一种预付费智能水表系统的制作方法
【专利摘要】本发明属于智能水表【技术领域】，尤其涉及一种预付费智能水表系统，包括计量基表、带进水口和出水口的水表壳体，以及设置于水表壳体内流道中心的流量传感器，水表壳体设置于计量基表外围，流量传感器的输出端与芯片的输入端连接，芯片的输出端分别与阀门控制模块和液晶显示模块连接，射频读写模块的输出端与物联网信息安全模块的输入端连接，芯片与物联网信息安全模块双向通讯。相对于现有技术，本发明通过设计功耗低的芯片和优化液晶显示模块，以及优化整个智能水表系统中其他能够被优化的部分，全面降低了整个智能水表系统的功耗，从而提高了系统的稳定性，大大降低了维护成本，维护了使用者的使用感受，为智能水表的进一步发展提供了方向。
【专利说明】一种预付费智能水表系统
【技术领域】
[0001]本发明属于智能水表【技术领域】，更具体地说，本发明涉及一种低功耗的预付费智能水表系统。
【背景技术】
[0002]水表是测量水流量的仪表。传统的水表大多采用机械式的计量与流量显示方式，供水部门为了收取水费，需要抄表人员定期逐户抄读水表上显示的流量数据，结算出费用后，再到各户索取或令各用户去银行交费。这种传统的水费收取方法统计工作量大，误差大，常常会遇到用户欠缴、迟缴或漏缴水费等问题，同时也带来了入户扰民、入户难和不安全因素等。
[0003]在这种情况下，智能水表应运而生，智能水表是一种利用现代微电子技术、现代传感技术、智能IC卡技术对用水量进行计量并进行用水数据传递及结算交易的新型水表。智能水表除了可对用水量进行记录和电子显示外，还可以按照约定对用水量进行控制。智能水表一般分为远传水表和智能卡式水表。其中，智能卡式水表米用先付费后用水的管理模式，有效地解决了收费问题，而且其还具有直接用户透明性、用户直接参与性和安装的便利性等诸多优点。
[0004]但是，目前的智能卡式水表的功耗较高，这就带来两方面的不利影响:一是影响芯片的可靠性、进而影响智能水表的精确性；二是功耗直接决定智能水表的待机时间或持续工作时间。现有的智能水表使用普通电池供电仅能维持1-2年的正常工作，且需要额外的稳压电路和内置锂电池。这既降低了系统的稳定性，增加了维护成本，同时又制约了功能的扩展，降低了智能水表的优越性，破坏了使用者的使用感受，成为智能水表普及和发展的瓶颈。
[0005]有鉴于此，确有必要提供一种低功耗的预付费智能水表系统。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于:针对现有技术的不足，而提供一种低功耗的预付费智能水表系统。
[0007]为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案:
一种预付费智能水表系统，包括计量基表、带进水口和出水口的水表壳体，以及设置于所述水表壳体内流道中心的流量传感器，所述水表壳体设置于所述计量基表外围，该智能水表系统还包括芯片、电池、阀门控制模块、物联网信息安全模块、射频读写模块和液晶显示模块，所述流量传感器的输出端与所述芯片的输入端连接，所述芯片的输出端分别与所述阀门控制模块和所述液晶显示模块连接，所述射频读写模块的输出端与所述物联网信息安全模块的输入端连接，所述芯片与所述物联网信息安全模块双向通讯，所述电池分别与所述阀门控制模块、所述芯片、所述物联网信息安全模块、所述液晶显示模块和所述射频读写模块连接。[0008]作为本发明预付费智能水表系统的一种改进，所述芯片包括模拟电路模块、波形转换电路模块和数字电路模块，所述波形转换电路模块的输入端和输出端分别与所述模拟电路模块的输出端和所述数字电路模块的输入端连接。
[0009]作为本发明预付费智能水表系统的一种改进，所述模拟电路模块包括低噪声放大器和带通滤波器，所述低噪声放大器的输出端与所述带通滤波器的输入端连接，所述带通滤波器的输出端与所述波形转换电路模块的输入端连接。
[0010]作为本发明预付费智能水表系统的一种改进，所述低噪声放大器设置为基于MOS管并联结构的低噪声放大器。
