CN208621121U - 物联网无线远传水表 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种物联网无线远传水表，包括水表和设置在水表上的PCB电路板，PCB电路板包括光电直读传感器、主控电路、采集电路、存储电路、NBIOT通信电路和电源电路；采集电路连接光电直读传感器和主控电路，主控电路的数据接口连接存储电路的数据接口，主控电路的通信接口连接NBIOT通信电路的通信接口；电源电路分别与光电直读传感器、主控电路和NBIOT通信电路连接；利用光电直读传感器，直接将采集的水表的数据转换成数字信号，利用采集电路对数字信号进行脉冲积分，对采集的水表数据直接以数字信号的方式发送，方便能源管理系统进行管理，避免了传统非数字信号经过逐级传递后造成的误差较大的现象。

Description

物联网无线远传水表

技术领域

本实用新型涉及远传水表技术领域，特别涉及一种物联网无线远传水表。

背景技术

随着物联网技术的发展，自动读取数据的流量表已经越来越普及，自动读取数据的水表已经完全取代了传统的直读式水表，依靠自动读数的远传水表取代传统的人工抄表读数，减少了大量人力成本。但是现有的无线远传水表大多采用的信息远传方式都为脉冲输出，并不适合能源管理系统的直接采集需要，当流量水表读取数据传送到供水公司的后台管理中心后，后台管理中心需要对收到的流量水表读取到的数据进行分析和计算。现有的脉冲采集器是针对老式机械式电度表开发的产品，完成电能脉冲到电度数的数字转化，但不能将水量、气量等转化成对应的数字当量，因此很难将直接接收到的水表采集的水量这种非电量的能耗信息融入能源管理系统。另一方面，在

现有的水表信号一般采用低成本的LoRa信号，但LoRa信号同时存在普及度低的缺点，作为区域内使用的私有网络，使得水表天线所发出的数据受传输范围和应用场景的限制严重。

实用新型内容

本实用新型的目的旨在至少解决所述的技术缺陷之一。

为此，本实用新型的一个目的在于提出一种物联网无线远传水表，通过安装光电直读传感器，直接将采集的水表的数据转换成数字信号，利用采集电路对数字信号进行脉冲积分，采集电路将积分后的信号发送至主控电路，由主控电路发送至NBIOT通信电路，利用NBIOT通信电路发送至NBIOT通信基站，实现水表数据的远传。

为了实现上述目的，本实用新型一方面的实施例提供一种物联网无线远传水表，包括水表和设置在水表上的PCB电路板，所述PCB电路板包括光电直读传感器、主控电路、采集电路、存储电路、NBIOT通信电路和电源电路；所述采集电路的输入端连接光电直读传感器的输出端；所述采集电路的输出端连接主控电路的输入端，所述主控电路的数据接口连接存储电路的数据接口，所述主控电路的通信接口连接NBIOT通信电路的通信接口；所述电源电路分别与光电直读传感器、主控电路和NBIOT通信电路连接；

所述采集电路包括解码器和计量脉冲积分器；所述解码器的输入端与光电直读传感器的输出端相连接，所述解码器的输出端与计量脉冲积分器的输入端相连接，所述计量脉冲积分器的输出端与主控电路相连接。

在上述任一方案中优选的是，所述光电直读传感器包括光电直读表字轮、光电管和编码器；所述光电管包括发光管和接收管；所述发光管和接收管对称设置在光电直读表字轮两侧，所述接收管与编码器相连接。

在上述任一方案中优选的是，所述光电直读表字轮中间设置3个角度的透光孔，发光管通过过光孔从光电直读表字轮的一侧投射到另一侧的接收管中，所述接收管与编码器输入端连接，编码器的输出端与解码器的输入端连接，由编码器对接收管接收到的光信号进行编码。

在上述任一方案中优选的是，所述主控电路包括SIM卡芯片和主控芯片；所述SIM卡芯片固定安装在PCB电路板的背面，SIM卡芯片的数据接口与主控芯片相连接，所述主控芯片的UART通信管脚连接NBIOT通信电路。

在上述任一方案中优选的是，所述NBIOT通信电路包括型号为BC26的NBIOT通信模块、射频天线和匹配电路；所述射频天线连接SIM卡芯片的通信管脚，通过连接射频天线与NBIOT基站通信，所述NBIOT通信模块与主控芯片的UART通信管脚连接；所述NBIOT通信模块的时钟管脚与SIM卡芯片的时钟管脚相连接。

