CN218628473U - 一种自发电无线阀控水表 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自发电无线阀控水表，包括阀控水表本体，还包括水流发电装置和电能采集存储单元，所述水流发电装置安装在阀控水表本体的出水口处，所述水流发电装置的电能输出端与电能采集存储单元的输入端电连接，电能采集存储单元的输出端与阀控水表连接。本实用新型通过自行发电，解决了无线水表的供电问题，一方面解决了无线水表需要更换电池的不足之处，大大节省了水表相关的运营维护成本；一方面因为电量相对充足，可以适当提高无线水表数据上传频率，进而改善智慧水务系统的数据实时性，为智慧水务的发展锦上添花。

Description

一种自发电无线阀控水表

技术领域

本实用新型涉及智能水表领域，具体涉及一种自发电无线阀控水表。

背景技术

无线阀控水表是智慧水务的重要设备之一。它的主要部件有基表、字轮盒、数据采集和控制系统。水流过阀控水表基表，带动基表中的叶轮转动，叶轮的转动传递给字轮盒，带动字轮盒显示用水量，数据采集和控制系统采集当前用水量并将数据上传到服务器，实现远程抄表，同时根据用水量和用户账户余额等信息控制基表末端的水阀开关。现有的无线阀控水表需要电池进行供电，通过低功耗设计，一块电池可以使用数年。但随着水表上线运行时间的延长，必然面临更换电池的问题，更换电池不仅耗费大量的人力物力，限于现场操作人员的技术水平和专业素养，还可能导致水表受损，大大增加了运营维护成本，给水司和用户带来极大不便。

实用新型内容

本实用新型针对现有无线阀控水表所存在的上述不足之处，提供一种带有自发电功能的自发电无线阀控水表。

本实用新型的目的是以下述方式实现的：

一种自发电无线阀控水表，包括阀控水表本体，还包括水流发电装置和电能采集存储单元，所述水流发电装置安装在阀控水表本体的出水口处，所述水流发电装置的电能输出端与电能采集存储单元的输入端电连接，电能采集存储单元的输出端与阀控水表电连接；所述水流发电装置包括螺纹连接的水表端接头1和水管端接头2，水表端接头1与阀控水表的出水口连接，水管端接头2与水管管路连接，所述水表端接头1具有一段凸出的接管11，水管端接头2具有与其接管对应套接的套管12，套管12的内径略大于接管11的外径；所述接管11内设置转子叶轮5、转子轴4和永磁体6，所述转子叶轮包括叶轮结构10和设置在叶轮结构的叶片外周上的圆形框架13，所述圆形框架13上沿圆周均匀设置有永磁体安装槽，所述永磁体6安装在永磁体安装槽内；所述接管11的两端分别设置有转子固定架3，所述转子轴4从叶轮结构10中心穿过，转子轴4的两端分别插入转子固定架3上的安装孔内，所述接管11的外表面刻有螺纹，所述螺纹上刻有线圈安装槽9；线圈安装槽9内安装线圈7，线圈7首尾作为电能输出端。

所述电能采集存储单元包括倍压整流电路、充放电保护电路、电池电容器、一次性备用电池和备用电池供电电路；所述倍压整流电路的输入端与水流发电装置的电能输出端电连接，倍压整流电路的输出端与充放电保护电路的充电端连接，充放电保护电路的电池端与电池电容器连接；一次性备用电池与备用电池供电电路的输入端连接，备用电池供电电路的输出端、充放电保护电路的负载端和阀控水表的用电负载三者电连接。

所述倍压整流电路包括第一电容C1、第二电容C2、第一二极管D1、第二二极管D2，所述的第一二极管D1的阴极和第二二极管D2的阳极连接电能输入的一端，第一二极管D1的阳极和第一电容C1的一端连接作为倍压整流电路直流输出端的负极，第二二极管D2的阴极和第二电容C2的一端连接作为倍压整流电路直流输出端的正极，第一电容C1和第二电容C2的另一端连接电能输入的另一端。

所述充放电保护电路采用芯片HY2112。

所述永磁体6成对安装，且相邻的永磁体磁极方向相反。

所述接管11远离水表端接头1的一端和套管12靠近水管端接头2的一端的接触面处安装防水垫片。

所述阀控水表本体包括基表、字轮盒、数据采集单元、数据传输单元、主控单元和阀控单元，所述基表内包含有测量叶轮和传动机构，所述传动机构将叶轮旋转的角度传递给字轮盒，字轮盒内的一组齿轮将测量叶轮的旋转角度转换为各字轮的转动角度；所述数据采集单元、数据传输单元和阀控单元均与主控单元电连接，所述数据采集单元采集测量叶轮转动角度或各字轮的转动角度，识别当前用水量信息；所述主控单元通过数据传输单元将数据采集单元采集的当前用水量信息上传至服务器，所述的阀控单元接收主控单元发出的控制信号，控制基表中的水阀开关。