[0011]作为本发明预付费智能水表系统的一种改进，所述MOS管的个数为4个、8个或16个。
[0012]作为本发明预付费智能水表系统的一种改进，所述数字电路模块包括内部控制模块、时钟发生模块、单次用水计算模块、EEPROM存储卡读写接口和LCD液晶显示接口，所述时钟发生模块的输出端分别与所述内部控制模块的输入端、所述单次用水计算模块的输入端、所述EEPROM存储卡读写接口的输入端和所述IXD液晶显示接口的输入端连接，所述单次用水计算模块、所述EEPROM存储卡读写接口和所述LCD液晶显示接口均与所述内部控制模块双向通讯，所述LCD液晶显示接口与所述液晶显示模块连接，所述内部控制模块的输出端还与所述阀门控制模块连接。
[0013]作为本发明预付费智能水表系统的一种改进，所述流量传感器设置为两个，并且两个所述流量传感器均设置为干簧管传感器。
[0014]作为本发明预付费智能水表系统的一种改进，所述液晶显示模块设置为段码液晶屏。
[0015]作为本发明预付费智能水表系统的一种改进，所述射频读写模块包括射频卡和型号为PIC0READ的RFID读写芯片。
[0016]作为本发明预付费智能水表系统的一种改进，所述智能水表系统还包括电压检测模块，所述电压检测模块的输入端和输出端分别与所述电池的输出端和所述芯片的输入端连接。
[0017]经过发明人的分析，智能水表的功耗主要由两部分组成:第一部分是芯片和液晶显示模块正常运行时的持续性功耗，这是主要的功耗；第二部分是射频读写模块读写数据和阀门控制模块动作时的瞬时能耗。
[0018]相对于现有技术，本发明通过设计功耗低的芯片和优化液晶显示模块，以及优化整个智能水表系统中其他能够被优化的部分，全面降低了整个智能水表系统的功耗，从而提高了系统的稳定性，大大降低了维护成本，维护了使用者的使用感受，为智能水表的进一步发展提供了方向。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本发明的结构框图。
[0020]图2为本发明中芯片的结构框图。
[0021]图3为本发明中芯片中的模拟电路模块的结构框图。
[0022]图4为本发明中芯片中的数字电路模块的结构框图。[0023]图5为本发明中射频读写模块的结构框图。
[0024]其中:
1-水表壳体；
11-进水口，12-出水口 ；
2-流量传感器；
3-芯片；
31-模拟电路模块；
311-低噪声放大器，312-带通滤波器；
32-波形转换电路模块；
33-数字电路模块；
331-内部控制模块，332-时钟发生模块，333-单次用水计算模块，334-EEPR0M存储卡读写接口，335-1XD液晶显示接口 ；
4-电池；
5-阀门控制模块；
6-射频读写模块；
61-射频卡；
611-射频接口电路，612-数字控制部分，613-EEPR0M存储器；
62-RFID读写芯片；
7-液晶显不模块；
8-阀门；
9-电压检测模块；
10-计量基表；
13-物联网信息安全模块。
【具体实施方式】
[0025]如图1所示，本发明提供的一种预付费智能水表系统，包括计量基表10、带进水口11和出水口 12的水表壳体1，以及设置于水表壳体I内流道中心的流量传感器2，水表壳体I设置于计量基表10的外围，该智能水表系统还包括芯片3、电池4、阀门控制模块5、物联网信息安全模块13、射频读写模块6和液晶显示模块7，流量传感器2的输出端与芯片3的输入端连接，芯片3的输出端分别与阀门控制模块5和液晶显示模块7连接，射频读写模块6的输出端与物联网信息安全模块13的输入端连接，芯片3与物联网信息安全模块13双向通讯，电池4分别与阀门控制模块5、芯片3、物联网信息安全模块13、液晶显示模块7和射频读写模块6连接。
[0026]其中，计量基表10是水表实现计量的基础，主要结构部分与普通机械水表相同。流量传感器2将计量基表10中的叶轮旋转圈数转换为电信号，以实现频率脉冲技术，进而实现水流量的计量。阀门控制模块5用于控制管道上的阀门8。
[0027]液晶显示模块7是人机交互的接口，用于显示各种表内数据，方便用户查询用水信息或供水部门查询水表工作状态。