在上述任一方案中优选的是，所述主控电路还包括时钟电路；所述主控芯片采用型号为STM32F051C8T6，所述时钟电路采用型号为DS3231的时钟芯片，所述时钟芯片的时钟管脚与主控芯片的IO接口相连接。

在上述任一方案中优选的是，所述电源电路包括锂离子电池和与锂离子电池的正负极相连接的供电保护电路。

在上述任一方案中优选的是，所述供电保护电路包括供电检测芯片、第一场效应管和第二场效应管；所述供电检测芯片采用型号为8031的单片机；所述供电检测芯片的第一IO接口连接第一场效应管的栅极，所述第一场效应管的源极连接锂离子电池的负极，所述第一场效应管的漏极连接第二场效应管的源极，所述第二场效应管的漏极连接主控电路的电源管脚。

根据本实用新型实施例提供的一种物联网无线远传水表，相比于现有的远传水表至少具有以下优点：

1、利用光电直读传感器，直接将采集的水表的数据转换成数字信号，利用采集电路对数字信号进行脉冲积分，对采集的水表数据直接以数字信号的方式发送，方便能源管理系统进行管理，避免了传统非数字信号经过逐级传递后造成的误差较大的现象。

2、采用NBIOT通信电路与主控电路和存储电路相结合，主控电路对采集的水表信号，进行实时传递，避免了传统的远传读数时，机械读数正常运转而停止电子计量造成的数据误差较大，需要经常校正的缺点。

3、电源电路采用供电检测芯片对锂离子电池的供电情况进行检测，改变了原有远传水表必须不间断供电的现象，通过供电检测芯片控制场效应管的导通和关断，从而控制锂离子电池实现间断供电。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本实用新型实施例提供的一种物联网无线远传水表的电路结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种物联网无线远传水表的NBIOT通信电路的电路示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种物联网无线远传水表的SIM卡芯片电路的电路示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种物联网无线远传水表的电源电路的电路原理图；

图中：1、光电直读传感器；2、主控电路；3、存储电路；4、NBIOT通信电路；5、电源电路；6、采集电路；601、解码器；602、计量脉冲积分器；101、光电直读表字轮；102、光电管；103、编码器；

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

如图1所示，本实用新型实施例的一种物联网无线远传水表，包括水表和设置在水表上的PCB电路板，PCB电路板包括光电直读传感器1、主控电路2、采集电路6、存储电路3、NBIOT通信电路4和电源电路5；采集电路6的输入端连接光电直读传感器1的输出端；采集电路6的输出端连接主控电路2的输入端，主控电路2的数据接口连接存储电路3的数据接口，主控电路2的通信接口连接NBIOT通信电路4的通信接口；电源电路5分别与光电直读传感器1、主控电路2和NBIOT通信电路4连接；采集电路6包括解码器601和计量脉冲积分器602；解码器601的输入端与光电直读传感器1的输出端相连接，解码器601的输出端与计量脉冲积分器602的输入端相连接，计量脉冲积分器602的输出端与主控电路2相连接。

在本实用新型的一个实施例中，光电直读传感器采集水表的用水量信号，并将用水量信号利用光电直读传感器本身具有的硬件结构采用数字信号的形式发送至采集电路，采集电路中的解码器对接收到的数字信号进行解码，并将解码后的数字信号发送至计量脉冲积分器，由计量脉冲积分器根据接收信号的脉冲进行积分计算，并将积分计算后的信号发送至主控电路中，主控电路将接收到的信号存储至存储电路中，并按照一定的频率读取存储至存储电路的数据，并将读取的数据通过NBIOT通信电路发送至NBIOT物联网基站，由NBIOT物联网基站连接能源管理系统，以供能源管理系统对水表信息直接进行处理。

