物联网水表系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种物联网水表系统，包括微处理器、传感器、GSM/GPRS模块、无线模块、霍尔开关、阀门驱动模块、阀门、手持设备和服务器；所述传感器、GSM/GPRS模块、无线模块、霍尔开关和阀门驱动模块分别与微处理器连接；所述阀门与阀门驱动模块连接；所述无线模块与手持设备通信连接，所述GSM/GPRS模块与服务器无线通信连接。本实用新型可进行稳定的数据传输，提高数据传输效率；还可实时根据计量数据对阀门进行控制，节约了人工成本；同时，还可通过无线模块配合手持设备进行现场控制，提供两种阀门控制方式，提高了供水企业的服务质量和管理水平。
【专利说明】
物联网水表系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及水表领域，尤其涉及一种物联网水表系统。
【背景技术】
[0002]水表是国家重点监管的能源计量产品，鉴于目前淡水资源日趋紧缺，加强水计量技术、发展水计量智能产品是减轻水资源紧缺对人类生存造成影响的主要解决方式之一。经过多年的发展，智能水表产品及技术已经进入新的转型升级期，以水表计量性能提升、无线网络接入和融入互联网应用为标志的物联网水表时代已经来临。物联网水表是随着智慧供水和智慧水务的技术发展以及管网测控自动化、信息化、智能化等需求提出的。物联网水表将融合终端、系统和应用为一体，并向用户提供完善的解决方案，通过将智能终端融入供水管网测控系统和互联网应用的整体架构中，来逐步挖掘和呈现物联网水表在供排水等系统中的地位和作用。物联网水表将丰富“智慧供水”和“智慧水务”等领域应用的内涵，加快传统水表产业创新发展步伐，彻底颠覆传统制造业的封闭理念和生存空间。
[0003]目前，市场上也陆续出现了形形色色的远传表，远抄表，远控表，但这些水表都是点对点的传输模式，即终端水表通过有线或者无线的传输方式将数据传输到抄表员的手抄器或远程传送至控制系统，但是因为点对点传输且无线信号极易受到外界频率和建筑物干扰，导致数据抄收率不理想，因此目前尚不能实现终端水表远程读取表端数据，以及网络控制阀门启闭等功能，且由于信号的衰减性，使得此种类型的水表的应用范围有限。同时，现有的水表对于小流量的水量计量时常会有遗漏的问题，计量不准确且计量精度较差，针对外部人为干扰无法及时报警给监控中心。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型所要解决的技术问题是:提供一种物联网水表系统，具有远程双向通讯功能，可通过网络远程读取水表数据以及远程控制阀门启闭；同时也支持基于手持设备的现场控制。
[0005]为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为:一种物联网水表系统，包括微处理器、传感器、GSM/GPRS模块、无线模块、霍尔开关、阀门驱动模块、阀门、手持设备和服务器;所述传感器、GSM/GPRS模块、无线模块、霍尔开关和阀门驱动模块分别与微处理器连接;所述阀门与阀门驱动模块连接;所述无线模块与手持设备通信连接，所述GSM/GPRS模块与服务器无线通信连接。
[0006]进一步地，还包括电源模块，所述微处理器、传感器、GSM/GPRS模块、无线模块和阀门驱动模块分别与电源模块连接。
[0007]进一步地，所述电源模块包括直流供电单元、电池单元和电源切换单元，所述直流供电单元和电池单元分别与电源切换单元连接。
[0008]进一步地，还包括电源监测模块，所述电源监测模块分别与电源模块和微处理器连接。
[0009]进一步地，还包括第一稳压器，所述微处理器和传感器分别通过第一稳压器与电源模块连接。
[0010]进一步地，还包括第二稳压器，所述无线模块通过第二稳压器与电源模块连接。
[0011]进一步地，还包括第一开关电源模块，所述第一开关电源模块与所述微处理器连接，所述GSM/GPRS模块通过所述第一开关电源模块与电源模块连接。
[0012]进一步地，还包括第二开关电源模块，所述第二开关模块与所述微处理器连接，所述阀门驱动模块通过所述第二开关电源模块与电源模块连接。
[0013]进一步地，还包括第三稳压器，所述第二开关电源模块通过第三稳压器与所述阀门驱动模块连接。
