超声水表数据采集装置和系统的制作方法

1.本实用新型涉及水表技术领域，尤其是涉及一种超声水表数据采集装置和系统。


背景技术：

2.目前水表的通讯方式主要是m-bus(meter bus，仪表总线)。mbus是一种专门为消耗类计量仪表数据传输设计的二线制总线，虽然具有两芯无极性、自由拓扑和抗干扰能力强等特点，但是在设计安装过程中需要考虑合理布线、布管，成本较高，受安装环境限制，不利于水表的安装布置。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种超声水表数据采集装置和系统，解决了传统m-bus水表需要根据安装场景进行布线、布管造成的不利于安装布置的问题；同时，wm-bus(wireless meter bus,无线计量总线)通讯模块工作在无需授权的sub-ghz(即频率为1ghz以下,27mhz～960mhz)频段中，传输距离较远且通讯需要的功率较低，降低了使用成本，提高了用户体验。
4.第一方面，本实用新型提供的一种超声水表数据采集装置，该超声水表数据采集装置包括：主控模块、流量检测模块、状态检测模块、显示模块和wm-bus通讯模块；其中，流量检测模块、状态检测模块、显示模块和wm-bus通讯模块均与主控模块连接；流量检测模块，用于采集水流流量；状态检测模块，用于采集超声水表数据采集装置的水温和水压；显示模块，用于显示超声水表数据采集装置的数据；超声水表数据采集装置的数据包括水流流量、水温和水压；wm-bus通讯模块，用于将超声水表数据采集装置的数据发送至抄表设备。
5.在本实用新型较佳的实施例中，上述流量检测模块包括超声波信号收发单元；超声波信号收发单元包括第一超声波信号器和第二超声波信号器，第一超声波信号器和第二超声波信号器设置于超声水表数据采集装置的腔体内；第一超声波信号器用于发射超声波信号；第二超声波信号器用于接收超声波信号；其中，超声波信号用于表征用于超声水表数据采集装置的水流流速。
6.在本实用新型较佳的实施例中，上述状态检测模块，还用于采集超声水表数据采集装置的电压；超声水表数据采集装置的数据还包括超声水表数据采集装置的电压。
7.在本实用新型较佳的实施例中，上述wm-bus通讯模块，还用于与其它超声水表数据采集装置通信。
8.在本实用新型较佳的实施例中，上述超声水表数据采集装置还包括：红外模块；红外模块与外部检测设备通信连接；外部检测设备，用于设置超声水表数据采集装置的参数。
9.在本实用新型较佳的实施例中，上述超声水表数据采集装置还包括：数据存储模块；数据存储模块，用于存储超声水表数据采集装置的数据。
10.在本实用新型较佳的实施例中，上述超声水表数据采集装置还包括：阀控模块；阀
控模块，用来控制水流流入或停止流入超声水表数据采集装置。
11.在本实用新型较佳的实施例中，上述超声水表数据采集装置还包括电源模块；电源模块，用于给超声水表数据采集装置供电。
12.第二方面，本实用新型实施例提供了一种超声水表数据采集系统，包括：上述超声水表数据采集装置、抄表设备和后台服务器；抄表设备用于读取超声水表数据采集装置的数据；后台服务器与抄表设备通信连接。
13.在本实用新型较佳的实施例中，上述抄表设备包括固定式抄表设备和移动式抄表设备。
14.本实用新型实施例带来了以下有益效果：
15.本实用新型实施例提供一种超声水表数据采集装置和系统，该超声水表数据采集装置包括：主控模块、流量检测模块、状态检测模块、wm-bus通讯模块、显示模块和电源模块；其中，流量检测模块、状态检测模块、显示模块和wm-bus通讯模块均与主控模块连接；流量检测模块，用于采集水流流量；状态检测模块，用于采集超声水表数据采集装置的水温和水压；显示模块，用于显示超声水表数据采集装置的数据；超声水表数据采集装置的数据包括水流流量、水温和水压；wm-bus通讯模块，用于将超声水表数据采集装置的数据发送至抄表设备。本超声水表数据采集装置，采用wm-bus通讯模块进行通信，解决了传统m-bus水表需要根据安装场景进行布线、布管造成的不利于安装布置的问题；同时，wm-bus(wireless meter bus,无线计量总线)通讯模块工作在无需授权的sub-ghz(即频率为1ghz以下,27mhz～960mhz)频段中，传输距离较远且通讯需要的功率较低，降低了使用成本，提高了用户体验。