[0028]物联网信息安全模块13可以保障各用户的水表内记录的信息的安全。[0029]通过在智能水表中嵌入物联网信息安全模块，使其通过数据传输模块与物联网远程控制端进行数据交换时进行身份认证，保证了两者通信的合法性，且智能水表芯片作为控制器必须通过信息安全管理模块才能与外部进行通信；自来水公司利用终端水表中的物联网信息安全模块，通过不同的密钥可实现分级管理的权限设置，且采用3DES/AES多级加密方式，使得密钥的安全性较高，并可通过物联网信息安全模块上的程序下载口实时升级密钥，避免密钥泄漏所带来的风险；通过内置的数据校验程序，保证传输的数据真实、准确、完整。通过内部的物联网信息安全模块可无缝接入供水管理系统，实现物联网智能水表分散制造，统一管理，应用范围广阔，且保证自来水公司在终端水表控制上的独立性，且不受外界的制约。
[0030]如图2所示，芯片3包括模拟电路模块31、波形转换电路模块32和数字电路模块33，波形转换电路模块32的输入端和输出端分别与模拟电路模块31的输出端和数字电路模块33的输入端连接。模拟电路模块31对信号进行降噪、放大和波形转换等处理，形成带流量信息的脉冲信号作为数字电路模块33的输入。
[0031]如图3所示，模拟电路模块31包括低噪声放大器311和带通滤波器312，低噪声放大器311的输出端与带通滤波器312的输入端连接,带通滤波器312的输出端与波形转换电路模块32的输入端连接。由于在智能水表系统中，无论是否有信号进入，低噪声放大器311必须始终保持工作状态，因此在低噪声放大器311引入低功耗设计可以极大地降低整个系统的整体功耗。
[0032]低噪声放大器311设置为基于MOS管并联结构的低噪声放大器，实践表明，该种结构的低噪声放大器311能够实现低功耗。
[0033]MOS管的个数为4个、8个或16个，此时分别为两组并联结构、三组并联结构和四
组并联结构。
[0034]如图4所示，数字电路模块33包括内部控制模块331、时钟发生模块332、单次用水计算模块333、EEPROM存储卡读写接口 334和IXD液晶显示接口 335，时钟发生模块332的输出端分别与内部控制模块331的输入端、单次用水计算模块333的输入端、EEPROM存储卡读写接口 334的输入端和IXD液晶显示接口 335的输入端连接，单次用水计算模块333、EEPROM存储卡读写接口 334和IXD液晶显示接口 335均与内部控制模块331双向通讯。IXD液晶显示接口 335与液晶显示模块7连接，内部控制模块331的输出端还与阀门控制模块5连接。
[0035]流量传感器2设置为两个，并且两个流量传感器2均设置为为干簧管传感器，由于干簧管传感器的触点被密封在玻璃管内，不受外界环境的影响，且其触点熔点高，工作寿命长。本发明采用两个干簧管传感器可以起到以下作用:一是有效减少“水锤”误差，二是可防止倒流误差，三是可检测强磁干扰。
[0036]液晶显示模块7设置为段码液晶屏，段码液晶屏功耗很低，且成本低廉。
[0037]如图5所示，射频读写模块6包括射频卡61和型号为PIC0READ的RFID读写芯片62。本发明中，射频卡61选用Mifare卡，其包括射频接口电路611、数字控制部分612和EEPROM存储器613。EEPROM存储器613与EEPROM存储卡读写接口 334连接。型号为PICOREAD的RFID读写芯片62具有功耗低的优点。
[0038]智能水表系统还包括电压检测模块9，电压检测模块9的输入端和输出端分别与电池4的输出端和芯片3的输入端连接。电压检测模块9用于检测电池4的电量，当电池达到使用寿命或其它异常情况导致电池4的电量不足时，芯片3控制阀门控制模块5关闭，并提醒用户电量不足。
[0039]本发明具有以下功能:
(I)准确的冷水流量计量和双重显示功能，其能通过电子递减计算实现机械、液晶双重计量显示。