[0014]进一步地，还包括存储模块，所述存储模块与微处理器连接。
[0015]本实用新型的有益效果在于:通过传感器采集水表数据，微处理器通过GSM/GPRS模块将数据上传至服务器，并通过GSM/GPRS模块接收服务器发送的指令，通过阀门驱动模块对阀门进行控制，可实现用水的计量和阀门的远程控制;通过霍尔开关激活无线模块，可通过手持设备进行水表参数的设置和阀门的控制，实现阀门的现场控制;本实用新型通过设置GSM/GPRS模块，可进行稳定的数据传输，提高数据传输效率;还可实时根据计量数据对阀门进行控制，节约了人工成本；同时，还可通过无线模块配合手持设备进行现场控制，提供两种阀门控制方式，提高了供水企业的服务质量和管理水平。
【附图说明】
[0016]图1为本实用新型一种物联网水表系统的结构示意图；
[0017]图2为本实用新型实施例一的系统结构示意图；
[0018]图3为本实用新型实施例二的流程示意图。
[0019]标号说明:
[0020]1、微处理器;2、传感器;3、GSM/GPRS模块;4、无线模块;5、霍尔开关;6、阀门驱动模块;7、阀门；8、手持设备;9、服务器;1、存储模块;11、电源模块;12、电源监测模块;13、第一稳压器;14、第二稳压器;15、第一开关电源模块;16、第二开关电源模块;17、第三稳压器；
[0021]111、直流供电单元;112、电池单元;113、电源切换单元。
【具体实施方式】
[0022]为详细说明本实用新型的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
[0023]本实用新型最关键的构思在于:设置无线模块和GSM/GPRS模块，可数据的现场获取和阀门的现场控制，还可实现数据的远程稳定传输和阀门的远程控制。
[0024]请参阅图1，一种物联网水表系统，包括微处理器、传感器、GSM/GPRS模块、无线模块、霍尔开关、阀门驱动模块、阀门、手持设备和服务器;所述传感器、GSM/GPRS模块、无线模块、霍尔开关和阀门驱动模块分别与微处理器连接;所述阀门与阀门驱动模块连接;所述无线模块与手持设备通信连接，所述GSM/GPRS模块与服务器无线通信连接。
[0025]从上述描述可知，本实用新型的有益效果在于:可通过手持设备现场读取水表数据、现场控制阀门的启闭，还可通过服务器基于GSM/GPRS网络远程读取水表数据、远程控制阀门的启闭。
[0026]进一步地，还包括电源模块，所述微处理器、传感器、GSM/GPRS模块、无线模块和阀门驱动模块分别与电源模块连接。
[0027]由上述描述可知，通过设置电源模块，为整个系统进行供电。
[0028]进一步地，所述电源模块包括直流供电单元、电池单元和电源切换单元，所述直流供电单元和电池单元分别与电源切换单元连接。
[0029]由上述描述可知，设置双电源模式，当有直流电接入时，通过电源切换单元自动切换为直流电供电，当没有直流电接入时，则切换为电池供电，可保证电源模块始终能为整个系统提供电能，从而保证整个系统的正常工作。
[0030]进一步地，还包括电源监测模块，所述电源监测模块分别与电源模块和微处理器连接。
[0031]由上述描述可知，通过设置电源监测模块，监测电池的电量，并定时把电池电量通过GSM/GPRS模块上传给服务器，方便后期物联网水表的维护；当电池电压低于预设的阈值时，则提前更换电池，保证电源的正常供应。
[0032]进一步地，还包括第一稳压器，所述微处理器和传感器分别通过第一稳压器与电源模块连接。
[0033]进一步地，还包括第二稳压器，所述无线模块通过第二稳压器与电源模块连接。
[0034]由上述描述可知，通过设置稳压器，使电源模块输出的电压稳定。
[0035]进一步地，还包括第一开关电源模块，所述第一开关电源模块与所述微处理器连接，所述GSM/GPRS模块通过所述第一开关电源模块与电源模块连接。
[0036]进一步地，还包括第二开关电源模块，所述第二开关模块与所述微处理器连接，所述阀门驱动模块通过所述第二开关电源模块与电源模块连接。
[0037]由上述描述可知，通过设置开关电源模块，可定时开启GSM/GPRS模块和阀门驱动模块，降低系统的功耗，节约资源。
