一种基于ZigBee的单环编码直读式水表的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种基于ZigBee的单环编码直读式水表，采用改装的传统机械式水表为基表，无线数据传输模块作为数据处理和传输单元，具有人工直读和电子直读双重功能，红外接收编码管组采集计数字轮上的数字编码，经过无线数据传输模块处理之后上传至上位管理机系统，无线数据传输模块由3.6V锂电池组供电，锂电池之间互为冷备份，无线数据传输模块采用ZigBee无线通信协议，成本低，延时短、安全可靠。
【专利说明】—种基于ZigBee的单环编码直读式水表
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及水表计量测控【技术领域】，特别涉及一种基于ZigBee的单环编码直读式水表。
【背景技术】
[0002]随着住宅单元化和高层化，供水企业的抄表工作面临巨大的挑战，一方面入户难，另一方面抄表工作量急剧上升。实现水表数字化和抄表自动化，已成为供水企业亟待解决的难题。目前，水表数字化的主流技术是脉冲计数法，所以传感器主要有干簧管、霍尔、韦根、光电器件等。但脉冲记数技术存在一系列的技术缺陷:计数过程依赖稳定可靠的不间断供电，这在工程实践中难以保证；脉冲计数水表的初始化和维护工作量大；现有的供水管网无法避免“水锤”现象(水表自传)的产生，脉冲计数法的累计误差无法消除；随着一户一表的推广，大量“水锤”现象的出线使得误差问题日益显现。
实用新型内容
[0003]本实用新型的目的在于提供一种基于ZigBee的单环编码直读式水表以克服现有技术的脉冲计数水表功耗大，计量误差大的技术缺陷。
[0004]为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下:
[0005]一种基于ZigBee的单环编码直读式水表，其特征在于，包括基表和无线传输模块，所述基表具有一计数字轮，所述计数字轮的外圈均匀设有O到9数字刻度，所述计数字轮的内圈设有一半圆形的透空孔，所述计数字轮上方正对于透空孔设置有红外发射管，所述计数字轮下方设置有红外接收编码管组，红外接收编码管组由5个红外接收管组成，所述5个红外接收管相隔36度均匀排列正对于透空孔，所述无线传输模块作为信号处理和发送单元与红外接收编码组连接。
[0006]进一步的，所述基表还包括指针和齿轮轴，所述指针位置固定，所述齿轮轴带动计数字轮转动。
[0007]进一步的，所述无线传输模块包括转换开关组、微控制器、ZigBee射频芯片、射频天线，所述转换开关组包括5个转换开关，分别与红外接收编码管组的5个红外接收管连接，所述转换开关与微控制器连接发送开关信号并激活处于休眠状态的微控制器，所述微控制器处理开关信号并与ZigBee射频芯片连接，ZigBee射频芯片通过射频天线发送处理完成的数据。
[0008]进一步的，所述无线传输模块由一组电池组供电，所述电池组具有数块锂电池，其中一块锂电池作为工作电源,其余的锂电池作为冗余电源,所述电池组连接有电压检测切换电路，所述电压检测切换电路侦测锂电池的电压，当一块锂电池电压低于警示值时，电压检测切换电路切换到另一块锂电池作为工作电源。
[0009]进一步的，所述微控制器还连接有液晶显示屏，液晶显示屏显示用水量和电池状态。
[0010]有益效果
[0011]1.采用红外线与数字编码结合方式计算用户用水量信息，有效避免了“水锤”效应造成的脉冲计数法的累计误差；
[0012]2.具有人工直读和电子直读双重功能，方便人工和抄表管理系统的读取；
[0013]3.无线传输模块平时处于休眠状态，当水表开始计数时自动启动，大大降低了系统功耗，增加了锂电池的使用寿命；
[0014]4.多块锂电池互为备份，电压检测切换电路实时检测电压并切换，保证了水表的持续工作。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本实用新型的一种基于ZigBee的单环编码直读式水表的侧视图。
[0016]图2为本实用新型的基表的结构示意图；
[0017]图3为具有半圆透空孔的计数字轮的平面图；
[0018]图4为红外接收编码管组的排列示意图；
[0019]图5为实用新型的无线传输模块的电路方框图。
[0020]附图标记
[0021]基表1、无线传输模块2、液晶显示屏3、射频天线4、计数字轮5、半圆形透空孔6、红外发射管7、红外接收编码管组8、转动齿轮9、齿轮轴10、指针11、转换开关组12、微控制器13、射频芯片14、电池组15、电压检测切换电路16。
【具体实施方式】
[0022]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0023]如图1所示，一种基于ZigBee的单环编码直读式水表，包括基表，作为数据处理和传输单元的无线传输模块2，所述基表底部设置有进水口和入水口，基表顶部安装有液晶显示屏3，无线传输模块2连接有射频天线4。
