一种物联网智能水表的制作方法

本实用新型涉及水表领域，尤其是涉及一种物联网智能水表。

背景技术：

目前，随着人们的生活水平逐渐提升，对于居住环境中的水、电、煤气、制冷、供暖等条件要求越来越高，智能仪表将传统手工抄机械表转变为物联网远程抄表，给能源管理部门带来了便捷。

现有技术中，物联网水表是集无线传输，流量计算、数据采集、远程控制于一体，且利用物联网专网将水表数据上传到云端服务器的一个水流量计量设备，但是这种设备的结构设计较为复杂，不仅费时费电，而且成本较高，不易于大规模推广使用。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种物联网智能水表，以解决现有的物联网水表结构设计复杂的技术问题，从而优化物联网水表的结构，降低成本，易于大规模推广使用。

为了解决上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种物联网智能水表，包括超声波管段和智能水表本体，所述智能水表本体包括壳体、水表面板、控制装置以及用于采集所述超声波管段内水流的数据采集装置；

所述超声波管段上设有固定压板，所述壳体的底部装配在所述固定压板上，所述控制装置和所述数据采集装置均内置于所述壳体的空腔内，且所述控制装置与所述数据采集装置连接，所述水表面板安装在所述壳体的顶部上；

所述控制装置包括电源、数据处理模块以及用于无线传输水表数据的无线通信模块，所述数据处理模块的第一端与所述数据采集装置的输出端连接，所述数据处理模块的第二端与所述无线通信模块的输入端连接，所述数据处理模块的第三端与所述电源的供电端连接；

所述无线通信模块包括用于与云能源管理平台进行通信的NB-IOT模块和天线模块，所述NB-IOT模块的输入端与所述数据处理模块的第二端连接，所述NB-IOT模块的输出端与所述天线模块的输入端连接；

所述水表面板上设有显示器，所述显示器与所述数据处理模块的第三数据端连接，且所述水表面板上铰接有水表翻盖。

作为优选方案，所述数据采集装置包括超声波换能器和温度传感器，所述超声波换能器和所述温度传感器均安装在所述固定压板上，所述超声波换能器的两个超声波对射端、所述温度传感器的测温端分别穿过所述超声波管段上的开口设于所述超声波管段内，且所述超声波换能器的两个超声波对射端相互正对。

作为优选方案，所述数据采集装置还包括压力传感器，所述压力传感器安装在所述固定压板上，所述压力传感器的检测端穿过所述超声波管段上的开口设于所述超声波管段内。

作为优选方案，所述水表面板上设有光电开关，所述光电开关与所述控制装置的电源控制端连接。

作为优选方案，所述电源包括电池，所述壳体的内腔中设有用于安装所述电池的电池仓。

作为优选方案，所述显示器为液晶显示屏。

作为优选方案，所述水表面板上设有若干个通孔，所述壳体内设有若干个螺孔，所述通孔和所述螺孔为一一对应关系，所述水表面板通过螺栓穿过所述通孔并固定在对应的螺孔方式紧固在所述壳体的顶部上。

作为优选方案，所述壳体为矩形壳体。

相比于现有技术，本实用新型实施例具有如下有益效果：

(1)通过将所述智能水表本体安装在所述超声波管段上，所述数据采集装置采集所述超声波管段内水流流量等数据，然后将采集到的水表数据实时发送至所述控制装置进行处理，从而实现了水表数据的自动采集；

(2)所述控制装置包括所述数据处理模块和所述无线通信模块，能够对采集到的水表数据进行模数转换等数据处理，然后通过所述无线通信模块将水表数据无线传输至云端服务器的一个水流量计量设备，从而实现了水表数据的数据处理和网络远程抄表，进而提高了抄表效率，便于能源管理部门的管理，并实现了水表的物联网智能化；

(3)所述NB-IOT模块和所述天线模块使得所述物联网智能水表获得接入NB-IOT网络的能力，相比于GPRS或者4G互联网技术，采用NB-IOT模块能够使得所述物联网智能水表的成本、功耗降低，且数据传输不容易出现失真情况，从而提高了所述物联网智能水表的可靠性；

