今天為大家介紹一項(xiàng)國(guó)家發(fā)明授權(quán)專利——一種基于NB-IoT閥控的干簧管式物聯(lián)網(wǎng)水表。該專利由北京華航能信科技有限公司申請(qǐng)，并于2018年5月11日獲得授權(quán)公告。

內(nèi)容說(shuō)明

本發(fā)明涉及物聯(lián)網(wǎng)水表領(lǐng)域，尤其涉及一種基于NB-IoT閥控的干簧管式物聯(lián)網(wǎng)水表。

發(fā)明背景

物聯(lián)網(wǎng)是以計(jì)算機(jī)科學(xué)為基礎(chǔ)，包括網(wǎng)絡(luò)、電子、射頻、感應(yīng)、無(wú)線、人工智能、條碼、云計(jì)算、自動(dòng)化、嵌入式等技術(shù)為一體的綜合性技術(shù)及應(yīng)用，可以讓孤立的物品(冰箱、汽車、設(shè)備、家具、貨品等等)接入網(wǎng)絡(luò)世界，讓它們之間能相互交流、鮮活起來(lái)。

NB-IoT(Narrow Band Internet of Things，基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的窄帶物聯(lián)網(wǎng))技術(shù)采用超窄帶、重復(fù)傳輸、精簡(jiǎn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等設(shè)計(jì)，以犧牲一定速率、時(shí)延、移動(dòng)性性能，獲取面向LPWA(Low Power Wide Area，低功耗廣域技術(shù))物聯(lián)網(wǎng)的承載能力。NB-IoT作為一種新的窄帶蜂窩通信LPWA解決方案，將給物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)帶來(lái)巨大的變革與創(chuàng)新。該解決方案具有諸多優(yōu)勢(shì)，具體體現(xiàn)為：超強(qiáng)覆蓋--比GPRS覆蓋增強(qiáng)20dB，擁有更強(qiáng)的穿透力和更廣的覆蓋范圍；超低功率--10年電池壽命，采用DRX(Discontinuous Reception，非連續(xù)接收)以及PSM(Plower Save Mode，省電模式)等節(jié)能技術(shù)，使終端電池壽命更長(zhǎng)，電池壽命可長(zhǎng)達(dá)10年；超低成本--低價(jià)終端芯片，因?yàn)榈退俾省⒌凸?、低帶寬，使芯片做的很小，而帶?lái)的低成本優(yōu)勢(shì)。同時(shí)NB-IoT模組的成本，還有供電、通訊運(yùn)營(yíng)成本都比其他無(wú)線裝置便宜；超大連接--支持大規(guī)模連接，100K終端/200KHz小區(qū)。NB-IoT技術(shù)的六大主要應(yīng)用場(chǎng)景恰恰是現(xiàn)有移動(dòng)通信很難支持的場(chǎng)景，包括位置跟蹤、環(huán)境監(jiān)測(cè)、智能泊車、遠(yuǎn)程抄表、農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)這些場(chǎng)景。市場(chǎng)研究公司Machina預(yù)測(cè)，NB-IoT未來(lái)將覆蓋25%的物聯(lián)網(wǎng)連接。

水表的增量市場(chǎng)大多采用M-Bus總線通信，水表的存量市場(chǎng)是無(wú)線水表的機(jī)會(huì)。無(wú)線水表的施工簡(jiǎn)單，因功耗、信號(hào)覆蓋和電池壽命的問(wèn)題，迫切需要NB-IoT技術(shù)來(lái)解決現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種基于NB-IoT閥控的干簧管式物聯(lián)網(wǎng)水表，采用NB-IoT和WIFI無(wú)縫轉(zhuǎn)換技術(shù)解決現(xiàn)有水表因功耗、信號(hào)覆蓋和電池壽命造成的問(wèn)題，是一種物聯(lián)網(wǎng)智能水表。

圖為本發(fā)明主視圖

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案：本發(fā)明提供一種基于NB-IoT閥控的干簧管式物聯(lián)網(wǎng)水表，包括通信控制單元、水量檢測(cè)單元、顯示單元和喚醒開關(guān)單元；通信控制單元包括中央處理單元以及與其連接的電源控制回路、閥門控制單元和通信組件；通信組件包括NB-IoT模組和WIFI單元，NB-IoT模組和WIFI單元分別通過(guò)通用異步串口通信總線與中央處理單元通信連接，通信控制單元優(yōu)先選用NB-IoT模組進(jìn)行通信，在沒(méi)有NB-IoT覆蓋的情況下，自動(dòng)轉(zhuǎn)用WIFI進(jìn)行通信；水量檢測(cè)單元包括基表殼體組件和干簧管機(jī)芯單元，基表殼體組件為進(jìn)水管與出水管的銜接管道；干簧管機(jī)芯單元與中央處理單元連接，中央處理單元接收干簧管機(jī)芯單元實(shí)時(shí)計(jì)量得到的脈沖值；顯示單元與中央處理單元連接，顯示單元?jiǎng)討B(tài)顯示水表的工作狀態(tài)信息；喚醒開關(guān)單元與中央處理單元連接，通過(guò)喚醒開關(guān)單元手動(dòng)喚醒或定時(shí)喚醒水表狀態(tài)。