[0038]进一步地，还包括第三稳压器，所述第二开关电源模块通过第三稳压器与所述阀门驱动模块连接。
[0039]进一步地，还包括存储模块，所述存储模块与微处理器连接。
[0040]由上述描述可知，通过设置存储模块，可保存水表的相关参数。
[0041 ] 实施例一
[0042]请参照图1，本实用新型的实施例一为:一种物联网水表系统，包括微处理器1、传感器2、GSM/GPRS模块3、无线模块4、霍尔开关5、阀门驱动模块6、阀门7、手持设备8和服务器9;所述传感器2、GSM/GPRS模块3、无线模块4、霍尔开关5和阀门驱动模块6分别与微处理器I连接;所述阀门7与阀门驱动模块6连接;所述无线模块4与手持设备8通信连接，所述GSM/GPRS模块3与服务器9无线通信连接。
[0043]优选地，微处理器I包括PIC单片机，PIC单片机采用PIC24FJ128GA308芯片，该芯片采用16位的改进型哈佛架构，最高运行速度可达32MHz，芯片自带128K闪存、8K的SRAM、RTCC、2个SPI模块、4个uart模块、32位CRC发生器和24通道AD转换器，且深度休眠时超低功耗、低电流消耗。
[0044]优选地，GSM/GPRS模块3采用M35四频GSM/GPRS模块;其待机电流低至0.9mA，内嵌网络服务协议栈，支持多个IP地址;微处理器I通过AT命令完成对GSM/GPRS模块3的控制，GSM/GPRS模块3基于TCP/IP协议把数据传输到服务器9或监控中心。
[0045]优选地，无线模块4采用高性能、低功耗、远距离的微功率无线扩频编码模块SX1278;该模块基于LoRa扩频调制技术、半双工通讯、标准SPI通信控制;可工作频率范围为137Mhz-525Mhz。通过磁铁触发霍尔开关5，通过霍尔开关5来激活无线模块4，从而完成物联网水表参数的设置和阀门7的现场控制等功能。
[0046]传感器2锁扣在表具上面，优选地，所述传感器2采用倒流可测的霍尔传感器，通过微处理器I软件逻辑的判断，实现对水流方向的检测;霍尔传感器有断路、短路、开路检测功能，实时监测用户的非正常用水状态并及时上报的供水企业监控中心。
[0047]请参照图2，还包括存储模块10，所述存储模块10与微处理器I连接。优选地，存储模块10采用Atmel公司的AT45DB16ID串行接口闪存芯片，存储空间为2M字节，SPI接口，速度可达66Mhz;存储模块10用于保存物联网水表参数，可根据预设的周期进行保存，例如10分钟保存一次。
[0048]还包括电源模块11，所述微处理器1、传感器2、GSM/GPRS模块3、无线模块4、阀门驱动模块6和存储模块10分别与电源模块11连接。霍尔开关5与微处理器I共用电源。
[0049]优选地，所述电源模块11包括直流供电单元111、电池单元112和电源切换单元113，所述直流供电单元111和电池单元112分别与电源切换单元113连接。优选地，直流供电单元111为9-12V直流电源，电池单元112为7.2V锂-亚硫酰氯功率型电池；当有直流电接入时，通过电源切换单元113自动切换为由直流电源进行供电。
[0050]优选地，还包括电源监测模块12，所述电源监测模块12分别与电源模块11和微处理器I连接。电源监测模块12主要用于监测电池的电量，并定时把电池电量通过GSM/GPRS模块3上报给服务器或监控中心，方便后期物联网水表的维护；电池电压低于预设的固定阈值时，提前更换电池。
[0051]还包括第一稳压器13，所述微处理器1、传感器2和存储模块10分别通过第一稳压器13与电源模块11连接;还包括第二稳压器14，所述无线模块4通过第二稳压器14与电源模块11连接。第一稳压器13和第二稳压器14输出3.3V的电压。
[0052]优选地，还包括第一开关电源模块15，所述第一开关电源模块15与所述微处理器I连接，所述GSM/GPRS模块3通过所述第一开关电源模块15与电源模块11连接。优选地，第一开关电源模块15采用型号为MP1471高效率降压芯片，承载最大3A的尖峰电流，宽电压4-16V输入。第一开关电源模块15由微处理器I进行开关控制，为GSM/GPRS模块3提供4V电源;GSM/GPRS模块3可设置为定时开启，上传数据给服务器，实现低功耗设计。
