一种基于NB-IoT阀控的光电直读式物联网水表的制作方法

本实用新型涉及物联网水表的技术领域，具体地，涉及一种基于NB-IoT阀控的光电直读式物联网水表。

背景技术：

物联网技术通过射频识别、传感器、全球定位系统、激光扫描器等前端的信息采集系统，采集各种需要的数据信息，再通过互联网等网络技术将数据传输到云计算中心进行处理，最后根据分析处理的最终结果对前端进行智能化的控制。采用物联网可以把世界上所有的物体都连接到一个网络中，形成“物联网”，然后又与现有的互联网结合，实现人类社会与管理系统的整合，达到更加精细和生动的方式管理生产和生活。

NB-IoT(Narrow Band Internet of Things，即窄带蜂窝物联网)是一种3GPP标准定义的LPWA(低功耗广域网)解决方案，基于蜂窝网络的窄带物联网技术，聚焦于低功耗广域网，支持物联网设备在广域网的蜂窝数据连接，可直接部署于LTE网络，降低部署成本，实现平滑升级，是一种可在全球范围内广泛应用的新兴技术，具有低功耗、低成本、广覆盖、大容量的特点。射频带宽可以低至0.18MHz，定位于运营商级、基于授权频谱的低速率物联网市场，拥有广阔的应用前景。NB-IoT技术为移动物联网设备的特殊需求量身定做，解决了功耗、网络覆盖、网络容量、设备成本、体积、生命周期等原来制约物联网行业发展的诸多瓶颈问题，变不可能成为可能，是实现万物互联的关键技术，必将激发物联网应用的爆发式增长。NB-IoT模块遵循严苛的质量标准，可广泛应用于智能抄表、智慧城市、安防监控、环境监测、智能家居、远程医疗、人物跟踪、智慧农业等物联网行业。NB-IoT模块是芯片商和终端商的纽带，为物联网产业链铺路搭桥。市场研究公司Machina预测，NB-IoT未来将覆盖25％的物联网连接。

现有广泛使用的物联网水表是应用了物联网技术的新一代远传水表。物联网水表采用专网通信，所以数据通信的安全性和可靠性是公网通信不可比拟的。有手机信号的地方均可以安装此款产品，集成化设计，安装维护方便。

将水表融入到物联网中是智慧城市的重要一环，相比电力和燃气资源，水资源的紧缺性对城市供水网络提出了更高的要求，而智能水表将是其中重要的一环。融入物联网的水表与其背后的云管理平台将形成一个集数据采集、传输、处理、存储和挖掘的智能管理平台。此平台对实现居民用水便利化，供水自动化与智能化，以及用水管理的实时化和节约化有重大意义，必将推动现有用水和管理模式的革新；并极大地解决目前存在的现有水表抄表不便，需要大量人工的突出问题。

技术实现要素：

为改善上述技术问题，本实用新型提供了一种基于NB-IoT阀控的光电直读式物联网水表以达到对用水管理实现实时化和节约化、减少人工劳动力以及供水的自动化和智能化的目的，改善了现有的城市供水网络智能化程度低、用水管理模式落后以及人工劳动耗费较大的问题。

为了实现上述技术效果，本实用新型所提供的技术方案是：一种基于NB-IoT阀控的光电直读式物联网水表，包括水表塑料壳体组件和装于水表塑料壳体组件内的水量检测模块、通信控制模块、阀控执行器、电池以及唤醒开关组件；所述水量检测模块、阀控执行器、电池以及唤醒开关组件分别与所述通信控制模块相连；所述通信控制模块包括MCU、与MCU通信连接的通信模块，所述通信模块设有wifi芯片和NB-IoT模组；所述水量检测模块包括基表壳体组件、位于基表壳体组件内的光电直读机芯，所述光电直读机芯与MCU电连接。

进一步地，所述wifi芯片和NB-IoT模组通过UART接口与所述MCU连接。

进一步地，所述通信控制模块还包括阀门控制模块和电源控制回路，所述MCU通过GPIO串口与阀门控制模块电连接，阀门控制模块与阀控执行器之间通过线缆连接；所述MCU与电源控制回路电连接，电源控制回路与电池之间通过线缆连接。

