基于异构网络的智能感知物联网水表的制作方法

1.本发明涉及水表技术领域，具体涉及基于异构网络的智能感知物联网水表。


背景技术：

2.水表，是对水流量进行测量，所测量的数据为累计流量值，其单位为容积/体积单位。随着物联网技术的发展和智能制造的风行，提高水表的智能化并通过物联网技术及时上传抄表数据成为了现在的流行趋势。各种各样的智能物联网水表应运而生，但同时也产生了各种问题。
3.首先，智能化模块的增加意味着电量消耗的增加，而水表大都集中安装于楼道井内，布线空间困难。为降低电表功耗，光电直读水表也越来越流行，但光电直读水表需要在各个字轮上安装发光件和收光件，结构精密复杂，任意一个字轮上的光电部件产生问题都会对整体读数造成影响。另外，安装于楼道井内的水表通讯信号大都会受到干扰，影响了抄表数据的及时上传，造成了大量无线通讯模块的浪费。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供基于异构网络的智能感知物联网水表，本发明通过集成表头和计量表基的分离实现了一定程度上的机电分离，便于在集成表头上加装各种智能模块，使各个计量表基都能受益，提高了资源的利用效率，集成表头通过中、远、近不同网络实现了与计量表基和远程平台的稳定通讯。
5.本发明解决现有技术存在的问题所采用的技术方案是：
6.本发明提供了基于异构网络的智能感知物联网水表，包括：集成表头和若干个计量表基；所述集成表头包括服务终端和与服务终端电气连接的显示器、近程通讯模块、中程通讯模块、远程通讯模块、感应识别装置；所述计量表基包括表体，所述表体上设有分控器和与分控器连接的阀控装置、激光位移直读组件、上传模块；所述集成表头通过近程通讯模块、上传模块与计量表基通讯，所述中程通讯模块用于连接中继网络进而连接远程平台，所述远程通讯模块用于直连远程平台，所述感应识别装置用于感应并识别用户。
7.优选地，所述近程通讯模块、上传模块为相互适配内的蓝牙模块，所述中程通讯模块为wifi模块，所述远程通讯模块为4g模块、5g模块、nb
‑
lot模块中的任意一种；
8.优选地，所述感应识别装置为智能识别摄像头；所述显示器为触控显示器；所述阀控装置为电动蝶阀。
9.优选地，所述激光位移直读组件包括设于所述计量表基顶部的传动轴和设于传动轴上的光电直读机构，所述传动轴通过设于计量表基内的机械传动组件与叶轮传动连接；所述光电直读机构包括设于传动轴顶部的转盘，所述转盘的端面边缘处垂直设有盘位铰接轴，所述盘位铰接轴上铰接有传动曲柄，所述转盘一侧对心设有位移导轨，所述位移导轨上滑动设有反光滑块，所述反光滑块的顶部设有远端铰接轴，所述传动曲柄的末端铰接于远端铰接轴，所述位移导轨的两端设有微动开关，位移导轨远离所述转盘的一侧设有激光位
移传感器。
10.优选地，所述激光位移直读组件包括传动机构和两个光电直读机构；所述传动机构包括传动轴，传动轴的正上方横向设有旋转轴，所述传动轴顶部套设有主齿轮，所述旋转轴上套设有从齿轮，所述主齿轮和从齿轮为相互齿合的锥齿轮，所述旋转轴旋转套设于固定架上，所述旋转轴的两侧末端设有光电直读机构，所述光电直读机构的转盘套设于旋转轴的两侧末端。
11.优选地，所述固定架包括支撑柱和设于支撑柱顶部的旋转套筒，所述旋转轴转动套设于所述旋转套筒内，所述支撑柱连接于所述表体上。
12.优选地，两个光电直读机构的位移导轨的轴向中心线相互垂直，两个盘位铰接轴的中心线共线。
13.优选地，远端铰接轴和传动曲柄的铰接受力部设有压力开关。
14.优选地，所述水表的通讯方法为:
15.s101：所述集成表头的服务终端通过近程通讯模块与上传模块无线连接，进而与分控器建立通讯以获取抄表数据或下发控制指令；
16.s102：所述服务终端通过中程通讯模块检索周边可连接中继网络，若存在可连接中继网络，根据信号质量选择最优中继网络建立通讯以向远程平台上传抄表数据并接收控制指令，若不存在可连接中继网络，跳转到步骤s103；
17.s103：所述服务终端通过远程通讯模块向远程平台上传抄表数据并接收控制指令；
18.直读抄表方法：
19.s301：激光位移直读组件13的微动开关1357根据与反光滑块1355的接触上传开关量信号；
20.s302：分控器接收集成表头下发的抄表指令后选取预设的任意一个光电直读机构进行抄表，控制相应激光位移传感器检测反光滑块在位移导轨上的位置量并上传；