本实用新型的有益效果：相对于现有技术，本实用新型通过自行发电，解决了无线水表的供电问题，一方面解决了无线水表需要更换电池的不足之处，大大节省了水表相关的运营维护成本；一方面因为电量相对充足，可以适当提高无线水表数据上传频率，进而改善智慧水务系统的数据实时性，为智慧水务的发展锦上添花。本申请提供的自发电无线阀控水表，采用现有成熟的水量计量方式，并将发电装置集成在水表内部，结构简单，无需额外安装组件，既保障了水表计量的准确性，又解决了水表的供电问题，还无需额外安装空间、方便安装，效果显著，便于推广应用。

附图说明

图1为本实用新型的水流发电装置结构示意图；

图2为图1的剖视图；

图3为本实用新型所述的水流发电装置的转子的结构示意图；

图4为本实用新型所述的电能采集存储单元的倍压整流电路原理图；

图5为本实用新型所述的电能采集存储单元的充放电保护电路原理图；

图6为本实用新型所述的电能采集存储单元的备用电池供电电路原理图；

图7为本实用新型的水流发电装置的水表端接头的结构示意图；

其中，1-水表端接头，2-水管端接头，3-转子固定架，4-转子轴，5-转子叶轮，6-永磁体，7-线圈，8-接触面，9-线圈安装槽，10-叶轮结构，11-接管，12-套管，13-圆形框架。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

应该指出，以下详细说明都是例式性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本 申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的技术含义相同。

一种自发电无线阀控水表，包括阀控水表本体，还包括水流发电装置和电能采集存储单元，所述水流发电装置安装在阀控水表本体的出水口处，所述水流发电装置的电能输出端与电能采集存储单元的输入端电连接，电能采集存储单元的输出端与阀控水表连接。

如图1和图2所示，所述水流发电装置包括螺纹连接的水表端接头1和水管端接头2，水表端接头1与阀控水表的出水口连接，水管端接头2与水管管路连接，并在现场使用环境中作为自发电无线阀控水表的出水管与用户侧水管连接；所述水表端接头1具有一段凸出的接管11，水管端接头2具有与其接管对应配套的套管12，套管12的内径略大于接管11的外径；接管11的外表面设置外螺纹，套管12的内表面设置内螺纹。

如图3所示，所述接管11内设置转子，所述转子包括转子轴4、转子叶轮5和永磁体6，

所述转子叶轮包括叶轮结构10和设置在叶轮结构的叶片外周上的圆形框架13，所述圆形框架13上沿圆周均匀设置有永磁体安装槽，所述永磁体6安装在永磁体安装槽内；所述接管11的两端分别设置有转子固定架3，转子固定架3安装在接管11两端预留的安装槽内；所述转子轴4从叶轮结构10中心穿过，使转子叶轮5可绕转子轴4自由转动，转子轴4的两端分别插入转子固定架3上的安装孔内，所述接管11的外表面刻有螺纹， 在本实施例中，所述螺纹上刻有6个线圈安装槽9，根据实际情况最多可安装9个线圈，在本实施例中，实际安装了3个线圈。线圈安装槽9内安装线圈7，线圈7首尾作为电能输出端，所述转子上有6个沿圆周均匀分布的永磁体安装槽，6个强磁永磁体6分别安装于6个安装槽内，且相邻的两个强磁永磁体6，朝向圆周外侧的磁极极性相反。

所述电能采集存储单元包括倍压整流电路、电池电容器、充放电保护电路、一次性备用电池和备用电池供电电路；所述倍压整流电路的输入端与水流发电装置的电能输出端电连接，倍压整流电路的输出端与充放电保护电路的充电端连接；充放电保护电路的电池端与电池电容器连接；一次性备用电池与备用电池供电电路的输入端连接，备用电池供电电路的输出端、充放电保护电路的负载端和阀控水表的用电负载三者连接。