干簧管機(jī)芯單元包括干簧管、永磁鐵和機(jī)械機(jī)芯，干簧管固定在水表計(jì)數(shù)轉(zhuǎn)盤邊側(cè)，永磁鐵固定在水表計(jì)數(shù)轉(zhuǎn)盤上，當(dāng)計(jì)數(shù)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)一周，永磁鐵經(jīng)過(guò)干簧管的位置，使得干簧管的簧片開閉一次，由此得到一個(gè)脈沖值，機(jī)械機(jī)芯固定在水表計(jì)數(shù)轉(zhuǎn)盤的下部。電源控制回路連接一個(gè)電源，該電源為鋰亞硫酰氯電池。基表殼體組件由過(guò)濾網(wǎng)、管體、球閥和連接裝置組成，閥門控制單元連接一個(gè)閥控執(zhí)行器，閥控執(zhí)行器包括直流電機(jī)、齒輪減速裝置和兩個(gè)微動(dòng)開關(guān)，直流電機(jī)連接齒輪減速裝置，齒輪減速裝置的輸出端與球閥連接，齒輪減速裝置內(nèi)設(shè)有與兩個(gè)微動(dòng)開關(guān)配合的觸點(diǎn)，減速裝置配合兩個(gè)微動(dòng)開關(guān)檢測(cè)球閥的閉合。

喚醒開關(guān)單元包括手動(dòng)撥動(dòng)開關(guān)和實(shí)時(shí)時(shí)鐘單元，手動(dòng)撥動(dòng)開關(guān)設(shè)置在干簧管式物聯(lián)網(wǎng)水表的上側(cè)面，實(shí)時(shí)時(shí)鐘單元用于預(yù)設(shè)某個(gè)時(shí)間喚醒水表，以及預(yù)設(shè)某個(gè)時(shí)間上報(bào)周期內(nèi)的用水量。閥門控制單元與中央處理單元通過(guò)4個(gè)通用輸入\輸出口連接，其中2個(gè)通用輸入\輸出口用于直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制，另外2個(gè)通用輸入\輸出口用于檢測(cè)球閥執(zhí)行器是否到位，通過(guò)處理器發(fā)出的信號(hào)實(shí)現(xiàn)閥門的關(guān)閉和開通；中央處理單元為STM32L063R8T6單片機(jī)。本發(fā)明基于NB-IoT閥控的干簧管式物聯(lián)網(wǎng)水表還包括水表塑料上殼體和水表塑料下殼體，水表塑料上殼體與水表塑料下殼體先進(jìn)行卡扣連接，再通過(guò)螺釘將水表塑料上殼體和水表塑料下殼體連接成一個(gè)整體，接口處設(shè)置密封膠條，螺釘上方設(shè)有防拆蓋封帽。

從上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具備閥門控制功能，可對(duì)用戶水表的用水情況進(jìn)行控制，節(jié)約人力、物力和財(cái)力，提高生產(chǎn)效益。同時(shí)，采用運(yùn)營(yíng)商主導(dǎo)的廣域低功耗NB-IoT技術(shù)，具備廣覆蓋，容量大，可靠性高的優(yōu)勢(shì)，特別適合城市范圍內(nèi)的水務(wù)終端連接。能帶來(lái)以下明顯的經(jīng)濟(jì)價(jià)值：無(wú)需水務(wù)公司自己維護(hù)網(wǎng)絡(luò)，節(jié)約網(wǎng)絡(luò)維護(hù)費(fèi)用；實(shí)行自動(dòng)抄表，節(jié)約人工費(fèi)用；優(yōu)化表務(wù)管理，提出科學(xué)的水表更換建議、及時(shí)排查水表故障；優(yōu)化供水管網(wǎng)探漏，減少偷水現(xiàn)象，直接提升營(yíng)收利潤(rùn)。真正實(shí)現(xiàn)智能抄表管理，給智能水表行業(yè)帶來(lái)實(shí)質(zhì)性的行業(yè)推進(jìn)。