(4)所述水表面板上的显示器，能够显示采集到的水表数据，从而便于用户查看水量使用情况，且相对于机水表，读数简便快捷，有利于提高用户的使用体验；所述翻盖铰接在所述水表面板上，用户在需要读数或其他操作时，打开所述翻盖即可，平常时则将所述翻盖盖合在所述水表面板上，起到防潮防尘的作用，有利于增加所述物联网智能水表的使用寿命。

附图说明

图1是本实用新型实施例中的物联网智能水表的结构示意图；

图2是本实用新型实施例中的物联网智能水表的爆炸图；

图3是本实用新型实施例中的物联网智能水表的电路图；

图4是本实用新型实施例中的物联网智能水表的原理图；

图5是本实用新型实施例中的基于NB-IOT即接即用的多协议转换模块的连接示意图；

其中，说明书附图中的附图标记如下：

1、超声波管段；11、固定压板；

2、壳体；21、电池仓；

3、水表面板；31、显示器；32、水表翻盖；33、光电开关；

4、控制装置；41、电源；42、数据处理模块；43、无线通信模块；431、NB-IOT模块；432、天线模块；

5、数据采集装置；51、超声波换能器；52、温度传感器。

具体实施方式

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。

请参见图1和图2，本发明优选实施例提供了一种物联网智能水表，包括超声波管段1和智能水表本体，所述智能水表本体包括壳体2、水表面板3、控制装置4以及用于采集所述超声波管段1内水流的数据采集装置5；

所述超声波管段1上设有固定压板11，所述壳体2的底部装配在所述固定压板11上，所述控制装置4和所述数据采集装置5均内置于所述壳体2的空腔内，且所述控制装置4与所述数据采集装置5连接，所述水表面板3安装在所述壳体2的顶部上；

所述控制装置4包括电源41、数据处理模块42以及用于无线传输水表数据的无线通信模块43，所述数据处理模块42的第一端与所述数据采集装置5的输出端连接，所述数据处理模块42的第二端与所述无线通信模块43的输入端连接，所述数据处理模块42的第三端与所述电源41的供电端连接；

所述无线通信模块43包括用于与云能源管理平台进行通信的NB-IOT模块431和天线模块432，所述NB-IOT模块431的输入端与所述数据处理模块42的第二端连接，所述NB-IOT模块431的输出端与所述天线模块432的输入端连接；

所述水表面板3上设有显示器31，所述显示器31与所述数据处理模块42的第三数据端连接，且所述水表面板3上铰接有水表翻盖32。

在本实施例中，通过将所述智能水表本体安装在所述超声波管段1上，所述数据采集装置5采集所述超声波管段1内水流流量等数据，然后将采集到的水表数据实时发送至所述控制装置4进行处理，从而实现了水表数据的自动采集；

所述控制装置4包括所述数据处理模块42和所述无线通信模块43，能够对采集到的水表数据进行模数转换等数据处理，然后通过所述无线通信模块43将水表数据无线传输至云端服务器的一个水流量计量设备，从而实现了水表数据的数据处理和网络远程抄表，进而提高了抄表效率，便于能源管理部门的管理，并实现了水表的物联网智能化；

所述NB-IOT模块431和所述天线模块432使得所述物联网智能水表获得接入NB-IOT网络的能力，相比于GPRS或者4G互联网技术，采用NB-IOT模块431能够使得所述物联网智能水表的成本、功耗降低，且数据传输不容易出现失真情况，从而提高了所述物联网智能水表的可靠性；

所述水表面板3上的显示器31，能够显示采集到的水表数据，从而便于用户查看水量使用情况，且相对于机水表，读数简便快捷，有利于提高用户的使用体验；所述翻盖铰接在所述水表面板3上，用户在需要读数或其他操作时，打开所述翻盖即可，平常时则将所述翻盖盖合在所述水表面板3上，起到防潮防尘的作用，有利于增加所述物联网智能水表的使用寿命。