16.本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本实用新型的上述技术即可得知。
17.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施方式，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
18.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为本实用新型实施例提供的一种超声水表数据采集装置的示意图；
20.图2为本实用新型实施例提供的另一种超声水表数据采集装置的示意图；
21.图3为本实用新型实施例提供的一种超声水表数据采集装置数据处理流程图；
22.图4为本实用新型实施例提供的另一种超声水表数据采集装置数据处理流程；
23.图5为本实用新型实施例提供的一种超声水表数据采集系统。
24.图标：100-主控模块；200-流量检测模块；300-状态检测模块；400-显示模块；500-wm-bus通讯模块；600-红外模块；700-数据存储模块；800-阀控模块；900-电源模块。
具体实施方式
25.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
26.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。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。
27.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
28.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
29.此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
30.在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
31.下面结合附图，对本实用新型的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
32.目前超声水表的通讯方式主要有m-bus、nb-iot和lora等。m-bus是一种专门为消耗类计量仪表数据传输设计的二线制总线，虽然具有两芯无极性、自由拓扑和抗干扰能力强等特点，但是传统m-bus超声水表需要根据安装场景进行布线、布管的设计安装，不利于水表的安装布置，施工成本高。nb-iot和lora是无线通讯方式，虽然无需考虑布线的问题，但是nb-iot工作在高频段中，通讯需要的功率较高，且需要向运营商支付授权费用，成本较高；而lora的抄读协议是私有化的，芯片的开发需要授权，不利于设备产品的互联互通，且需要建立新的网络，建设新的基站，使用成本也很高。
33.本实用新型实施例针对以上问题，提供一种wm-bus超声水表，wm-bus是m-bus的无线实现方式，wm-bus工作在无需授权的sub-ghz频段中，传输距离较远且通讯需要的功率较低，并且wm-bus的抄读协议是标准化的，有利于设备的互联互通，降低了使用成本，提高了用户体验。
34.实施例一
35.本实用新型实施例提供一种超声水表数据采集装置，如图1所示，超声水表数据采集装置包括：主控模块100、流量检测模块200、状态检测模块300、显示模块400和wm-bus通讯模块500；其中，流量检测模块200、状态检测模块300、显示模块400和wm-bus通讯模块500均与主控模块100连接。
36.流量检测模块200，用于采集水流流量；状态检测模块300用于采集所述超声水表数据采集装置的水温和水压；显示模块400用于显示超声水表数据采集装置的数据，其中超声水表数据采集装置的数据包括水流流量、水温和水压；wm-bus通讯模块500用于将超声水表数据采集装置的数据发送至抄表设备。
