，水计量发讯基表包括第一电源接口、第一单片机、水基表和第一控制阀，燃气计量发讯基表包括第二电源接口、第二单片机、燃气基表和第二控制阀，电能计量发讯基表包括第三电源接口、主控芯片、电流电压采样计量模块和控制开关；上位机的通信接口模块和下位机的第一单片机和第二单片机的通信接口以相互通信的方式有线或无线电连接，通过相互通信接口完成对下位机（数字信号发讯基表）计量数据的分析、采集和处理等功能，上位机的电源管理模块以给下位机的第一电源接口、第二电源接口与第三电源接口供电的方式和第一电源接口至第三电源接口有线电连接，即向下位机的发讯电路提供电源，上位机的开关量控制模块以单向通信并驱动下位机的第一控制阀、第二控制阀和继电器开关的方式和第一控制阀、第二控制阀和继电器开关有线电连接，上位机根据下位机的数字信号发讯基表计量消费数据和用户方的缴费信息驱动发讯基表控制阀单元进行开关。

“一拖多”结构的上位机的测量与控制系统，基于智能终端的移动智能终端操作系统（阿里云OS系统、安卓系统或者iOS）上的软件开发工具包（SDK），对下位机“水、电、煤气”等多参数计量信息进行采集与处理，并拥有接入互联网的能力。

实施方案1

如图2所示的基于云计算平台提供综合服务的家庭智能多参数计量仪表：随着分布式计算、并行计算、效用计算、网络存储、虚拟化、负载均衡等传统计算机和网络技术发展融合，提出了基于资源隐藏理念的虚拟化方法论---云计算。利用云计算方法论和大数据技术改变传统的计量管理和计量服务方式，提高效率，可以更好的实现让计量信息服务像空气一样无所不在。采用云计算架构，基于互联网基础设施和软件的应用，为家庭智能多参数计量仪表提供更加便捷的贸易结算和大数据综合分析。其结构连接描述：家庭智能多参数计量仪表通过上位机接入互联网，其接入方式可以是有线方式或者无线方式，有线方式比如通过家庭宽带（光纤/ADSL）或者专用网，无线方式可以通过移动数据网（GPRS/3G/4G/5G等）连接到计量数据服务云平台，然后云平台通过互联网向水电气供给方、物业管理、政府管理部门和用户方提供随时随地的互联网服务；家庭智能多参数计量仪表上位机（智能终端）也可以通过无线局域网（比如WIFI和蓝牙等）和用户移动终端（手机）APP相连接，向用户提供通知、缴费、分析和统计与查询等服务，同时上位机根据下位机的计量消费数据和用户方的缴信息驱动发讯基表控制阀单元进行开关，实现传统IC卡的预付费功能。

实施方案2

如图3所示的基于传统的服务器提供综合服务的家庭智能多参数计量仪表：其结构连接描述：家庭智能多参数计量仪表通过上位机接入互联网，其接入方式可以是有线方式或者无线方式，有线方式比如通过家庭宽带（光纤/ADSL）或者专用网，无线方式可以通过移动数据网GPRS/3G/4G/5G等连接到计量数据服务服务器，然后服务器通过互联网向水电气供给方、物业管理、政府管理部门和用户方基于B/S或者C/S结构提供传统的互联网服务；家庭智能多参数计量仪表上位机（智能终端）也可以通过无线局域网（比如WIFI和蓝牙等）和用户移动终端（手机）APP相连接，向用户提供通知、缴费、分析和统计与查询等服务，同时上位机根据下位机的计量消费数据和用户方的缴信息驱动发讯基表控制阀单元进行开关，实现传统IC卡的预付费功能。

包含本实用新型在内的总体物联网技术方案对传统“三表”为更好的实现物联网万物互联，进行了硬件结构上的重新设计，使之更加适应物联网，并且能有效降低硬件成本。该方案不同于传统的单独测量和“多表合一采集系统”，它具有的优点如下：①降低硬件成本。下位机只负责信号采集和数字通信，大大降低了下位机的硬件和软件的设计与开发成本（上位机节省了电池、数显、控制、IC读写等等），使上位机和下位机充分发挥各自的优势。上位机基于智能终端擅长信号处理和复杂的运算处理，下位机专注于信号采集和数字通信，硬件上实现“一拖多”节省了硬件成本，同时也降低了软件的开发难度。②上位机基于智能终端软硬件的设计，特别是基于移动智能终端操作系统的应用开发能更好的接入互联网，构建物联网的云计算架构，实现物物相息和大数据分析。通过软件实现了便捷的贸易计算活动，同时节省了硬件（IC卡读写系统）成本；通过大数据分析便于政府节能减排数据分析和维稳。③改变了传统三表由于安装位置造成的读数困难，用户可以直接在上位机显示屏读取三表的数据，也可以通过移动终端（手机或pad）的网络互联（蓝牙、WIFI和互联网）读取三表数据。④基于智能终端的便捷互联网接入特性，可以更加方便快捷的实现贸易结算和需求分析等活动，给用户带来良好的体验；同时也可以更好的实现供给侧阶梯收费等方式，管理方的灵活管理，政府管理部门的技术监督和大数据分析等等。⑤更灵活的扩展。基于移动智能终端操作系统的开发便于以后更好的向智能家居扩展。

Claims (1)

1.一种家庭用多参数计量系统，其特征在于：由上位机和下位机匹配构成，上位机包括通信接口模块和电源管理模块且还额外设置有开关量控制模块，下位机由水计量发讯基表、燃气计量发讯基表和电能计量发讯基表构成，水计量发讯基表包括第一电源接口、第一发讯主控电路、水基表和第一控制阀，燃气计量发讯基表包括第二电源接口、第二发讯主控电路、燃气基表和第二控制阀，电能计量发讯基表包括第三电源接口、第三发讯主控电路、测量模块和控制开关；上位机的通信接口模块和下位机的第一发讯主控电路、第二发讯主控电路和第三发讯主控电路的通信接口相互通信以的有线或无线方式电连接，上位机的电源管理模块以给下位机的第一电源接口、第二电源接口与第三电源接口供电的方式和第一电源接口至第三电源接口有线电连接，上位机的开关量控制模块以单向通信并驱动下位机的第一控制阀、第二控制阀和继电器开关的方式和第一控制阀、第二控制阀和继电器开关有线电连接。