在本实用新型实施例中，所述水表面板3上设有若干个通孔，所述壳体2内设有若干个螺孔，所述通孔和所述螺孔为一一对应关系，所述水表面板3通过螺栓穿过所述通孔并固定在对应的螺孔方式紧固在所述壳体2的顶部上，其中，优选的，所述壳体2为矩形壳体2。

请参见图2，在本实用新型实施例中，所述数据采集装置5包括超声波换能器51和温度传感器52，所述超声波换能器51和所述温度传感器52均安装在所述固定压板11上，所述超声波换能器51的两个超声波对射端、所述温度传感器52的测温端分别穿过所述超声波管段1上的开口设于所述超声波管段1内，且所述超声波换能器51的两个超声波对射端相互正对。

可以理解的是，当所述超声波管段1中有水流通过时，所述数据处理模块42通过所述超声波换能器51采集并计算水流流速，所述数据处理模块42将采集的流速进行积分运算和存储，并通过所述水表面板3上的显示器31进行显示。

其中，所述超声波采用直接插入式固定在所述超声波管段1的管道内部，实现信号对射，由于所述超声波管段1的结构上无机械运动部件、水场干扰小、不易受气泡影响，从而提高了测量精度和稳定性，并且对测量水场具有整流、稳流功能，不受水场纹流、扰流的干扰，使实际计量更加准确可靠。

此外，采用所述温度传感器52检测所述超声波管段1内水流的温度，主要测试流体温度以校准超声波时间值，进而精确计量流量；测量水温时，当温度发生异常时，会记录异常报警信息。

作为另外一种可行的实施例，所述数据采集装置5还包括压力传感器，所述压力传感器安装在所述固定压板11上，所述压力传感器的检测端穿过所述超声波管段1上的开口设于所述超声波管段1内，当所述超声波管段1内的水压压力出现异常时，会记录异常报警信息。

在本实用新型实施例中，所述水表面板3上设有光电开关33，所述光电开关33与所述控制装置4的电源41控制端连接。所述光电开关33用于控制所述控制装置4的电源41，当所述物联网智能水表停止使用时，用户按下所述光电开关33即可实现电源41关闭，以避免电量浪费。所述显示器31优选为液晶显示屏。可以理解的，所述显示器31能够显示累计流量、水温、水压、瞬时流速、欠费信息、时钟、地址等信息。

请参见图4和图5，在所述物联网智能水表工作时，默认设置为PSM和eDRX节电机制；具体的，根据所述PSM和eDRX节电机制，所述物联网智能水表在预设时间间隔内定时上报一次数据，并进入PSM状态，等待下一次的数据上报需求的到达；

在eDRX方式下，进入PSM状态后，由定时器出发重新进入接收寻呼状态，从而达到响应时延和功耗的平衡。

具体的，所述物联网智能水表支持NB-IOT的技术优势：

(1)低功耗技术

NB-IOT终端的功耗低，采用电池供电即可。其主要采用的低功耗技术如下：

PSM(Power Saving Mode,省电模式)在终端侧引入了一种新的“深度休眠”状态，对比终端Idle模式的1mA电流强度，PSM的电流只有0.005mA,对于某些物联网应用例如水表应用，一天只需要定时上报一次数据，然后就可以进入PSM状态，等待下一次的数据上报需求的到达。

eDRX(Extended Discontinuous Reception,扩展方式的不连续接受)，又有其他的一些应用需要支持下行控制消息以及一定的时延要求，这就需要使用eDRX方式。DRX方式终端进入接收寻呼然后转入Idle状态的寻呼状态中，此方式下终端能获得极其快速的响应但耗电较大。而在eDRX方式下终端将在几次循环后进入PSM状态以便节约功耗，之后由定时器出发重新进入接收寻呼状态，从而达到响应时延和功耗的平衡。