21.s303：分控器根据开关量信号数量和位置量计算转盘的转动角度，进而计算水流量。
22.优选地，所述步骤s101中，所述抄表数据包括计量表基的识别信息，所述步骤s103中，所述服务终端统计各个计量表基通过远程通讯模块上传的抄表数据的所用流量大小，以便后期计费；
23.直读抄表的方法还包括：
24.s311：分控器通过压力开关的开关量信号检测反光滑块是否移动，分控器接收抄表指令后，检查距离上一次抄表的时间段内是否有压力开关的开关量信号，若是，则通过激光位移直读组件进行抄表，若否，结束抄表流程并通知集成表头；
25.s312：分控器选取任意一个光电直读机构作为主读机构，另一个作为辅助机构，主读机构读取反光滑块在位移导轨上的位置量，获取对应转盘的两个角度值，通过辅助机构的反光滑块的位置量在两个角度值中确定正确值，进而确定水流量。
26.与现有技术相比，本发明所具有的有益效果：
27.(1)本发明通过集成表头和计量表基的分离实现了一定程度上的机电分离，便于在集成表头上加装各种智能模块，使各个计量表基都能受益，提高了资源的利用效率。
28.(2)集成表头通过近程通讯模块与计量表基进行通讯，实现了抄表数据的稳定获取，再通过中程通讯模块利用中继网络与远程平台通讯上传抄表数据，充分地利用了社会闲散网络资源，减轻了通讯设置投入的成本。
29.(3)本发明的激光位移直读组件利用激光位移传感器超高精度的特点，通过一个转盘的转动就实现了水流量的大量程编码，通过识别反光滑块在位移导轨上的微米、纳米级动作对抄表数据进行直读，避免了现有光电直读水表中多级字轮以及配套的大量光电组件，提高了光电直读抄表方式的稳定性。
附图说明
30.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
31.图1为本发明一种实施例的系统示意图，
32.图2为本发明一种实施例的实施示意图，
33.图3为本发明一种实施例的集成表头正视图，
34.图4为本发明一种实施例的集成表头后视图，
35.图5为本发明一种实施例的计量表基结构示意图，
36.图6为本发明一种实施例的激光位移直读组件结构示意图，
37.图7为本发明另一种实施例的激光位移直读组件侧视图，
38.图8为本发明另一种实施例的激光位移直读组件后视图，
39.图9为本发明一种实施例的直读抄表实施示意图一，
40.图10为本发明一种实施例的直读抄表实施示意图二。
41.图中：
42.100、计量表基，200、集成表头；
43.1、服务终端，2、显示器，3、无线充电组件，4、近程通讯模块，5、中程通讯模块，6、远程无线通讯模块，8、感应识别装置，9、操作按钮，10、表体，11、阀控装置，12、电器盒，13、激光位移直读组件，31、转动机构，32、直线导轨，33、第二导轨，34、安装滑块，35、伸缩机构，36、无线充电发射部，121、分控器，122、上传模块，123、电池组件，124、无线充电接收模块，131、传动轴，132、主齿轮，133、从齿轮，134、固定架，135、光电直读机构，136、旋转轴，301、开关门，302、主水管，303、入户水管，1241、感应部，1350、转盘，1341、套筒，1342、支撑柱，1351、盘位铰接轴，1352、传动曲柄，1353、位移导轨，1354、远端铰接轴，1355、位移滑块，1356、激光位移传感器，1357、微动开关，1358、固定块。
具体实施方式
44.为使本发明的技术方案和有益效果更加清楚，下面对本发明的实施方式做进一步的详细解释。
45.如图1至图10所示，本发明提供了基于异构网络的智能感知物联网水表，包括：集成表头200和若干个计量表基100。
46.所述集成表头200包括服务终端1和与服务终端1电气连接的显示器2、无线充电组件3、近程通讯模块4、中程通讯模块5、远程通讯模块6、感应识别装置8。
47.所述计量表基100包括表体10，所述表体10上设有分控器121和与分控器121连接
的阀控装置11、激光位移直读组件13、上传模块122、无线充电接收模块124、电池组件123。