37.具体地，上述的主控模块100可以是通用处理器，包括中央处理器(central processing unit，简称cpu)、网络处理器(network processor，简称np)等；还可以是数字信号处理器(digital signal processor，简称dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，简称asic)、现场可编程门阵列(field-programmable gate array，简称fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件；用于接收其他模块发送出的数据信息，也可以发送数据信号，控制其他模块执行动作。
38.具体地，流量检测模块200可以是超声波流量检测模块，通过采集超声波声束在水中顺流和逆流传播时的速度，计算出速度差，通过超声波束在水中顺流和逆流中的速度差进一步计算出水流流速，水流流速与水管的截面积的乘积就是水流流量。
39.具体地，我们将发送超声波信号的信号器称之为第一超声波信号器，将接收超声波信号的传感器称之为第二超声波信号器；在水表管道上、下游相距l处分别安装一对可以相互发射和接收超声波束的超声波信号器，处于上游的超声波信号器为t1，处于下游的超声波信号器为t2，设声波在静止流体中的传播速度为c，流体的流速为v。
40.由于声波在顺流和逆流的传播速度不同，因此，t1发射出的超声波束到达t2处用时t1，t2发射出的超声波束到达t1处用时t2，其中，t1和t2可以表示为：
[0041][0042][0043]
由于流体的流速远远小于声速，即v《《c，因此时间差δt可以表示为：
[0044][0045]
从而，流体的流速v可以表示为：
[0046][0047]
进一步地，水表流量q(m3/s)表示为：
[0048]
q＝sv；
[0049]
其中，s为水表管道截面积。
[0050]
状态检测模块300可以包括水温检测单元和水压检测单元，其中，水温检测单元用来检测当前水流的水温，水压检测单元用来检测当前水流的水压。
[0051]
进一步地，流量检测模块200和状态检测模块300将采集到的数据发送到主控模块100处，主控模块100将上述数据发送到显示模块400，显示模块400可以是液晶显示屏，显示模块400把接收到的信息显示液晶显示屏上，同时还可以显示当前电量、阀控状态和对应的各种警告信息。
[0052]
进一步地，主控模块100将上述数据发送到wm-bus通讯模块500处，wm-bus通讯模块500用于超声水表数据采集装置和抄表设备之间的通信，wm-bus通讯模块500将上述数据发送给抄表设备；由于wm-bus通讯模块500是无线通讯模块，又工作在无需授权的sub-ghz频段中，传输距离较远、穿透性强、受到的干扰少、通讯稳定且通讯需要的功率较低，所以使用成本很低；wm-bus的抄读协议是标准化的，有利于设备的互联互通。
[0053]
本实用新型实施例提供一种超声水表数据采集装置和系统，该超声水表数据采集装置包括：主控模块、流量检测模块、状态检测模块、wm-bus通讯模块、显示模块和电源模块；其中，流量检测模块、状态检测模块、显示模块和wm-bus通讯模块均与主控模块连接；流量检测模块，用于采集水流流量；状态检测模块，用于采集超声水表数据采集装置的水温和水压；显示模块，用于显示超声水表数据采集装置的数据；超声水表数据采集装置的数据包括水流流量、水温和水压；wm-bus通讯模块，用于将超声水表数据采集装置的数据发送至抄表设备。本实用新型实施例提供一种超声水表数据采集装置，采用wm-bus通讯模块进行通信，解决了传统m-bus水表需要根据安装场景进行布线、布管造成的不利于安装布置的问题；同时，wm-bus通讯模块工作在无需授权的sub-ghz频段中，传输距离较远且通讯需要的功率较低，降低了使用成本，提高了用户体验。
[0054]
实施例二
[0055]