[0053]优选地，还包括第二开关电源模块16，所述第二开关模块16与所述微处理器I连接，所述阀门驱动模块6通过所述第二开关电源模块16与电源模块11连接。优选地，第二开关电源模块16采用P沟道MOSFET管SI2307BDS，微处理器I通过控制第二开关电源模块16来控制阀门驱动模块6的启停，进一步保证系统的低功耗。
[0054]还包括第三稳压器17，所述第二开关电源模块16通过第三稳压器17与所述阀门驱动模块6连接。
[0055]优选地，第一稳压器13、第二稳压器14和第三稳压器17均采用型号为LDO HT7333低压差三端稳压器IC，具有超低功耗等特点。
[0056]优选地，为了防止无线模块4和GSM/GPRS模块3的电源互相干扰，分别采用两路电源为两个模块供电。
[0057]优选地，阀门7与微处理器I连接，可发送开度信号至微处理器I。
[0058]本实施例通过传感器采集水表数据，微处理器通过GSM/GPRS模块将数据上传至服务器，并通过GSM/GPRS模块接收服务器发送的指令，通过阀门驱动模块对阀门进行控制，可实现用水的计量和阀门的远程控制;通过霍尔开关激活无线模块，可通过手持设备进行水表参数的设置和阀门的控制，实现阀门的现场控制。
[0059]实施例二
[0060]本实施例为对应上述实施例的物联网水表系统的工作流程，包括如下步骤:
[0061 ] SI:系统初始化，设置初始化参数;物联网水表上电之后，进行初始化参数设置，参数包括物联网水表ID，阀门ID，霍尔传感器ID，用户档案号，S頂卡号，步进值，服务器IP等。
[0062]S2:开启存储模块，对存储模块进行初始化操作。
[0063]S3:判断物联网水表是否完成出厂设置，若否，则执行步骤S4，若是，则执行步骤S5;如果没有完成工厂检测，则不能安装到用户，如果完成工厂自检，则可以正式在用户安装;优选地，可以通过判断存储模块固定位置是否为预设的数值来确定该物联网水表是否已经完成出厂设置。
[0064]S4:进行工厂操作，之后关闭存储模块，系统进入休眠模式，执行步骤S3。
[0065]S5:关闭存储模块，系统进入休眠模式。
[0066]S6:判断霍尔开关是否被触发，若是，则执行步骤S7，若否，则系统继续休眠。
[0067]S7:唤醒系统，开启存储模块，即开启FLASH。
[0068]S8:无线模块连接手持设备，进行现场配置;现场操作员通过手持式设备连接无线模块设置物联网水表参数，包括校表等现场操作;现场配置完成之后，关闭存储模块，即关闭FLASH，系统进入休眠模式，即执行步骤S5。
[0069]S9:判断是否到达预设的周期时间，若是，则执行步骤S10，若否，则系统继续休眠。
[0070]S10:唤醒系统，开启存储模块。
[0071]Sll:判断是否到达预设的水表读数保存时间，若是，则执行步骤S12，若否，则执行步骤SI 3。
[0072]S12:将该时段水表累加数写入存储模块，并将该累加数加入基表表盘数据，关闭存储模块，然后系统进入休眠模式。
[0073]S13:判断是否到达预设的电池电量检测时间，若是，则执行步骤S14，若否，则执行步骤SI 5。
[0074]S14:开启AD检测，将采集到的电池电量写入存储模块中的系统参数区域，然后关闭存储模块，系统进入休眠模式。
[0075]S15:判断是否到达预设的阀门清理时间，若是，则执行步骤S16，若否，则执行步骤S20。
[0076]S16:开启阀门电源，并驱动阀门正反转预设的圈数，完成对阀门的除垢;若到达预设的阀门清理时间，则微处理器控制第二开关电源模块开启，使电源模块为阀门驱动模块进行供电，从而开启阀门驱动模块，通过阀门驱动模块对阀门进行控制。
[0077]S17:在直流电供电情况先完成对电池放电，然后关闭存储模块，系统进入休眠模式。
[0078]S18:在阀门除垢过程中，判断是否检测到电流异常，若是，则执行步骤S19，若否，则关闭存储模块，系统进入休眠模式。
[0079]S19:将阀门进行断电，并置位阀门异常标志，写入存储模块，然后关闭存储模块，系统进入休眠模式。
[0080]S20:判断是否到达GSM/GPRS模块预设的上传数据时间，若是，则执行步骤S21，若否，则关闭存储模块，系统进入休眠模式。