实施例2，本实施例对上述实施例中的光电直读传感器的结构进行进一步扩展光电直读传感器1包括光电直读表字轮101、光电管102和编码器103；其中光电管102包括发光管和接收管；发光管和接收管对称设置在光电直读表字轮101两侧，接收管与编码器103相连接。光电直读表字轮101中间设置3个角度的透光孔，水表中有水流动时，光电直读表字轮随水流转动，发光管通过过光孔从光电直读表字轮101的一侧投射到另一侧的接收管中，接收管与编码器103输入端连接，编码器103的输出端与解码器601的输入端连接，由编码器103对接收管接收到的光信号进行编码。因此，编码器编码的光信号即为水表计量的用水量，编码器将该光信号编码后，用水量信息由光信号转换为数字信号。编码器将该数字信号发送至采集电路的解码器，有解码器将该数字信号解码后，发送至计量脉冲积分器，由计量脉冲积分器根据接收信号的脉冲进行积分计算，后续步骤与上述实施例一致。

在本实用新型的另一个实施例中，主控电路2包括SIM卡芯片和主控芯片；SIM卡芯片固定安装在PCB电路板的背面，SIM卡芯片的数据接口与主控芯片相连接，主控芯片的UART通信管脚连接NBIOT通信电路4。需要说明的是，主控电路中需要采用具备NBIOT的专用SIM芯片与NBIOT通信电路配合才能实现利用现有的通信运营商网络(移动、联通、电信)实现NBIOT物联网通信，因此在选择型号为SIM7030的NBIOT专用SIM芯片，由图3可以看出，SIM芯片与主控芯片相连接，用于主控芯片驱动SIM卡芯片工作。利用现有的通信运营网络进行通信，SIM卡芯片与NBIOT通信电路连接，实现将水表数据按照NBIOT通信协议转换，由NBIOT通信电路将NBIOT协议数据发送至通信运营网络进行通信；本实施例中采用SIM7030和现有的NBIOT通信模块硬件结合实现NBIOT通信；其中对于水表数据按照NBIOT通信协议转换的过程采用现有的常规的转换协议程序即可实现，在此不再赘述。

如图2所示，本实施例对NBIOT通信电路的电路结构进行进一步扩展，NBIOT通信电路4包括型号为BC26的NBIOT通信模块、射频天线和匹配电路；其中，图中BC26的USIM-CLK管脚至USIM-VDD管脚通过连接射频天线连接SIM卡芯片的通信管脚，实现与NBIOT基站通信，NBIOT通信模块与主控芯片的UART通信管脚连接；NBIOT通信模块的时钟管脚与SIM卡芯片的时钟管脚相连接。在上述任一方案中优选的是，主控电路2还包括时钟电路；主控芯片采用型号为STM32F051C8T6，时钟电路采用型号为DS3231的时钟芯片，时钟芯片的时钟管脚与主控芯片的IO接口相连接。由此保证主控电路断电保护，不会产生时钟错乱。

如图4所示，电源电路5包括锂离子电池和与锂离子电池的正负极相连接的供电保护电路。供电保护电路包括供电检测芯片、第一场效应管和第二场效应管；供电检测芯片采用型号为8031的单片机；供电检测芯片的使能管脚连接主控芯片；供电检测芯片的第一IO接口P1.4连接第一场效应管的栅极，第一场效应管的源极连接锂离子电池的负极，第一场效应管的漏极连接第二场效应管的源极，第二场效应管的漏极连接主控电路2的电源管脚。通过单片机控制两个场效应管的栅极，实现控制两个场效应管的导通和关断，在正常状态下电路中P1.4和P1.5口都输出高电压,2个MOSFET都处于导通状态,电池可以自由地进行充电和供电；由于本申请不涉及充电，由此充电的电路结构在此不再赘述，通过主控芯片控制P1.4管脚的电平转换为低电平时第一场效应管Q1关断，此时电池停止供电，因此本实施例中通过采用供电检测芯片与场效应管和锂离子电池相结合的的电源电路，通过主控芯片按照一定频率控制供电检测芯片使能管脚使能，因此供电检测芯片的P1.4管脚按照一定频率转换为高电平，实现供电电路的自动导通和关断，减少了电能的浪费。

