CN212620932U - 一种磁传感独立智能水表表盖 - Google Patents

Abstract

一种磁传感独立智能水表表盖，包括使用金属屏蔽罩密封封装在一起密封垫、微处理器、PCB板、防尘盖、三轴磁传感器和观察窗，所述观察窗可直接查看下方原机械计数器的读数，所述三轴磁传感器设置于基表标度盘正上方，所述三轴磁传感器正对基表部分应能透磁，所述基表标度盘指针为磁性指针。本磁传感独立智能水表表盖电子部分十分简单，对微处理器的速度及内存空间等的要求也很低，同时电子部分不需要持续运行，大部分时间都处于休眠状态，读数速度极快，对节能等十分有利。

Description

一种磁传感独立智能水表表盖

技术领域

本发明涉及水流量计量领域，特别是自来水供水中对水流量的自动化智能化计量及读数的方法。

背景技术

在自来水供水领域，急需实现对水流量的自动化、智能化控制，水流量数据的智能读取是其重中之重。目前的水流量数据的智能读取大多采用全电子化或机电一体的模式。其中机电一体的模式采用了原先高稳定的机械水表加电子识别机构组成。电子部分易受各种环境影响(如高温、低温、高湿、腐蚀、灰尘、雷电、电磁干扰、供电)的影响引起数据丢失、死机等，在电子部件受损的情况下，很难保证其保存的数据能再现。同时，电子部件越复杂，为提高其稳定性及可靠性需化的成本越高。而机械水表对环境的适应性较高，且不会受雷电、电磁干扰、供电等的影响，即使在极其严重的物理损坏的情况下原先的水量数据还有可能取得。综合成本及可靠性等因素，目前的大多智能水表采用了机电一体的模式，而且大多也保留了机械计数部分。

目前机电一体模式的智能水表主要有：采用磁或光对叶轮、圆指针或机械计数码字轮等的转动连续计数进行流量读取的，或改进机械计数器字轮结构以光电方式直接读取字码数据，这两种方式都有电气部件直接进入基表的机械部分，如传统湿式水表使用该方式，电子传感模块受到高强度水压的冲击，导致密封性能较差，无法保证电子传感模块的使用寿命和读数的可靠性。也有采用摄像头采集计数器的图像进行OCR，这种方式涉及到微处理器对图像数据的采集及OCR，对微处理器的速度及内存空间等的要求非常高，OCR可能会消耗较大的运算时间，而且采用摄像头采集图像，需要有一定的拍照距离，水表的体积会有很大的变化，会引起水表难以在原先的水表箱内直接安装，同时摄像头遮盖了原计数器的数据，用户读取原始数据不太方便…

综上所述，目前机电一体模式的智能水表主要有以下缺陷：

1、电子部分与机械部分或需要直接的机械或电气连接，电子部分难以做到完全独立，也就难以做成真正独立的智能电子表盖。也难以在在用表上直接附加安装。一旦电子部分出故障，无法独立进行维修。在老旧小区智能化改造、定期周检、电子部分故障维修时，未完全独立的表需整体拆装或整体更换，造成资源浪费。其用于传感的机械部分或基表内的数据采集部分存在机械磨损，影响使用寿命。

2、电子部分或完全密封、完全屏蔽较为困难，对电、磁、光、湿、尘等的抗干扰能力弱。

3、电子部分或对原机械基表的计数器窗口部分有遮挡，用户读取原始数据不太方便。

4、电子部分或过于复杂，对微处理器的速度及内存空间等的要求非常高。

5、电子部分或需要持续运行，对节能等不利。

6、或整体体积过大，引起水表难以在原先的水表箱内直接安装。

在采用类似磁传感原理的诸多专利中如《一种磁阻式高精计量电子水表》(授权公告号 CN 210922725 U)、《远传水表》(授权公告号CN 210952982 U)等均采用了连续计数的原理。

发明内容

鉴于上述现存缺陷，本发明提出一种磁传感独立智能水表表盖，该表盖与水表基表(原来的机械水表)无直接的机械或电气连接，通过将基表上的标度盘指针更换为磁性指针，并采用三轴磁传感器，直接读取磁性指针的方位角(azimuth)，进而推算出实际使用水量。本发明无需遮挡基表的机械计数器，因而可透过本智能表盖的观察窗直接读取基表的计数。同时，本发明仅需三轴磁传感器正对基表部分应透磁，因而，本智能表盖可采取高度的密封、屏蔽等措施，并可以与基表紧密结合，具有极高的防电、磁、光、湿、尘等干扰能力，不存在机械磨损等情况，大幅度提高智能表盖的寿命。本智能表盖仅需将基表上的标度盘指针更换为磁性指针，就可以正常运行，不仅可利用现有机械水表生产线，便捷的加装智能表盖后生产智能水表，也可非常方便的用于旧表的升级改造。完全独立的智能表盖对后期的运维十分有利，智能表盖故障，可简单的替换就可以完成现场维修，大大降低了整体运维成本。