[0081]S21:冻结一天的水表正反转数据、以及阀门的状态数据等物联网水表参数，并开启GSM/GPRS模块电源，上传数据到服务器;若到达上传数据时间，则微处理器控制第一开关电源模开启，使电源模块为GSM/GPRS模块提供4V电源，从而开启GSM/GPRS模块，通过GSM/GPRS模块将数据上传到服务器。
[0082]S22:判断接收到的服务器发出的命令是否为关机命令，若是，则执行步骤S23，若否，则执行步骤S24。
[0083]S23:关闭GSM/GPRS模块电源，关闭存储模块，系统进入休眠模式;微处理器通过控制第一开关电源关闭，切断电源模块为GSM/GPRS模块提供的电源，从而关闭GSM/GPRS模块电源。
[0084]S24:执行服务器下发的命令，包括校时，阀门控制等参数;执行步骤S22。
[0085]本实施例中，整个系统软件以事件触发方式来完成，没有时间触发则保持休眠模式，可大大降低功耗，节约资源。
[0086]综上所述，本实用新型提供的一种物联网水表系统，通过传感器采集水表数据，微处理器通过GSM/GPRS模块将数据上传至服务器，并通过GSM/GPRS模块接收服务器发送的指令，通过阀门驱动模块对阀门进行控制，可实现用水的计量和阀门的远程控制;通过霍尔开关激活无线模块，可通过手持设备进行水表参数的设置和阀门的控制，实现阀门的现场控制;通过设置GSM/GPRS模块，可进行稳定的数据传输，提高数据传输效率；同时还可实时根据计量数据对阀门进行控制，节约了人工成本;进一步地，还可通过无线模块配合手持设备进行现场控制，提供两种阀门控制方式，提高了供水企业的服务质量和管理水平;设置双电源模式，可保证电源模块始终能为整个系统提供电能，从而保证整个系统的正常工作;通过设置电源监测模块，监测电池的电量，并定时把电池电量通过GSM/GPRS模块上传给服务器，方便后期物联网水表的维护；当电池电压低于预设的阈值时，则提前更换电池，保证电源的正常供应;通过设置稳压器，使电源模块输出的电压稳定;通过设置开关电源模块，可降低系统的功耗，节约资源。
[0087]以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
【主权项】
1.一种物联网水表系统，其特征在于，包括微处理器、传感器、GSM/GPRS模块、无线模块、霍尔开关、阀门驱动模块、阀门、手持设备和服务器;所述传感器、GSM/GPRS模块、无线模块、霍尔开关和阀门驱动模块分别与微处理器连接;所述阀门与阀门驱动模块连接;所述无线模块与手持设备通信连接，所述GSM/GPRS模块与服务器无线通信连接。2.根据权利要求1所述的物联网水表系统，其特征在于，还包括电源模块，所述微处理器、传感器、GSM/GPRS模块、无线模块和阀门驱动模块分别与电源模块连接。3.根据权利要求2所述的物联网水表系统，其特征在于，所述电源模块包括直流供电单元、电池单元和电源切换单元，所述直流供电单元和电池单元分别与电源切换单元连接。4.根据权利要求2所述的物联网水表系统，其特征在于，还包括电源监测模块，所述电源监测模块分别与电源模块和微处理器连接。5.根据权利要求2所述的物联网水表系统，其特征在于，还包括第一稳压器，所述微处理器和传感器分别通过第一稳压器与电源模块连接。6.根据权利要求2所述的物联网水表系统，其特征在于，还包括第二稳压器，所述无线模块通过第二稳压器与电源模块连接。7.根据权利要求2所述的物联网水表系统，其特征在于，还包括第一开关电源模块，所述第一开关电源模块与所述微处理器连接，所述GSM/GPRS模块通过所述第一开关电源模块与电源模块连接。8.根据权利要求2所述的物联网水表系统，其特征在于，还包括第二开关电源模块，所述第二开关模块与所述微处理器连接，所述阀门驱动模块通过所述第二开关电源模块与电源丰吴块连接。9.根据权利要求8所述的物联网水表系统，其特征在于，还包括第三稳压器，所述第二开关电源模块通过第三稳压器与所述阀门驱动模块连接。10.根据权利要求1所述的物联网水表系统，其特征在于，还包括存储模块，所述存储模块与微处理器连接。
【文档编号】G01F15/06GK205537813SQ201620274125
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月5日
【发明人】李贵生, 林开荣, 武永华
【申请人】智恒科技股份有限公司