CN207850459U - 一种水表智能控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种水表智能控制系统。该水表智能控制系统包括微处理器单元、数据检测单元、窄带物联网通信单元、供电单元、阀门控制单元；所述微处理器单元分别与所述窄带物联网通信单元、所述供电单元、所述数据检测单元以及所述阀门控制单元相连接；所述数据检测单元用于与水表相连接，以将采集的水表数据传输到所述微处理器单元；所述窄带物联网通信单元用于所述微处理器单元输出的数据上传至服务器终端；所述阀门控制单元用于与阀门相连接，以根据所述微处理器单元的信号控制阀门的开闭。该水表智能控制系统功能多样、精确度高、运行稳定且安装方便。

Description

一种水表智能控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种仪表领域，特别是涉及一种水表智能控制系统。

背景技术

传统的水表功能单一，计量精度差且始动流量大。如当家庭暗管发生泄漏或自来水被盗用时，难以发现，易造成水资源浪费和经济损失。

而且水表数据的采集采用人工的方式，造成人力资源的浪费，而且易出现数据采集错误，导致无法获取用户准确的用水量从而给用户或公司造成较大财务损失。虽然随着技术的发展，逐渐提出了远传水表系统，其能够便于采集用户的水表。但是，传统采用有线的远传水表系统的线路复杂，安装施工难度高，工程量大，使用陈本较高；而采用有线的远传水表系统的计量不准确，易受电磁信号干扰，抗干扰能力差，且运行不稳定，采集的数据精确度较差。

实用新型内容

基于此，有必要提供一种功能多样、精确度高、运行稳定且安装方便的水表智能控制系统。

一种水表智能控制系统，包括：微处理器单元、数据检测单元、窄带物联网通信单元、供电单元、阀门控制单元；所述微处理器单元分别与所述窄带物联网通信单元、所述供电单元、所述数据检测单元以及所述阀门控制单元相连接；所述数据检测单元用于与水表相连接，以将采集的水表数据传输到所述微处理器单元；所述窄带物联网通信单元用于所述微处理器单元输出的数据上传至服务器终端；所述阀门控制单元用于与阀门相连接，以根据所述微处理器单元的信号控制阀门的开闭。

本实用新型的水表智能控制系统包括微处理器单元、数据检测单元、窄带物联网通信单元、供电单元以及阀门控制单元，其能够通过NB-IoT通信方式进行数据传输，能够实现自动抄表，自动化程度高，而且运行稳定，抗干扰能力强，测量精度高。而且阀门控制单元能够根据接收到数据信号调节阀门的开闭，能够避免水资源的浪费。因此，本实用新型的水表智能控制系统功能多样、精确度高、运行稳定且安装方便。

本实用新型的水表智能控制系统能够实现无线自组网集中抄读方式，其具有抄表速度快、功耗低等优势，显著提高了工作效率。

在其中一个实施例中，本实用新型的水表智能控制系统还包括温度检测单元，所述温度检测单元用于检测水表的环境温度信号，并将采集到的所述环境温度信号传输至所述微处理器单元。该水表智能控制系统能够实时的监测环境温度，当温度低于预警值时及时提醒做好保护措施，以防止水表冻坏。

在其中一个实施例中，所述温度检测单元为铂系电阻温度传感器。该铂系电阻温度传感器的检测精度高，稳定性好。

在其中一个实施例中，还包括水质检测单元，所述水质检测单元用于检测水管中水的电导数据，并将采集到的所述电导数据传输至所述微处理器单元。通过设有水质检测单元，能够定期对水质质量检测，实现饮用水的安全监测。

在其中一个实施例中，所述窄带物联网通信单元用于与集中器终端通信连接，以通过集中器终端将所述微处理器单元输出的数据传输至服务器终端。

本实用新型的水表智能控制系统基于无线扩频技术的NB-IoT的方案先传输至集中器终端，再由集中器终端以GPRS方式统一上传至服务器。其中，无线扩频技术的传输信息所用的带宽远大于信息本身带宽。扩频通信技术在发端以扩频编码进行扩频调制，接收端以相关解调技术收信息。扩频通信技术的信号所占有的频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽；频带的扩展是通过一个独立的码序列来完成，用编码及调制的方法来实现的，与所传信息数据无关；在接收端则用同样的码进行相关同步接收、解扩及恢复所传信息数据。NB-IoT系统的传输带宽载波带宽为180kHz，进而其能够与传统LTE系统很好地兼容。NB-IoT系统的系统带宽为200kHz，其可以在GSM系统的频谱中实现无缝部署。NB-IoT将系统带宽收窄至200kHz，其能够有效降低NB-IoT用户终端射频芯片的复杂度，有效降低芯片成本及开发复杂度。