本发明提出一种磁传感独立智能水表表盖只需定时用三轴磁传感器采集磁性标度盘指针三轴磁强度，因此对微处理器的速度及内存空间要求非常低，读取速度极快，能耗低，同时读数数据采集自X0.1的标度盘上的，可进一步提高读取的水量精度。

本智能表盖适用于远程智能抄收等系统，具有安装便捷、数据精度高、计量精准、读数可靠等特点。

本发明提出一种磁传感独立智能水表表盖，其包括：3、密封垫4、微处理器5、PCB板6、防尘盖7、三轴磁传感器8、观察窗，可直接查看下方原机械计数器的读数；等组成，参见附图3、图4。上述部件使用金属屏蔽罩密封封装在一起(其中，由三轴磁传感器等组成部分应全透磁)，形成智能表盖。智能表盖与基表间用(3)密封垫紧密连接，并可进一步加固连接，防止外界对基表表盘玻璃的污染及干扰。

三轴磁传感器X，Y轴组成的平面与其正下方磁性标度盘指针的转动平面平行，三轴磁传感器Y轴指向标度盘0刻度方向(具体的三轴磁传感器轴指向安排要结合芯片及采集程序的实际情况相结合，使得计算得到的磁场水平角度与实际指针的转动角度一致)，三轴磁传感器X，Y轴中心与磁性标度盘指针的转动中心重合，磁性标度盘指针N极初始方向指向标度盘 0刻度方向。

由于本磁传感独立智能水表表盖是高度密封、屏蔽的，其磁性标度盘指针(可采用不生锈的钕铁硼强磁制成)的磁性非常强，因此，可忽略地磁等外部磁场的影响。当磁性标度盘指针旋转一周(360度)，其正上方的三轴磁传感器检测到的水平(X-Y)平面内的磁场角度也必然旋转一周(360度)，即三轴磁传感器可精确测量到当前磁性标度盘指针的位置。注：三轴磁传感器通常可直接测得X、Y、Z三轴的磁矢量分量，由X、Y二轴的磁矢量分量可以计算出水平(X-Y)平面内的磁场角度。

从上面的原理，可以看出，磁性标度盘指针旋转一周(360度)为10个刻度，即每36度为一个刻度，我们将三轴磁传感器检测到的水平(X-Y)平面内的磁场角度除以36即可以得到当前标度的指示值。

目前市场上三轴磁传感器对磁场角度的测量精度可以控制在1-2度之内，远高于指针一个刻度间隔36度的要求。微处理器调用适当的除抖算法即可十分有效的、快速的处理相关数据。

同时，本磁传感独立智能水表表盖主要的是根据磁性标度盘指针磁场角度来采集指针位置的，因此对磁性标度盘指针的实际磁场强度的依赖很少，可有效的防止磁性标度盘指针磁场强度的衰减对采集精度的影响，同时高度的密封、屏蔽也有效的抵御了外界磁、电对数据采集的影响。

将三轴磁传感器安装在水表的X0.1的标度盘上，标度盘指针更换成磁性标度盘指针。该标度盘转一圈为一立方。

自来水表按照相关标准，对流量的相关规定如下：4分(15mm)表有N0.6,N1,N1.5三种流量，常见的是N1.5常用流量为1.5方/小时,最大流量为3方/小时；6分(20mm)表N2.5 常用流量为2.5方/小时,最大流量为5方/小时；1寸(25mm)表N3.5常用流量3.5方/小时,最大流量7方/小时；1.5寸(40mm)N10常用流量10方/小时，最大流量20方/小时； 2寸(50mm)N15常用15方/小时，最大30方/小时。

在微处理器编程时，可以参考各水表的最大流量设计间隔读三轴磁传感器数据的时间，使得采集时间间隔内标度盘指针不可能转满一圈。如N1.5表，最大1200秒X0.1标度盘指针转一圈，大约间隔1000秒读一次数据即可。N3.5表，最大514秒X0.1标度盘指针转一圈，大约间隔500秒读一次数据即可。