进一步地，所述基表壳体组件包括基表壳体、密封装配于基表壳体上的不锈钢表罩，所述基表壳体内设有表玻璃，表玻璃的下方设有所述光电直读机芯；所述光电直读机芯包括水表机芯和光电传感器，所述水表机芯上设有水表字轮，水表字轮与光电传感器相对应。

进一步地，所述光电传感器设为多组光电管，且各组光电管分别与所述水表字轮的各个字轮相对应。

进一步地，所述基表壳体组件内设有球阀；所述阀控执行器包括直流电机和两个微动开关，所述直流电机连接有齿轮减速机构，且齿轮减速机构的输出端与球阀连接；所述齿轮减速机构内设有与两个微动开关配合的触点。

进一步地，所述电池采用锂亚硫酰氯电池，且电池的外部装配有电池盒体，电池盒体上密封扣合有电池盖。

进一步地，所述唤醒开关组件包括唤醒开关和RTC时钟单元，所述唤醒开关和RTC时钟单元分别与所述MCU电连接；所述唤醒开关为背光触摸按键，且背光触摸按键位于所述水表塑料壳体组件上。

进一步地，所述水表塑料壳体组件包括塑料上壳体和塑料下壳体，所述塑料上壳体和塑料下壳体之间通过扣合连接，且塑料上壳体与塑料下壳体之间的接口处装配有密封胶条；所述通信控制模块通过灌胶装配于所述塑料上壳体内；所述阀控执行器位于所述塑料下壳体内。

进一步地，还包括多个硅胶套，所述硅胶套分别配设于光电直读机芯的出线口、电池的出线口以及水表塑料壳体组件的进线口。

相比于现有技术，本实用新型的有益效果是：

1.采用本实用新型的物联网水表，通过光电直读机芯实现直接读取水表的“窗口值”，杜绝现有物联网水表采用累计脉冲换算的故障点，避免累计误差；且光电直读机芯与表内的计数器等装置没有机械接触，不受抖动影响而引起误差；抄表时瞬时读取数据，不受电磁干扰影响，可实现水表的精确直读，相对于现有的物联网水表的读数更直接，更准确；采用NB-IoT/WIFI多模无线通信方式，可无缝切换，相对于现有的物联网水表，其多模通信的方式即兼顾低功耗的需求，又保障通信的覆盖率和可靠性；

2.通过MCU和电源控制回路构成供电电源，实现水表在不同工作状态下的省电模式，从而达到低功耗、节能的目的；MCU使得物联网水表的外围电路大大简化，降低成本的同时也提高了可靠性和低功耗性能；

3.通过唤醒开关组件采用唤醒开关和RTC时钟单元两种不同的唤醒源，实现用户通过唤醒开关实时操作物联网水表的工作状态，而RTC时钟单元则可定期唤醒MCU，以上报周期内的用水量；

4.本实用新型提供的物联网水表内部整体布局采用流线型的美观设计，模块化设计，达到水表各零部件装配、拆卸和维修简易方便，且配设有多个密封件，以保证整体的密封安全可靠。

附图说明

图1是本实用新型提供的基于NB-IoT阀控的光电直读式物联网水表的整体剖视示意图；

图2是本实用新型提供的基于NB-IoT阀控的光电直读式物联网水表的俯视示意图；

图3是本实用新型提供的基于NB-IoT阀控的光电直读式物联网水表的左视示意图；

图4是图3的A-A向剖视示意图；

图5是图2的B-B向剖视示意图；

图6是本实用新型提供的基于NB-IoT阀控的光电直读式物联网水表的系统框图；

附图中：1-基表壳体，2-不锈钢表罩，3-表玻璃，4-光电直读机芯，5-通信控制模块，6-阀控执行器，7-塑料上壳体，8-塑料下壳体，9-密封胶条，10-表盖，11-唤醒开关，12-光电直读机芯的出线口硅胶套，13-水表塑料壳体组件的进线口硅胶套，14-防拆盖封帽，15-螺钉，16-电池，17-电池的出线口硅胶套，18-密封胶圈，19-电池盖，20-球阀。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型作进一步详细介绍，以下文字的目的在于说明本实用新型，而非限制本实用新型的保护范围。