48.所述服务终端1为计算机设备，所述感应识别装置8为智能识别摄像头，所述显示器2为触控显示器。所述无线充电接收模块124与电池组件123连接且与无线充电组件3适配以用于对所述计量表基100进行无线充电。所述分控器121为plc设备或单片机设备，所述阀控装置11为电动蝶阀，所述电池组件123为电池以及相应的电池检测控制模块。所述近程通讯模块4、上传模块122为相互适配内的蓝牙模块，所述中程通讯模块5为wifi模块，所述远程通讯模块6为4g模块、5g模块、nb
‑
lot模块中的任意一种，当所述远程通讯模块6为nb
‑
lot模块时，所述远程平台应配置互联网转nb
‑
lot网络的路由器。
49.所述激光位移直读组件13用于将计量表基100叶轮的转动转化为易于检测的直线位移量，再通过高精度的激光位移传感器1356对位移量进行检测从而获取用水量；所述集成表头200通过近程通讯模块4、上传模块122与计量表基100通讯，所述中程通讯模块5用于连接中继网络进而连接远程平台，所述远程通讯模块6用于直连远程平台，所述感应识别装置8用于感应并识别用户，便于用户操作所述集成表头200，同时，也防止所述集成表头200和计量表基100之间无线充电产生的高能电磁波对人体造成影响。
50.如图2所示，现有的水表大都安装于楼道井内，主水管302穿过楼道井，同层住户的入户水管303对称分布于主水管302两侧，所述集成表头200安装于楼道井的开关门301上，所述计量表基安装于入户水管303上。
51.楼道井的深度多为1米左右，所述集成表头200和计量表基100的距离也在1米左右，所述近程通讯模块4的蓝牙通讯方式能够稳定的实现抄表数据和控制指令在集成表头200和计量表基100之间的传播。所述中继网络为集成表头200所在楼层或者相近楼层各个住户家的wifi网络，通过这些闲散网络实现抄表数据的远程上传提高了了网络资源的利用效率，减少了通讯基础设施的配置成本。
52.如图4所示，所述无线充电组件3包括设于服务终端1后壁上的转动机构31，所述转动机构31的输出轴上垂直设有直线导轨32，所述直线导轨32的移动滑块上垂直设有伸缩机构35，所述伸缩机构35的输出轴末端设有无线充电发射部36。所述计量表基100顶部设有电器盒12，所述分控器121、上传模块122、无线充电接收模块124、电池组件123固定安装于电器盒12内，所述无线充电接收模块124的感应部1241设于所述电器盒12靠近集成表头200的一侧的外壁上。
53.所述服务终端1根据预设于数据库内的对应计量表基100的位置，控制所述转动机构31旋转相应角度，再控制所述直线导轨32的移动滑块移动到与所述感应部1241相对的位置，最后控制所述伸缩机构35的伸缩部带动所述无线充电发射部36移动到能与所述感应部1241无线充电的相应位置，进行无线充电。所述伸缩机构35为电缸或电动推杆。
54.所述无线充电发射部36、无线充电接收模块124为现有主流的qi标准即电磁感应式无线充电模组。作为另一种方案，所述无线充电发射部36、无线充电接收模块124也可为
55.优选地，所述直线导轨32的移动滑块上设有第二导轨33，所述第二导轨33的一端与移动滑块固定连接，另一端远离所述直线导轨32与转动机构31的连接部，所述伸缩机构35垂直设于第二导轨33的安装滑块34上。所述直线导轨32和第二导轨33构成可伸缩的导轨，加大了直线导轨32的运动行程的同时，也避免过大的形成对空间的占用，防止影响对楼道井内设备进行维修维护的工作人员。
56.如图6所示，所述激光位移直读组件13包括设于所述计量表基100顶部的传动轴131和设于传动轴131上的光电直读机构135，所述传动轴131通过设于计量表基100内的机械传动组件与叶轮传动连接，机械传动组件或传动轴131与贯穿计量表基100水道的部位做防水密封处理。
57.所述光电直读机构135包括设于传动轴131顶部的转盘1350，所述转盘1350的端面边缘处垂直设有盘位铰接轴1351，所述盘位铰接轴1351上铰接有传动曲柄1352，所述转盘1350一侧对心设有位移导轨1353，，所述位移导轨1353上滑动设有反光滑块1355，所述反光滑块1355的顶部设有远端铰接轴1354，所述传动曲柄1352的末端铰接于远端铰接轴1354，所述位移导轨1353的两端设有微动开关1357，位移导轨1353远离所述转盘1350的一侧设有激光位移传感器1356。