在其中一个实施例中，所述微处理器单元为STM单片机，其体积小、功耗低、速度快且外围电路丰富。

在其中一个实施例中，所述数据检测单元为霍尔传感器，其能够低电压工作，消耗电流低，能够适用于电池驱动的便携设备。而且具备高精度磁特性，稳定性好，兼容性强。

在其中一个实施例中，所述数据检测单元为S-5712霍尔传感器。

在其中一个实施例中，所述窄带物联网通信单元包括bc-95芯片，其能够实现海量连接，覆盖能力强，功耗低，成本低且稳定性好。

在其中一个实施例中，所述供电单元为光伏电源、锂电池电源、锂亚电池或超级电容电源，其具有自放电低、容量大、安全系数高等优势。

附图说明

图1为一实施方式的水表智能控制系统。

附图标记说明如下：

10.水表智能控制系统；100.微处理器单元；200.数据检测单元；300.窄带物联网通信单元；400.供电单元；500.阀门控制单元；600.温度检测单元；700. 水质检测单元；20.服务器终端；30.集中器终端。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“和／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示实施方式中，该水表智能控制系统10包括微处理器单元100、数据检测单元200、窄带物联网通信单元300、供电单元400以及阀门控制单元500。

该微处理器单元100分别与该窄带物联网通信单元300、该供电单元400、该数据检测单元200以及该阀门控制单元500相连接；该数据检测单元200用于与水表相连接，以将采集的水表数据传输到该微处理器单元100。该窄带物联网通信单元300用于该微处理器单元100输出的数据上传至服务器终端20；该阀门控制单元500用于与阀门相连接，以根据该微处理器单元100的信号控制阀门的开闭。具体地，该服务器终端可以为手机、电脑、平板等设备。

该微处理器单元100负责水表之间的各模块的协调工作和逻辑控制。在一个实施例中，该微处理器单元100为STM单片机，其体积小、功耗低、速度快且外围电路丰富。可选地，该微处理器单元100为STM8l151g4u6系类超低功耗单片机，其最小功耗可达0.35微安，采用哈弗结构8位内核，工作频率最高为16MHz，内置16K Flash、2K RAM和1K Byte EEPROM，丰富的增强I/O端口，1.8V-3.6V超低工作电压，10路ADC、3个16位定时器、1个8位定时器，片内12位ADC采样和12位DAC采样，采用UFQFPN28的超小体积封装。

该数据检测单元200主要负责采集水量计量功能。在其中一个实施例中，该数据检测单元200为霍尔传感器，其能够低电压工作，消耗电流低，能够适用于电池驱动的便携设备。而且具备高精度磁特性，稳定性好，兼容性强。可选地，该数据检测单元200为S-5712霍尔传感器，其为采用CMOS技术开发的可对应低电压工作，且可低消耗电流工作的高精度霍尔IC。S-5712霍尔传感器可检测出磁束密度的强弱，使输出电压发生变化。通过与磁石的组合，可对各种设备的开 / 关进行检测。由于采用小型的SOT-23-3或超小型的SNT-4A封装，因此可高密度安装。S-5712霍尔传感器为低电压工作、消耗电流低，能够适用于电池驱动的便携设备。而且其具备高精度磁特性，与磁石组合的工作偏差较小。

该数据检测单元200采用脉冲计数方式。其中，水表每转动一个方位就会产生一个脉冲计数，水表只用统计脉冲的数量就可以准确判断出当前水量的吨数，使其抄读准确性能几乎达到百分之百，读表精度可以达到百分之一立方米。

该窄带物联网通信单元300主要负责通过无线方式把水量信息和阀门状态无线上传至服务器终端20。可选地，该窄带物联网通信单元300用于与集中器终端30通信连接，以通过集中器终端30将该微处理器单元100输出的数据传输至服务器终端20。

本实用新型的水表智能控制系统10基于无线扩频技术的NB-IoT的方案先传输至集中器终端30，再由集中器终端30以GPRS方式统一上传至服务器。其中，无线扩频技术的传输信息所用的带宽远大于信息本身带宽。扩频通信技术在发端以扩频编码进行扩频调制，接收端以相关解调技术收信息。扩频通信技术的信号所占有的频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽；频带的扩展是通过一个独立的码序列来完成，用编码及调制的方法来实现的，与所传信息数据无关；在接收端则用同样的码进行相关同步接收、解扩及恢复所传信息数据。NB-IoT系统的传输带宽载波带宽为180kHz，进而其能够与传统LTE系统很好地兼容。NB-IoT系统的系统带宽为200kHz，其可以在GSM系统的频谱中实现无缝部署。NB-IoT将系统带宽收窄至200kHz，其能够有效降低NB-IoT用户终端射频芯片的复杂度，有效降低芯片成本及开发复杂度。

本实用新型的水表智能控制系统10能够实现无线自组网集中抄读方式，其具有抄表速度快、功耗低等优势，显著提高工作效率。

在一个实施例中，该窄带物联网通信单元300包括bc-95芯片，其能够实现海量连接，覆盖能力强，功耗低，成本低且稳定性好。

该供电单元400主要负责整个水表电子部分供电。可选地，该供电单元400为光伏电源、锂电池电源、锂亚电池或超级电容电源，其具有自放电低、容量大、安全系数高等优势。

可选地，该供电单元400采用3.6V的锂亚硫酰氯电池。通过使用3.6V的锂亚硫酰氯电池对水表进行供电，锂亚硫酰氯(Li/SOCl2)电池是实际应用电池系列中比能量较高的一种电池，比能量可达590W·h/kg和1100（瓦时每立方分米）。该Li/SOCl2电池能够制作成各种各样的尺寸和结构，容量范围从低至400mAh的圆柱形炭包式和卷绕式电极结构电池，到高达10000Ah的方形电池以及许多可满足特殊要求的特殊尺寸和结构的电池。水表端也进行低功耗状态以便电池供电时间更持久。使用电池供电可以有效避开市电转换成弱点的安全威胁，可以有效的解决老小区改造布线问题。