本装置在使用时，水表中有水流动时，光电直读传感器的读表字轮随水流转动，发光管通过过光孔从光电直读表字轮101的一侧投射到另一侧的接收管中，接收管与编码器103输入端连接，编码器103的输出端与解码器601的输入端连接，由编码器103对接收管接收到的光信号进行编码。因此，编码器编码的光信号即为水表计量的用水量，编码器将该光信号编码后，用水量信息由光信号转换为数字信号。编码器将该数字信号发送至采集电路的解码器，有解码器将该数字信号解码后，发送至计量脉冲积分器，由计量脉冲积分器根据接收信号的脉冲进行积分计算，并将积分计算后的信号发送至主控电路中，主控电路将接收到的信号存储至存储电路中，并按照一定的频率读取存储至存储电路的数据，并将读取的数据通过NBIOT通信电路发送至NBIOT物联网基站，由NBIOT物联网基站连接能源管理系统，以供能源管理系统对水表信息直接进行处理。SIM卡芯片与NBIOT通信电路连接，实现将水表数据按照NBIOT通信协议转换，由NBIOT通信电路将NBIOT协议数据发送至通信运营网络进行通信；当NBIOT通信电路按照一定频率向基站发送数据时，主控芯片按照一定频率控制供电检测芯片使能管脚使能，因此供电检测芯片的P1.4管脚按照一定频率转换为高电平，实现供电电路的自动导通和关断，减少了电能的浪费。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本实用新型的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (8)

1.一种物联网无线远传水表，包括水表和设置在水表上的PCB电路板，其特征在于，所述PCB电路板包括光电直读传感器、主控电路、采集电路、存储电路、NBIOT通信电路和电源电路；所述采集电路的输入端连接光电直读传感器的输出端；所述采集电路的输出端连接主控电路的输入端，所述主控电路的数据接口连接存储电路的数据接口，所述主控电路的通信接口连接NBIOT通信电路的通信接口；所述电源电路分别与光电直读传感器、主控电路和NBIOT通信电路连接；

所述采集电路包括解码器和计量脉冲积分器；所述解码器的输入端与光电直读传感器的输出端相连接，所述解码器的输出端与计量脉冲积分器的输入端相连接，所述计量脉冲积分器的输出端与主控电路相连接。

2.根据权利要求1所述的物联网无线远传水表，其特征在于，所述光电直读传感器包括光电直读表字轮、光电管和编码器；所述光电管包括发光管和接收管；所述发光管和接收管对称设置在光电直读表字轮两侧，所述接收管与编码器相连接。

3.根据权利要求2所述的物联网无线远传水表，其特征在于，所述光电直读表字轮中间设置3个角度的透光孔，发光管通过过光孔从光电直读表字轮的一侧投射到另一侧的接收管中，所述接收管与编码器输入端连接，编码器的输出端与解码器的输入端连接，有编码器对接收管接收到的光信号进行编码。

4.根据权利要求1所述的物联网无线远传水表，其特征在于，所述主控电路包括SIM卡芯片和主控芯片；所述SIM卡芯片固定安装在PCB电路板的背面，SIM卡芯片的数据接口与主控芯片相连接，所述主控芯片的UART通信管脚连接NBIOT通信电路。

5.根据权利要求4所述的物联网无线远传水表，其特征在于，所述NBIOT通信电路包括型号为BC26的NBIOT通信模块、射频天线和匹配电路；所述射频天线连接SIM卡芯片的通信管脚，通过连接射频天线与NBIOT基站通信，所述NBIOT通信模块与主控芯片的UART通信管脚连接；所述NBIOT通信模块的时钟管脚与SIM卡芯片的时钟管脚相连接。

6.根据权利要求4所述的物联网无线远传水表，其特征在于，所述主控电路还包括时钟电路；所述主控芯片采用型号为STM32F051C8T6，所述时钟电路采用型号为DS3231的时钟芯片，所述时钟芯片的时钟管脚与主控芯片的IO接口相连接。

7.根据权利要求1所述的物联网无线远传水表，其特征在于，所述电源电路包括锂离子电池和与锂离子电池的正负极相连接的供电保护电路。

8.根据权利要求7所述的物联网无线远传水表，其特征在于，所述供电保护电路包括供电检测芯片、第一场效应管和第二场效应管；所述供电检测芯片采用型号为8031的单片机；所述供电检测芯片的第一IO接口连接第一场效应管的栅极，所述第一场效应管的源极连接锂离子电池的负极，所述第一场效应管的漏极连接第二场效应管的源极，所述第二场效应管的漏极连接主控电路的电源管脚。