所述对心指所述位移导轨1353的轴向中心线与所述转盘1350的中心线正交，即转盘1350、盘位铰接轴1351、传动曲柄1352、位移导轨1353、远端铰接轴1354、反光滑块1355构成对心的曲柄滑块结构以将转盘1350的转动转为反光滑块1355的直线往复运动。所述传动轴131转动带动所述转盘1350转动，进而带动所述盘位铰接轴1351绕所述转盘1350的圆心转动，进而带动所述反光滑块1355在所述位移导轨1353上移动，所述激光传感器1356检测所述反光滑块1355在位移导轨1353上的位置从而确定转盘1350的转动角度，如图9所示，显然一个反光滑块1355在位移导轨1353上的位置量对应转盘1350的两个角度值，无法实现角度直读，所述微动开关1357用于和反光滑块1355接触以产生开关量信号来记录反光滑块1355的在位移导轨1353上的方向转变，记录反光滑块1355的初始位置和初始移动方向，即可通过开关量信号的数量在两个角度值中选取正确值，从而计算水流量。采取三角测量法的激光位移传感器1356最高线性度可达1um，分辨率更是可达到0.1um的水平。比如zlds100类型的传感器，它可以达到0.01％高分辨率，0.1％高线性度，9.4khz高响应，适应恶劣环境，位移导轨1353运动行程可为100mm,则反光滑块1355位置的位置量粒度数量可为104至10
6,
，通过高精度的激光传感器和大传动比的机械传动组件，通过一个转盘1350的转动代替原有水表中的多级字轮，避免反光滑块1355在位移导轨1353上的频繁往复，通过检测反光滑块1355的微动做到抄表直读；微动开关1357可为压力开关或光敏开关。
58.所述光电直读机构135上套设有保护罩，所述位移导轨1353和激光位移传感器1356设置于固定块1358上，所述固定块1358和保护罩固定连接。
59.优选地，如图7和图8所示，所述激光位移直读组件13包括传动机构和两个光电直读机构135；所述传动机构包括传动轴131，传动轴131的正上方横向设有旋转轴136，所述传动轴131顶部套设有主齿轮132，所述旋转轴136上套设有从齿轮133，所述主齿轮132和从齿轮133为相互齿合的锥齿轮，所述旋转轴136旋转套设于固定架134上，所述旋转轴136的两侧末端设有光电直读机构135，所述光电直读机构135的转盘1350套设于旋转轴136的两侧末端。所述传动轴131带动所述主齿轮132转动，进而带动从齿轮133转动，进而带动旋转轴136转动，进而带动两个转盘1350同步转动。所述固定架134包括支撑柱1342和设于支撑柱顶部的旋转套筒1341，所述旋转轴136转动套设于所述旋转套筒1341内，所述支撑柱1342连接于所述表体10上。
60.两个光电直读机构135可以互为备用，可以单独启用任意一个光电直读机构135的激光位移传感器1356完成抄表，进而降低功耗。
61.两个光电直读机构135的位移导轨1353的轴向中心线相互垂直，即两个反光滑块
1355的运动方向相互垂直，两个盘位铰接轴1351的中心线共线，即两个转盘1350的转动呈镜面反射关系。选取任意一个两个光电直读机构135作为主读机构，另一个作为辅助机构。两个光电直读机构135的转盘1350同步转动，如图9所示，主读机构读取反光滑块1355在位移导轨1353上的位置量，获取对应转盘1350的两个角度值，如图9中实线所示的盘位铰接轴1351所代表的角度值a和虚线所示的盘位铰接轴1351所代表的角度值b。根据镜面反射的对应关系，当实际的角度值为a时，辅助机构的反光滑块1355的位置如图10中实线所示的位置p1，当实际的角度值为b时，辅助机构的反光滑块1355的位置如图10中虚线所示的位置p2，通过读取辅助机构的反光滑块1355的位置可以对主读机构的角度值进行区分。通过两个光电直读机构135可以不通过微动开关1357的开关信号数量即可计算水流量，避免微动开关1357故障失效或者由于各种原因导致的开关信号数量丢失，做到真正意义上的抄表直读。
62.远端铰接轴1354和传动曲柄1352的铰接受力部设有压力开关，以用于检测所述反光滑块1355是否动作。
63.基于上述物联网水表的通讯方法:
64.s101：所述集成表头200的服务终端1通过近程通讯模块4与上传模块122无线连接，进而与分控器121建立通讯以获取抄表数据或下发控制指令；