在微处理器编程时，若采集到的数据与上次相同，表示该间隔内未用水；采集到的数据比上次大，表示该间隔内用水量的个位无进位；采集到的数据比上次小，表示该间隔内用水量的个位有进位(注意：一个时间间隔内标度盘指针不会转满一圈)。

为读取精度更高的水量数据，三轴磁传感器也可安装在水表的其他标度盘上，微处理器的定时采集时间间隔也应做相应调整。

从上可以看出，本磁传感独立智能水表表盖电子部分十分简单，对微处理器的速度及内存空间等的要求也很低，同时电子部分不需要持续运行，大部分时间都处于休眠状态，读数速度极快，对节能等十分有利。长时间的休眠状态也大大提高了表盖的抗干扰等性能。同时，本智能表盖附加的厚度完全可以控制在数公分之内，不会影响水表在原先的水表箱内直接安装。

附图说明

图1为水表表盘示意图；

图2为标度盘结构示意图；

图3为此实用新型结构示意图；

图4为此实用新型部分结构示意图。

附图标记如下：

1、基表标度盘；2、标度盘指针；3、密封垫；4、微处理器；5、PCB板；6、防尘盖；7、三轴磁传感器；8、观察窗；9、智能表盖；10、表盘玻璃；11、原机械计数器的读数窗口； 12、原机械计数器；13、基表；14、圆指针。

具体实施方式

本发明的磁传感独立智能水表表盖，其包括：密封垫3、微处理器4、PCB板5、防尘盖6、三轴磁传感器7、观察窗8，可直接查看下方原机械计数器的读数，参见附图3、图4。上述部件使用金属屏蔽罩密封封装在一起(其中三轴磁传感器正对基表部分应能透磁)，形成智能表盖。

上述智能表盖通过密封圈、加固件等加装于水表基表上方，再加上智能表盖上方的防尘盖组成完整的智能水表。

其中智能表盖中的三轴磁传感器位于基表X0.1标度盘的正上方，其安装位置，应能满足采集原理的要求。

智能表盖初次使用时，应设置好表号、采集间隔时间、传送间隔时间等，并将这些数据存储在微处理器的非易失存储器内；同时启动初始化程序，初始化整数位水量(通常设为0，到传送时该值刚好是这段时间内使用的整数水量，正确传送后清为0)、小数位水量(读取当前标度盘指针)，也存储在微处理器的非易失存储器内。

每到采集间隔时间，启动采集程序，采集相应数据。若采集到的数据与小数位水量相同，表示该间隔内未用水；采集到的数据比小数位水量大，表示该间隔内用水量的个位无进位，直接将采集到的数据写入小数位水量中；采集到的数据比小数位水量小，表示该间隔内用水量的个位有进位，将整数位水量中的数值加1，同时将采集到的数据写入小数位水量中。

到传送间隔时间或流动采集终端到达时，启动传送程序，传送表号、整数位水量，正确传送后，该整数位水量清为0。为进一步提高水量精度，也可以将小数位水量的数据进行传送，由数据中心对小数位水量进行修正。

进一步提高采集到的数据精度，三轴磁传感器可安装在X0.01等标度盘上方，当然，采集间隔的时间也应做相应的调整。

以上说明仅为本发明的实列，本发明并不限于上述列举的实例，任何人在本说明书的指导下，对采集数据的方式以及采集到的数据的处理方式等的改进，以及其他所有等同替代、变通，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。

Claims (4)

1.一种磁传感独立智能水表表盖，其特征在于：包括使用金属屏蔽罩密封封装在一起的密封垫(3)、微处理器(4)、PCB板(5)、防尘盖(6)、三轴磁传感器(7)和观察窗(8)，所述观察窗可直接查看下方原机械计数器的读数，所述三轴磁传感器设置于基表标度盘正上方，所述三轴磁传感器正对基表部分应能透磁，所述基表标度盘指针为磁性指针。

2.根据权利要求1所述的一种磁传感独立智能水表表盖，其特征在于：独立智能表盖在针对基表机械计数器上方开有全透明窗口，通过该窗口可以直击读取基表的计数器的读数，而无需拆卸智能表盖。

3.根据权利要求1所述的一种磁传感独立智能水表表盖，其特征在于：为了便于观察水流动情况，独立智能表盖在针对基表圆指针上方开有全透明窗口，通过该窗口可以观察直击基表圆指针的转动，而无需拆卸智能表盖。

4.根据权利要求1所述的一种磁传感独立智能水表表盖，其特征在于：防尘盖通过活动铰链与智能表盖链接；可打开防尘盖，通过智能表盖上的观察窗读取基表的计数器的读数。

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