如图1-图6所示，本实用新型可按照如下方式实施，一种基于NB-IoT阀控的光电直读式物联网水表，包括水表塑料壳体组件和装于水表塑料壳体组件内的水量检测模块、通信控制模块5、阀控执行器6、电池16以及唤醒开关组件；所述水量检测模块、阀控执行器6、电池16以及唤醒开关组件分别与所述通信控制模块5相连；所述通信控制模块5包括MCU、与MCU通信连接的通信模块，所述通信模块设有wifi芯片和NB-IoT模组，基于低功耗的考虑MCU会优先采用NB-IoT通信，而在没有NB-IoT覆盖的情况下，自动转用WIFI芯片进行通信；所述水量检测模块包括基表壳体组件、位于基表壳体组件内的光电直读机芯4，所述光电直读机芯4与MCU电连接。其中，MCU采用STM32L063R8T6单片机，STM32L0系列单片机是一款基于ARM Cortex-M0+的32位低功耗单片机，其主要的片上资源有低功耗定时器，低功耗串口，段式液晶(LCD)控制器，非易失性存储器(EEPROM)，RTC等。丰富的片上资源使得物联网水表的外围电路大大简化，降低成本的同时也提高了可靠性和低功耗性能。同时，其所具有的低功耗模式和丰富的唤醒源也对低功耗和实时相应的要求给予保障。

所述wifi芯片和NB-IoT模组通过UART接口与所述MCU连接。其中，NB-IoT模组支持三种网络部署模式：①独立(Stand-alone)部署，利用目前GERAN系统占用的频谱，替代目前的一个或多个GSM载波；②保护带(Guand-band)部署，利用目前LTE载波保护带上没有使用的资源块；③带内(In-band)部署，利用LTE载波内的资源块。

NB-IoT模组满足：下行和上行链路终端射频带宽都是180KHz；下行链路是OFDMA方式，三种网络部署模式都是15KHz的子载波间隔；上行链路支持Single-tone和Multi-tone传输；对于Single-tone传输，网络配置子载波间隔为3.75KHz或15KHz；Multi-tone传输采用基于15KHz子载波间隔的SC-FDMA；UE需要指示对Single-tone和Multi-tone传输的支持能力；NB-IoT模组支持半双工操作，在Rel-13阶段不需要支持TDD，但要求保证对TDD前向兼容的能力；对不同的网络部署模式只支持一套同步信号，包括与LTE信号重叠的处理；针对NB-IoT物理层方案，基于当前LTE的MAC、RLC、PDCP和RRC过程优化；优先考虑支持Bands1、3、5、8、12、13、17、19、20、26、28；S1interface to CN以及相关无线协议的优化。

所述通信控制模块5还包括阀门控制模块和电源控制回路，所述MCU通过GPIO串口与阀门控制模块电连接，阀门控制模块与阀控执行器6之间通过线缆连接；所述MCU与电源控制回路电连接，电源控制回路与电池之间通过线缆连接，实现水表在不同工作状态下的省电模式，从而达到低功耗、节能的目的。所述阀门控制模块与MCU之间由4个GPIO端口相连，其中2个GPIO端口用于阀控执行器6的电机正反转控制，另外2个GPIO端口用于接收两个微动开关的信号以检测阀控执行器6驱动的球阀20是否到位(即是否处于开启或者关闭的工位)，通过MCU发出的信号实现阀门的关闭和开通。

所述基表壳体组件包括基表壳体1、密封装配于基表壳体1上的不锈钢表罩2，所述基表壳体1内设有表玻璃3，表玻璃3的下方设有所述光电直读机芯4；所述光电直读机芯4包括水表机芯和光电传感器，所述水表机芯上设有水表字轮，水表字轮与光电传感器相对应。作为优选的，所述基表壳体1采用一体式铅铜锻造式金属壳体，其中铜含量(57-58)％，铅含量低于2.5％；所述金属表罩采用不锈钢无凸起的平面表罩。

所述光电传感器设为多组光电管，且各组光电管分别与所述水表字轮的各个字轮相对应。在个十百千位各个字轮的两侧，分别安装一组光电管，每组光电管由5对光电管组成，即5个发光管和5个接收管组成。每一个机械字轮都有5个对射的发光管和接收管来对其位置进行识别，5个发光管和5个接收管都互成36度，发光管及接收管的位置安装后是固定的，当字轮转动时，字轮过光孔的角度产生变化，相应发光管发出的光线透过轮照射到字轮另一侧的数量和位置随着发生变化。即在字轮处于0-9各个读数上，光线透过字轮的照射到的字轮另侧的数量及位置都不同，依据这个原理进行编码，再经译码读出水表的数据。机芯的水表字轮采用点对点式四位字轮，在不同字轮位置下，每组光电管有不同的导通状态，编译成相应的位置编码，即利用字轮刻度识别技术和光电原理，将每个字轮作为一个码盘，对表头码盘进行编码，将机械表内的编码变成水表读数，使读数更直接，更准确。