[0024]如图2和图3所示，基表包括计数字轮5、指针11、齿轮轴10、转动齿轮9、红外发射管7、红外接收编码管组8。所述指针11位置固定，计数字轮5由齿轮轴10带动转动，齿轮轴10由基表内的转动齿轮9驱动。计数字轮5的上表面外圈均匀设有O到9数字刻度，计数字轮5的上表面内圈设有一半圆形的透空孔6，红外发射管7安装于计数字轮5的上方垂直正对半圆形透空孔6。红外接收编码管组8包括五个红外接收编码管，五个红外接收编码管安装于计数字轮5的下方并垂直正对半圆形透空孔6。红外发射管7、红外接收编码管组8与半圆形透空孔6处在以齿轮轴10为圆心的同一圆弧上。半圆形透空孔6随着字轮旋转，红外发射编码管在抄表时发射红外光，相应的红外接收编码管组8或接收或隔断红外发射管7发射的红外光，通过红外接收编码管组8的通断状态，得到计数字轮5相应的转角位置和字码。
[0025]如图4所示，红外接收编码管组8包括5个红外接收编码管，5个红外接收编码管间距36度均匀分布在半圆形透空孔6上。假设图2为计数字轮5的初始状态，图3的红外接收编码管组8正对单环半圆的透空孔6，字轮及半圆形透空孔6顺时针360度旋转一周，红外编码接收管组输出的字轮数字编码如下表所示(接收到红外线的接收管用I表示，反之为0，接收管编号参见图3)。
[0026]
角度广 __数码管序号__读数
__I__2__3__4__5__
0 11111036OIIII9
_72__O__0__I__I__I__8_
108__O__O__O__I__I__7_
144__OO__O__OI__6
180__O__0__O__O__0__5_
216__I__O__O__O__O__4_
252__I__I__O__O__O__3_
288__I__I__I__O__O__2_
324__I__I__I__I__O__I_
360I_[I_Ij_[I_[I_|_0_
[0027]如图5所示，所述无线传输模块2包括转换开关组12、微控制器13、ZigBee射频芯片14、射频天线4、电池组15和电压检测切换电路16。转换开关组12共有5个转换开关分别连接5个红外接收编码管，根据红外接收编码管的开关状态，发送O和I的脉冲信号。微控制器13接收脉冲信号之后，根据字轮数字编码计算出计数字轮5转动的角度，并转换成相应的数字。射频芯片14将微控制器13计算出的电子读数发送到上位机管理程序。
[0028]作为一个优选的实施例，微控制器13采用德州仪器的MSP430F563X芯片，射频芯片14采用CC2420的ZigBee射频芯片14，无线通信遵循无线通信网络协议ZigBee (IEEE80215.4)，通信频率为2.4GHZ。微控制器13和射频芯片14抄表式上电，读取并发送计数字轮5的电子读数，其余时段处于休眠状态。
[0029]作为一个优选的实施例，微控制器13还连接有液晶，显示屏为定制生产的字符式液晶显示屏3，视屏尺寸为65mmX 40mm，显示汉字数字协调美观。液晶显示屏3作为水表的输出接口，累积用水量、电池状态、本月积累用水量、电池电量等信息。
[0030]作为一个优选的实施例,无线传输模块2由两块3.6V锂电池的电池组15供电,锂电池之间互为冷备份，电压检测切换电路16实时检测电池电压和电池切换，并将电池工况上传至上位管理机系统。电池正常工作寿命为3年。当电路出现欠电压工况是，电池将自动切换，防止因为电池欠压而切断进水，影响用户的正常生活。
[0031]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种基于ZigBee的单环编码直读式水表,其特征在于,包括基表和无线传输模块，所述基表具有一计数字轮，所述计数字轮的外圈均匀设有O到9数字刻度，所述计数字轮的内圈设有一半圆形的透空孔，所述计数字轮上方正对于透空孔设置有红外发射管，所述计数字轮下方设置有红外接收编码管组，红外接收编码管组由5个红外接收管组成，所述5个红外接收管相隔36度均匀排列正对于透空孔，所述无线传输模块作为信号处理和发送单元与红外接收编码组连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于ZigBee的单环编码直读式水表，其特征在于，所述基表还包括指针和齿轮轴，所述指针位置固定，所述齿轮轴带动计数字轮转动。
3.根据权利要求2所述的一种基于ZigBee的单环编码直读式水表，其特征在于，所述无线传输模块包括转换开关组、微控制器、ZigBee射频芯片、射频天线，所述转换开关组包括5个转换开关，分别与红外接收编码管组的5个红外接收管连接，所述转换开关与微控制器连接发送开关信号并激活处于休眠状态的微控制器，所述微控制器处理开关信号并与ZigBee射频芯片连接，ZigBee射频芯片通过射频天线发送处理完成的数据。
4.根据权利要求3所述的一种基于ZigBee的单环编码直读式水表，其特征在于，所述无线传输模块由一组电池组供电，所述电池组具有数块锂电池，其中一块锂电池作为工作电源，其余的锂电池作为冗余电源，所述电池组连接有电压检测切换电路，所述电压检测切换电路侦测锂电池的电压，当一块锂电池电压低于警示值时，电压检测切换电路切换到另一块锂电池作为工作电源。
5.根据权利要求4所述的一种基于ZigBee的单环编码直读式水表，其特征在于，所述微控制器还连接有液晶显示屏作为微控制器的输出装置。
【文档编号】G01F15/07GK203929155SQ201420306833
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年6月10日 优先权日:2014年6月10日
【发明者】胡啸鹰 申请人:上海至信实业股份有限公司