本实用新型实施例提供另一种超声水表数据采集装置，如图2所示，该超声水表数据采集装置包括：主控模块100、流量检测模块200、状态检测模块300、显示模块400、wm-bus通讯模块500、红外模块600、数据存储模块700、阀控模块800和电源模块900；上述流量检测模块200、状态检测模块300、显示模块400、wm-bus通讯模块500、红外模块600、数据存储模块700、阀控模块800和电源模块900均与主控模块100连接。
[0056]
具体地，状态检测模块300还包括电压检测单元和阀控检测单元，电压检测单元用于采集电源模块900的电压，阀控检测单元与阀控模块800连接，阀控检测单元用于检测超声水表数据采集装置当前阀门的开闭状态，进一步的还可以检测当前阀门打开的状态，比如开通25％等。
[0057]
具体地，wm-bus通讯模块500还可以用于与其它超声水表数据采集装置通信。当工作人员用移动式抄表设备进行抄表作业时，可以选择只读取某一个超声水表数据采集装置的数据，也可以选择读取多个超声水表数据采集装置的数据；
[0058]
第一种情况，抄表设备选择读取某一个超声水表数据采集装置的数据，抄表设备通过wm-bus通讯模块与该超声水表数据采集装置的数据建立联系，该超声水表数据采集装置将数据发送到抄表设备处，上述数据包括：水流流量、水温、水压、电压、阀门状态、采集数据时间、超声水表数据采集装置编号等；
[0059]
第二种情况，抄表设备选择读取多个超声水表数据采集装置的数据，抄表设备通过wm-bus通讯模块与其中一个超声水表数据采集装置(下称第一装置)的数据建立联系，其他超声水表数据采集装置通过wm-bus通讯模块与第一装置建立通信联系，其他装置将数据
发送到第一装置处，第一装置汇总数据，将全部数据发送到抄表设备。
[0060]
进一步地，wm-bus通讯模块500包括多种工作模式，主要有s、t、r、c和n等几种工作模式，可在169mhz、433mhz和868mhz等多个无需授权的sub-ghz频段进行无线通信，节省了大量的授权费用，适应不同的工作环境和使用需求，轻量级的协议堆栈和简短的数据传输降低了通讯的功耗。
[0061]
具体地，模式s为固定模式，用于固定设备和移动设备之间的单/双向通讯。其中，s模式包括s1模式和s2模式；s1是单向通信，只发送或者只接收数据，可以用于具有长报头的、固定式电池操作的装置；s1-m专门用于移动式接收器；s2是双向通信。
[0062]
模式t为频繁传输模式，在这种模式中，模块每间隔一定时间(典型为2ms～5ms)发送一个非常短的帧，因而可以用于便携式或车载式读表。t模式包括t1模式和t2模式；t1是单向通信，模块周期性地或随机地发送识别码(id)和读取数据；t2是双向通信，频繁地发送一个短帧，该短帧包括识别码，在每次发送之后，在极短时间内模块用于接收应答，一旦收到应答，模块就打开双向通信通道。
[0063]
模式r为频繁接收模式，模块每隔几秒(优选时间为5秒)监听一次唤醒信号，收到唤醒信号后，设备将同发出唤醒信号的装置建立几秒钟的通讯对话；在这种模式中，模块实际是多通道接收方式，可以同时与多个模块建立通信，即可以同时抄读多个装置的数据，而且每个装置可以工作在不同的频率信道上。
[0064]
模式c为紧凑模式，类似于传输模式，但是在相同能耗和占空比下可以传送更多数据；该模式适合便携式或车载式抄表，支持单向、双向通信设备。模式t和模式c共用一个接收设备时可能帧结构相同。
[0065]
模式n为窄带通信模式，最大化利用470mhz频段进行窄带通信，允许抄读少数其他类型设备，多用于169mhz的ism波段(industrial scientific medical band)的远程传输。n模式可以细分为多种模式，包括：n1a-f是单向通信，n2a-f是双向通信，n2g可作为转发器扩展通信距离，并可设置多级接力转发长距离通信。
[0066]
本实用新型实施例提供一种超声水表数据采集装置，使用低功耗的wm-bus通讯模块并灵活选择工作模式，降低超声水表数据采集装置的功耗，大大增加了电池的使用寿命；采用专门用于公共事业仪表amr(adaptive multi-rate，智能计量或先进抄表基础设施)应用的wm-bus协议标准，在无需授权的sub-ghz频段中进行无线通信，降低通讯所需要的功耗和研发生产以及使用的成本，增强数据传输的稳定性，且标准化的抄读协议有利于设备的互联互通。