进一步可选地，该供电单元400采用电池型号为ER18505M功率型防水电池，其连续放电电流可达800mA，工作温度-55℃~+85℃，常温存储时间可达10年以上。

该阀门控制单元500主要负责阀门控制系统。可选地，该阀门控制单元500的电子部分使用H桥来驱动直流电机，控制电机正反转达到开关阀门目的，通过调节PWM脉冲实现电机转速，通过判断堵转时间来确定阀门是否关闭就绪。进一步可选地，该阀门控制单元500采用的芯片为SPX3010芯片，其芯片具有价格便宜、电压范围宽、体积小等特点。

该阀门控制单元500通过采用直流电机和电机控制H桥配合完成，通过无线远传传送预存量自动进行欠费关阀和充值开阀功能，并可以通过远程控制阀门状态和读取状态。

本实用新型的水表智能控制系统10还包括温度检测单元600，该温度检测单元600用于检测水表的环境温度信号，并将采集到的该环境温度信号传输至该微处理器单元100。该水表智能控制系统10能够实时的监测环境温度，当温度低于预警值时及时提醒做好保护措施，以防止水表冻坏。

在一个实施例中，该温度检测单元600为铂系电阻温度传感器。该铂系电阻温度传感器的检测精度高，稳定性好。可选地，该铂系电阻温度传感器为PT100温敏高精度电阻。

本实用新型的水表智能控制系统10还包括水质检测单元700，该水质检测单元700用于检测水管中水的电导数据，并将采集到的该电导数据传输至该微处理器单元100。通过设有水质检测单元700，能够定期对水质质量检测，实现饮用水的安全监测。

该水质检测单元700主要负责水质检测。可选地，该水质检测单元700采用模块DFR0300。其中，电导率是物质传送电流的能力，是电阻率的倒数。在液体中常以电导来衡量其导电能力的大小。水的电导是衡量水质的一个很重要的指标，它能反映出水中存在的电解质的浓度。根据水溶液中电解质的浓度不同，则溶液导电的程度也不同。在国际单位制中，电导率的单位称为西门子/米（S/m）。

本实用新型的水表智能控制系统10包括微处理器单元100、数据检测单元200、窄带物联网通信单元300、供电单元400以及阀门控制单元500，其能够通过NB-IoT通信方式进行数据传输，能够实现自动抄表，自动化程度高，而且运行稳定，抗干扰能力强，测量精度高。而且阀门控制单元500能够根据接收到数据信号调节阀门的开闭，能够避免水资源的浪费。因此，本实用新型的水表智能控制系统10功能多样、精确度高、运行稳定且安装方便。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种水表智能控制系统，其特征在于，包括：微处理器单元、数据检测单元、窄带物联网通信单元、供电单元、阀门控制单元；所述微处理器单元分别与所述窄带物联网通信单元、所述供电单元、所述数据检测单元以及所述阀门控制单元相连接；所述数据检测单元用于与水表相连接，以将采集的水表数据传输到所述微处理器单元；所述窄带物联网通信单元用于所述微处理器单元输出的数据上传至服务器终端；所述阀门控制单元用于与阀门相连接，以根据所述微处理器单元的信号控制阀门的开闭。

2.根据权利要求1所述的水表智能控制系统，其特征在于，还包括温度检测单元，所述温度检测单元用于检测水表的环境温度信号，并将采集到的所述环境温度信号传输至所述微处理器单元。

3.根据权利要求2所述的水表智能控制系统，其特征在于，所述温度检测单元为铂系电阻温度传感器。

4.根据权利要求1所述的水表智能控制系统，其特征在于，还包括水质检测单元，所述水质检测单元用于检测水管中水的电导数据，并将采集到的所述电导数据传输至所述微处理器单元。

5.根据权利要求1-4任一项所述的水表智能控制系统，其特征在于，所述窄带物联网通信单元用于与集中器终端通信连接，以通过集中器终端将所述微处理器单元输出的数据传输至服务器终端。

6.根据权利要求1-4任一项所述的水表智能控制系统，其特征在于，所述微处理器单元为STM单片机。

7.根据权利要求1-4任一项所述的水表智能控制系统，其特征在于，所述数据检测单元为霍尔传感器。

8.根据权利要求7所述的水表智能控制系统，其特征在于，所述数据检测单元为S-5712霍尔传感器。

9.根据权利要求1-4任一项所述的水表智能控制系统，其特征在于，所述窄带物联网通信单元包括bc-95芯片。

10.根据权利要求1-4任一项所述的水表智能控制系统，其特征在于，所述供电单元为光伏电源、锂电池电源、锂亚电池或超级电容电源。