如图4所示，所述倍压整流电路包括第一二极管D1、第二二极管D2、第一电容C1、第二电容C2，所述的第一二极管的阴极和第二二极管的阳极连接电能输入的一端，第一二极管的阳极和第一电容的一端连接作为倍压整流电路直流输出端的负极，第二二极管的阴极和第二电容的一端连接作为倍压整流电路直流输出端的正极，第一电容和第二电容的另一端连接电能输入的另一端。ACIN1、ACIN2为所述倍压整流电路的输入端，与水流发电装置的线圈连接，所述水流发电装置的输出电压为交流电压，为描述方便，当ACIN1电位高于ACIN2时，称为交流电的正半周，反之则称为交流电的负半周。理想状态下，倍压整流电路的输出电压是输入交流电压幅值的2倍，用于在前述线圈串联的基础上对水流发电装置的输出电压进一步提升，并将交流电转换位直流电以满足后级电路对电能的需求。

图5为本实用新型所述的充放电保护电路的电路原理图。如图5所示，所述充放电保护电路由电池保护芯片HY2112及其外围电路组成。电池保护芯片是宏康公司的一款单节电池保护IC，集成了过充电保护、过放电保护、充电过流保护、放电过流保护和负载短路保护功能。前述倍压整流电路的输出端与所述充放电保护电路的充电保护端连接，用于防止过充电或充电电流过大导致电池电容器损毁。图5中RECOUT+是充电端的正极，RECOUT-是充电端的负极，BAT+是电池端的正极，BAT-是电池端的负极，DCLOAD+是负载端的正极，DCLOAD-是负载端的负极。RECOUT+和RECOUT-与倍压整流电路的输出端连接；BAT+和BAT-与电池电容器的两端连接，DCLOAD+和DCLOAD-与阀控水表的用电负载电连接。充放电保护电路的主要功能是在电路状态超出电路自身特性允许范围的情况下保证电路尤其是电池电容器的安全，比如在电池电容器满电的状态下，如果用户仍在用水，则水流装置仍处于发电状态，电池电容器有过充电风险，此时充放电保护电路动作，断开发电装置对电池电容器的充电路径，防止电池电容器过充电。

图6为本使用新型所述的备用电池供电电路的电路原理图。如图6所示，所述备用电池供电电路由PMOS管Q1及其外围电路、线性稳压器U1及其外围电路和二极管D3组成。所述一次性备用电池与备用电池供电电路的输入端连接，前述充放电保护电路的负载端、水表的用电负载和所述的备用电池供电电路的输出端连接。本实用新型所述的主控单元对电池电容器电压进行监测，当电池电容器电压低于警戒值时，主控单元控制PMOS管导通，备用电池供电电路开始工作，线性稳压器对一次性备用电池的电压进行降压处理，使电池电容器的容量能得到更加充分的利用，二极管用于防止电池电容器对一次性备用电池进行充电；当电池电容器电压进一步下降时，一次性备用电池经由线性稳压器和二极管放电，补偿电池电容器电量，防止电池电容器过放电。所述的一次性备用电池和备用电池供电电路主要用于在用户长时间不用水的情况下保证水表的正常运行。

其中，主控单元通过分压电路和ADC（模数转换器）测量负载端电压进而监测电池电容器的电压为常规技术手段，因此不再赘述。

所述永磁体6成对安装，且相邻的永磁体磁极方向相反。

所述接管11远离水表端接头1的一端和套管12靠近水管端接头2的一端的接触面处安装防水垫片，防止水流从所述水流放电装置中泄漏，同时也防止水流腐蚀线圈。

所述阀控水表本体包括基表、字轮盒、数据采集单元、数据传输单元、主控单元和阀控单元，所述基表内包含有测量叶轮和传动机构，所述传动机构将叶轮旋转的角度传递给字轮盒，字轮盒内的一组齿轮将测量叶轮的旋转角度转换为各字轮的转动角度；所述数据采集单元、数据传输单元和阀控单元均与主控单元电连接，所述数据采集单元采集测量叶轮转动角度或各字轮的转动角度，识别当前用水量息；所述主控单元通过数据传输单元将数据采集单元采集的当前用水量信息上传至服务器，所述的阀控单元接收主控单元发出的控制信号，控制基表中的水阀开关。

本实用新型所述的基表，内部包含有测量叶轮和传动机构，自来水留经水表时，测量叶轮旋转的角度准确的反映自来水流量，并通过传动装置传递给字轮盒，字轮盒内的一组齿轮将测量叶轮的旋转角度转换为各字轮的转动角度，供人眼或其他视觉设备直接读取水表数据。