[0067]
进一步地，超声水表数据采集装置还包括加密模块，在发送数据前，把要发送的数据通过加密模块加密，保证数据的安全，加密模块支持aes-128bit加密。
[0068]
具体地，红外模块600与外部检测装置通信连接；外部检测装置可以是一种移动式的设备终端，该终端包括红外模块，可以通过红外线与超声水表数据采集装置进行数据传输，工作人员或者用户可以使用外部检测装置对超声水表数据采集装置进行参数的设置，比如：控制阀门的开闭，调整超声水表数据采集装置检测流量、水温、水压等数据的间隔时间等，外部检测装置还可以对超声水表数据采集装置进行软件的升级。
[0069]
具体地，数据存储模块700用于存储超声水表数据采集装置的数据，数据存储模块700可以是非易失性存储器，装置每次检测的数据都将自动存储与数据存储模块内，存储的
数据最多可以保存一年，方便水表停止工作或损坏后对数据进行查看。
[0070]
具体地，阀控模块800可以通过控制阀门从而控制水流流入或停止流入装置，进一步地，阀控模块可以控制阀门的打开状态，比如开通25％等。电源模块900用于给超声水表数据采集装置供电，电源模块900可以是干电池或者锂电池等。
[0071]
具体的，超声水表数据采集装置还包括报警模块，当检测到水流流量异常或装置状态异常是，报警模块将异常数据信息发送到显示模块和wm-bus通讯模块，显示模块显示异常状态，wm-bus通讯模块将异常状态信息发送到抄表设备，进一步上报后台服务器，为工作人员检修提供帮助，可以及时发现并解决问题，提高了产品的使用年限，减少了水资源的浪费和工作的阻碍。
[0072]
本实用新型实施例提供一种超声水表数据采集装置数据处理示意图，如图3所示，包括：发送接收超声波束；计算时间差；计算流速流量；检查装置状态；存储数据并将数据发送到显示模块；将数据发送到抄表设备。
[0073]
超声波信号收发单元包括一对超声波信号器，每个超声波信号器都可以发送和接收超声波束，将发送超声波束的称为第一超声波信号器，接收超声波束的称为第二超声波信号器；超声波信号在顺流和逆流中的传播速度是不一样的，分别采集超声波束在顺流和逆流中的传播时间，进一步计算出时间差；通过时间差计算出当前水流的流速，进一步根据当前管道的截面积可以计算出水流流量；由于设定了不同的检测周期，比如每60秒检测一次水流流量，每3600秒检测一次装置的状态，所以确定出水流流量后可以直接存储数据并将数据发送到显示模块；也可以继续检查装置状态；最后将数据发送到抄表设备。
[0074]
本实用新型实施例提供另一种超声水表数据采集装置数据处理示意图，如图4所示，包括：休眠；唤醒主控模块；检测是否有数据；唤醒wm-bus模块；将数据发送给wm-bus模块；wm-bus模块将数据发送给抄表设备。
[0075]
当装置选择低功耗的模式时，装置将周期性的检测装置数据，并定期上报抄表设备；具体地，流量检测模块和状态检测模块定期检测数据，将数据存储于存储模块中，定期唤醒主控模块，检测当前存储模块是否有新的数据，如果有，进一步唤醒wm-bus模块，将数据发送给wm-bus模块，通过wm-bus模块将数据上报给抄表设备，发送数据后继续休眠；如果否，则继续休眠。
[0076]
实施例三
[0077]
本实用新型实施例提供一种超声水表数据采集系统，参见图5所示，包括超声水表数据采集装置、抄表设备和后台服务器；抄表设备可以是固定式抄表设备，也可以是移动式抄表设备；固定式抄表设备即固定在一个地方，比如一个住户单元内，定期的读取该单元内的所有水表数据采集装置的数据，将数据发送到后台服务器；移动式抄表设备通常是便携式的设备，工作人员通过移动式设备随时随机的读取某些装备的数据，方便工作人员的使用。
[0078]
后台服务器用于汇总超声水表数据采集装置的数据，不间断的监测各个装置的状态，保障整个系统的稳定运行。
[0079]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部
技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。