[0040](2)预付费控制功能，根据预付费所购买水量实现自动启闭阀门控制模块5，用水量自动基数，购水量自动增加，用户通过用户卡向水表中写入购水量，当购水量使用完毕，阀门控制模块5自动关闭切断用水，用户只有在再次缴费购水并将购水量通过用户卡写入水表后才能自动开阀用水。
[0041](3)实时监测功能，当外界有强磁干扰、拆表等，水表能够自动关闭阀门控制模块5，并且记录相应信息；且当电池4的电量低于可靠时，可自动关闭阀门控制模块5。
[0042](4)智能水表的芯片3作为水表控制器，必须通过物联网信息安全模块13才能与外部进行通信；同时本发明的物联网信息安全模，3结构简单，通过它可无缝接入供水管理系统，实现物联网智能水表分散制造，统一管理，应用范围广阔。
[0043]总之，本发明成本低、功耗低、功能完善、计量准确和可靠性高等优点。
[0044]根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的【具体实施方式】，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
【权利要求】
1.一种预付费智能水表系统，包括计量基表、带进水口和出水口的水表壳体，以及设置于所述水表壳体内流道中心的流量传感器，所述水表壳体设置于所述计量基表外围，其特征在于:还包括芯片、电池、阀门控制模块、物联网信息安全模块、射频读写模块和液晶显示模块，所述流量传感器的输出端与所述芯片的输入端连接，所述芯片的输出端分别与所述阀门控制模块和所述液晶显示模块连接，所述射频读写模块的输出端与所述物联网信息安全模块的输入端连接，所述芯片与所述物联网信息安全模块双向通讯，所述电池分别与所述阀门控制模块、所述芯片、所述物联网信息安全模块、所述液晶显示模块和所述射频读写模块连接。
2.根据权利要求1所述的预付费智能水表系统，其特征在于:所述芯片包括模拟电路模块、波形转换电路模块和数字电路模块，所述波形转换电路模块的输入端和输出端分别与所述模拟电路模块的输出端和所述数字电路模块的输入端连接。
3.根据权利要求2所述的预付费智能水表系统，其特征在于:所述模拟电路模块包括低噪声放大器和带通滤波器，所述低噪声放大器的输出端与所述带通滤波器的输入端连接，所述带通滤波器的输出端与所述波形转换电路模块的输入端连接。
4.根据权利要求3所述的预付费智能水表系统，其特征在于:所述低噪声放大器设置为基于MOS管并联结构的低噪声放大器。
5.根据权利要求4所述的预付费智能水表系统，其特征在于:所述MOS管的个数为4个、8个或16个。
6.根据权利要求2所述的预付费智能水表系统，其特征在于:所述数字电路模块包括内部控制模块、时钟发生模块、单次用水计算模块、EEPROM存储卡读写接口和LCD液晶显示接口，所述时钟发生模块的输出端分别与所述内部控制模块的输入端、所述单次用水计算模块的输入端、所述EEPROM存储卡读写接口的输入端和所述IXD液晶显示接口的输入端连接，所述单次用水计算模块、所述EEPROM存储卡读写接口和所述LCD液晶显示接口均与所述内部控制模块双向通讯，所述LCD液晶显示接口与所述液晶显示模块连接，所述内部控制模块的输出端还与所述阀门控制模块连接。
7.根据权利要求1所述的预付费智能水表系统，其特征在于:所述流量传感器设置为两个，并且两个所述流量传感器均设置为干簧管传感器。
8.根据权利要求1所述的预付费智能水表系统，其特征在于:所述液晶显示模块设置为段码液晶屏。
9.根据权利要求1所述的预付费智能水表系统，其特征在于:所述射频读写模块包括射频卡和型号为PIC0READ的RFID读写芯片。
10.根据权利要求1所述的预付费智能水表系统，其特征在于:所述智能水表系统还包括电压检测模块，所述电压检测模块的输入端和输出端分别与所述电池的输出端和所述芯片的输入端连接。
【文档编号】G07F15/06GK103985197SQ201410159188
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年4月18日 优先权日:2014年4月18日
【发明者】刘庆国, 管锦欢 申请人:东莞市新弘高科智能仪表有限公司