本实用新型所述的主控单元用于控制和协调数据采集单元、数据传输单元和阀控单元的工作。

本实用新型所述的数据采集单元可采集测量叶轮转动角度或各字轮的转动角度，从而识别当前用水量息。

本实用新型所述的数据传输单元用于将数据采集单元采集的当前用水量信息上传到服务器，供后续处理，并从服务器获取用户的余额等信息，为水表的阀控功能提供控制依据。

本实用新型所述的阀控单元，包含驱动电路部分和电机部分，根据数据传输单元从服务器获取的信息，由所述的主控单元发出控制信号，由驱动电路控制电机旋转，进而控制基表中的水阀开关，实现开关水阀的功能。

以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种自发电无线阀控水表，包括阀控水表本体，其特征在于：还包括水流发电装置和电能采集存储单元，所述水流发电装置安装在阀控水表本体的出水口处，所述水流发电装置的电能输出端与电能采集存储单元的输入端电连接，电能采集存储单元的输出端与阀控水表电连接；所述水流发电装置包括螺纹连接的水表端接头（1）和水管端接头（2），水表端接头（1）与阀控水表的出水口连接，水管端接头（2）与水管管路连接，所述水表端接头（1）具有一段凸出的接管（11），水管端接头（2）具有与其接管对应套接的套管（12），套管（12）的内径大于接管（11）的外径；所述接管（11）内设置转子叶轮（5）、转子轴（4）和永磁体（6），所述转子叶轮包括叶轮结构（10）和设置在叶轮结构的叶片外周上的圆形框架（13），所述圆形框架（13）上沿圆周均匀设置有永磁体安装槽，所述永磁体（6）安装在永磁体安装槽内；所述接管（11）的两端分别设置有转子固定架（3），所述转子轴（4）从叶轮结构（10）中心穿过，转子轴（4）的两端分别插入转子固定架（3）上的安装孔内，所述接管（11）的外表面刻有螺纹，所述螺纹上刻有线圈安装槽（9）；线圈安装槽（9）内安装线圈（7），线圈（7）首尾作为电能输出端。

2.根据权利要求1所述的自发电无线阀控水表，其特征在于：所述电能采集存储单元包括倍压整流电路、充放电保护电路、电池电容器、一次性备用电池和备用电池供电电路；所述倍压整流电路的输入端与水流发电装置的电能输出端电连接，倍压整流电路的输出端与充放电保护电路的充电端连接，充放电保护电路的电池端与电池电容器连接；一次性备用电池与备用电池供电电路的输入端连接，备用电池供电电路的输出端、充放电保护电路的负载端和阀控水表的用电负载三者电连接。

3.根据权利要求2所述的自发电无线阀控水表，其特征在于：所述倍压整流电路包括第一电容（C1）、第二电容（C2）、第一二极管（D1）、第二二极管（D2），所述的第一二极管（D1）的阴极和第二二极管（D2）的阳极连接电能输入的一端，第一二极管（D1）的阳极和第一电容（C1）的一端连接作为倍压整流电路直流输出端的负极，第二二极管（D2）的阴极和第二电容（C2）的一端连接作为倍压整流电路直流输出端的正极，第一电容（C1）和第二电容（C2）的另一端连接电能输入的另一端。

4.根据权利要求2所述的自发电无线阀控水表，其特征在于：所述充放电保护电路采用芯片HY2112。

5.根据权利要求1所述的自发电无线阀控水表，其特征在于：所述永磁体（6）成对安装，且相邻的永磁体磁极方向相反。

6.根据权利要求1所述的自发电无线阀控水表，其特征在于：所述接管（11）远离水表端接头（1）的一端和套管（12）靠近水管端接头（2）的一端的接触面处安装防水垫片。

7.根据权利要求1-6任一项所述的自发电无线阀控水表，其特征在于：所述阀控水表本体包括基表、字轮盒、数据采集单元、数据传输单元、主控单元和阀控单元，所述基表内包含有测量叶轮和传动机构，所述传动机构将叶轮旋转的角度传递给字轮盒，字轮盒内的一组齿轮将测量叶轮的旋转角度转换为各字轮的转动角度；所述数据采集单元、数据传输单元和阀控单元均与主控单元电连接，所述数据采集单元采集测量叶轮转动角度或各字轮的转动角度，识别当前用水量信息；所述主控单元通过数据传输单元将数据采集单元采集的当前用水量信息上传至服务器，所述的阀控单元接收主控单元发出的控制信号，控制基表中的水阀开关。

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