所述基表壳体组件内设有球阀20，球阀20安装于所述基表壳体1内；所述阀控执行器6包括直流电机和两个微动开关，所述直流电机的转轴连接有齿轮减速机构，且齿轮减速机构的输出端与球阀20连接，直流电机的正反转驱动齿轮减速机构转动，齿轮减速机构驱动球阀20转动，以实现水表水路的开启或者关闭；所述齿轮减速机构内设有与两个微动开关配合的触点，优选的，将触点安装于齿轮减速机构的输出转轴上，当齿轮减速机构驱动球阀20转动至开启的工位时，齿轮减速机构上的触点将触碰到第一微动开关，第一微动开关将信号反馈至阀门控制模块；当齿轮减速机构驱动球阀20反向转动至关闭的工位时，齿轮减速机构上的触点将触碰到第二微动开关，第二微动开关将信号反馈至阀门控制模块，从而MCU能够及时采集水表的球阀20处于开启或者关闭状态信息，完成对阀门的打开或者闭合的检测。

所述电池16采用锂亚硫酰氯电池，也可为高功率型锂亚硫酰氯电池，且电池16的外部装配有电池盒体，电池盒体上密封扣合有电池盖19。所述电池盖19采用模具以塑料压制成型，以螺纹连接的形式扣合在电池盒体的外端，便于安装或取出电池，更换电池操作便捷；螺纹处配密封胶圈18，配合紧密，严丝合缝；可有效防止灰尘和水流。

所述唤醒开关组件包括唤醒开关11和RTC时钟单元，所述唤醒开关11和RTC时钟单元分别与所述MCU电连接；所述唤醒开关11为背光触摸按键，且背光触摸按键位于所述水表塑料壳体组件上。在需要唤醒水表时，比如客户需要充值或水表异常，只要用手触控所述背光触摸按键，就可对水表操作，指示水表的工作状态；RTC时钟单元用于在某个时间自动唤醒MCU，以上报本周期内的用水量，其中上报周期由编程设计成任意的时间间隔，如：默认上报周期为1天，则每天上报一次用水量。

所述水表塑料壳体组件包括塑料上壳体7和塑料下壳体8，所述塑料上壳体7和塑料下壳体8之间通过扣合连接，且塑料上壳体7与塑料下壳体8之间的接口处装配有密封胶条9；所述通信控制模块5通过灌胶装配于所述塑料上壳体7内，达到独立装配于塑料上壳体7内，具有防水功能；所述阀控执行器6位于所述塑料下壳体8内。所述塑料上壳体7上压合有机械表头显示窗，机械表头显示窗采用与塑料上壳体7不同的塑料材质，两者形成一体式结构，且机械表头显示窗配有表盖10，达到良好的防水效果。

作为优选的，所述塑料上壳体7和塑料下壳体8均采用模具以塑料压制成型，两者之间上下扣合、镶嵌和固定，两者之间的接口处配有密封胶条9，塑料上壳体7和塑料下壳体8通过螺钉15相连接固定，螺钉15均匀竖直地设置在各壳体的边角处，配合紧密，严丝合缝；所述螺钉15上方设有防拆盖封帽14，通过在螺钉15的端部设置防拆盖封帽14，可有效防止该物联网水表被私自拆卸，起有效的保护作用。

还包括多个硅胶套，所述各个硅胶套分别配设于光电直读机芯4的出线口、电池16的出线口以及水表塑料壳体组件的进线口，即分别为光电直读机芯的出线口硅胶套12、电池的出线口硅胶套17以及水表塑料壳体组件的进线口硅胶套13，硅胶套套于各个用于电路连接的线缆上，以达到防水的效果。

以上所述，物联网水表内的各零部件单独防水，接口处分别做防水处理，达到水表整体防水等级IP68。

任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求所述的保护范围为准。