65.s102：所述服务终端1通过中程通讯模块5检索周边可连接中继网络，若存在可连接中继网络，根据信号质量选择最优中继网络建立通讯以向远程平台上传抄表数据并接收控制指令，若不存在可连接中继网络，跳转到步骤s103；
66.s103：所述服务终端1通过远程通讯模块6向远程平台上传抄表数据并接收控制指令；
67.基于上述物联网水表的充电方法：
68.s201：所述分控器121实时监测所述电池组件123的电量，当电量低于预设值时，通过上传模块122向服务终端1上传充电需求信息；
69.s202：所述服务终端1接收充电需求信息后，在预设的数据库中检索相应计量表基100的位置信息，根据位置信息控制所述无线充电组件3的无线充电发射部36移动到所述计量表基100的无线充电接收模块124的感应部1241位置，开始充电；
70.s203：所述分控器121实时监测所述电池组件123的电量充满后，通过上传模块122向服务终端1上传充电完成信息，所述服务终端1控制所述无线充电组件3复位；
71.基于上述物联网水表的直读抄表方法：
72.s301：激光位移直读组件13的微动开关1357根据与反光滑块1355的接触上传开关量信号；
73.s302：分控器121接收集成表头200下发的抄表指令后选取预设的任意一个光电直读机构135进行抄表，控制相应激光位移传感器1356检测反光滑块1355在位移导轨1353上的位置量并上传；
74.s303：分控器121根据开关量信号数量和位置量计算转盘1350的转动角度，进而计算水流量。
75.所述计量表基100的叶轮在水流冲击下转动，通过机械传动组件带动所述激光位移直读组件13的传动轴131转动，进而带动所述转盘1350转动，所述转盘1350带动所述反光滑块1355在位移导轨1353做直线往复运动，通过所述激光位移传感器1356检测反光滑块
1355在位移导轨1353上的位置计算转盘1350转动的角度，任意一个位置量对应两个角度值，记录所述反光滑块1355在位移导轨1353上的初始位置和初始行进方向，通过所述微动开关1357的开关信号确定反光滑块1355的移动方向，通过开关信号的数量和反光滑块1355在导轨上的位置计算转盘1350角度，进而计算水流量。本方法只使用一个光电直读机构135就能完成抄表。
76.所述步骤s101中，所述抄表数据包括计量表基100的识别信息，所述步骤s103中，所述服务终端1统计各个计量表基100通过远程通讯模块6上传的抄表数据的所用流量大小，以便后期计费。
77.所述步骤s202中，所述感应识别装置8检测所述集成表头200周围是否存人，若是，则停止充电，待检测到无人时再充电，若否，则正常充电；所述所述步骤s203中，所述服务终端1统计各个计量表基100的有效充电时间，进而统计各个计量表基100的充电量。
78.直读抄表的方法还包括：
79.所述激光位移直读组件13的两个光电直读机构135互为备用，都可单独通过上述步骤s301
‑
s303独立完成抄表，预设其中一个光电直读机构135抄表时使用，另一个作为备用，或者，两者都使用，以对抄表值互相校验。
80.s311：分控器121通过压力开关的开关量信号检测反光滑块(1355)是否移动，分控器121接收抄表指令后，检查距离上一次抄表的时间段内是否有压力开关的开关量信号，若是，则通过激光位移直读组件13进行抄表，若否，结束抄表流程并通知集成表头200。
81.若两次抄表期间，压力开关未有开关量信号，则无需再使用激光位移传感器1356进行检测，进一步降低能耗。
82.s312：分控器121选取任意一个光电直读机构135作为主读机构，另一个作为辅助机构，主读机构读取反光滑块1355在位移导轨1353上的位置量，获取对应转盘1350的两个角度值，通过辅助机构的反光滑块1355的位置量在两个角度值中确定正确值，进而确定水流量。
83.步骤s312的方法通过两个光电直读机构135可以不通过微动开关1357的开关信号数量即可计算水流量，避免微动开关1357故障失效或者由于各种原因导致的开关信号数量丢失，做到真正意义上的抄表直读。
84.上文所述的各种抄表方法中，设置反光滑块1355距离所述转盘1350最远处为计量起始位置，以便于抄表计算。
85.上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。