通过此类低功耗技术的引入以及NB-IOT芯片对功耗的优化，实现芯片与模块工艺上的低电流、低功耗。

(2)深度覆盖技术能力，覆盖增强，低时延敏感

根据TR45.820的仿真数据，可以确定在独立部署方式下，NB-IOT覆盖能力应可达164dB，带内部署和保护带部署还有待仿真测试。NB-IOT为实现覆盖增强采用了重传(可达200次)和低阶调制等机制。同时在耦合耗损达164dB的环境下，如果提供可靠的数据传输，由于大量数据重传将导致时延增加，TR45.820中仿真测试了异常报告业务场景、保证99％可靠性、不同耦合耗损环境下的时延。目前3GPP IOT设想允许时延约为10s，但实际可以支持更低时延。

NB-IOT是物联网最新技术，传统智能仪表更多是总线通讯接口仪表，如何保留现有传统智能仪表又可借助最新物联网技术，接入到云能源平台，实现大数据分析与能源管理，这里就需要一个基于NB-IOT的转换模块。

基于NB-IOT即接即用的多协议转换模块，该模块下行支持总线接口与智能仪表相连，上行采用NB-IOT物联网络接入云能源平台。基于NB-IOT即接即用的多协议转换模块，内置多套仪表行业标准协议，支持CJ/T188-2004、DL/T645-1997、DL/T 645-2007、En1434、Modbus RTU等多套通讯协议，转换模块自动扫描智能仪表并匹配仪表通讯协议。转换模块通过匹配仪表通讯协议进行仪表数据及仪表状态采集，定时将采集的数据上传至云能源平台，即接即用的多协议转换模块，可快速解决传统智能仪表切换到物联网应用及云能源平台的通讯链路。

在本实用新型实施例中，所述电源41包括电池，所述壳体2的内腔中设有用于安装所述电池的电池仓21。

本实用新型提供的一种物联网智能水表，支持NB-IOT的所述物联网智能水表的应用，可实现仪表点对平台通讯组网，减少现场施工和调试难度，简便安装、简单调试，配合云能源平台构成大数据应用，可在移动终端实现数据互联互通。

其中，所述物联网智能水表，在仪表设计阶段，将NB-IOT模组、天线及外网配套电路设计到仪表与仪表原有功能融合，使得水表在硬件上获得接入NB-IOT网络能力；所述物联网智能水表支持云能源平台服务器IP及端口配置，所述物联网智能水表定时自动上传仪表数据及仪表状态；网络覆盖能力可达164dB，通讯网络能覆盖到地下车库、地下室、地下管道等其他方式信号难以到达的地方，使得NB-IOT所述物联网智能水表具有安装位置灵活选位能力。

此外，所述物联网智能水表支持定时自动上传，上传间隔时间可灵活配置，支持分钟级别间隔时间设置、支持仪表数据和仪表报警信息定时上传、配合云能源平台可实现远程仪表阀门控制实现远程切断操作。

在本实施例中，通过将所述智能水表本体安装在所述超声波管段1上，所述数据采集装置5采集所述超声波管段1内水流流量等数据，然后将采集到的水表数据实时发送至所述控制装置4进行处理，从而实现了水表数据的自动采集；

所述控制装置4包括所述数据处理模块42和所述无线通信模块43，能够对采集到的水表数据进行模数转换等数据处理，然后通过所述无线通信模块43将水表数据无线传输至云端服务器的一个水流量计量设备，从而实现了水表数据的数据处理和网络远程抄表，进而提高了抄表效率，便于能源管理部门的管理，并实现了水表的物联网智能化；

所述NB-IOT模块431和所述天线模块432使得所述物联网智能水表获得接入NB-IOT网络的能力，相比于GPRS或者4G互联网技术，采用NB-IOT模块431能够使得所述物联网智能水表的成本、功耗降低，且数据传输不容易出现失真情况，从而提高了所述物联网智能水表的可靠性；

所述水表面板3上的显示器31，能够显示采集到的水表数据，从而便于用户查看水量使用情况，且相对于机水表，读数简便快捷，有利于提高用户的使用体验；所述翻盖铰接在所述水表面板3上，用户在需要读数或其他操作时，打开所述翻盖即可，平常时则将所述翻盖盖合在所述水表面板3上，起到防潮防尘的作用，有利于增加所述物联网智能水表的使用寿命。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。