创意无极限，仪表大发明。今天为大家介绍一项国家发明授权专利——一种基于NB-IOT的无线智能远传水表。该专利由福州金泽科技有限公司申请，并于2018年1月12日获得授权公告。
内容说明
本发明涉及水表技术领域，特别是一种基于NB-IOT的无线智能远传水表。
发明背景
现市面上绝大多数为机械式水表，需要人工进行抄表，费时费力；也有部份在非授权频段下小无线水表，容易受到外界信号干扰，抄表效率低、出错率高，并且这些水表功能单一，无法与时俱进，不能适应智能化社会进步需求。因此，在现有水表结构的基本上，如专利号为201610214331 .4中公开的水表结构，通过采用传感器对水流流量信息进行采集，并增加无线抄表功能。
另外，目前使用最多的通过翻砂铸造的水表铁表壳，尽管通过喷塑处理可以减缓生锈的时间，但生锈是不可避免的，且饮用水中的氧化钙容易给人的肝脏造成损害。铜表壳是国际上水表使用最广泛的，但铜表壳所含的铅也会对水质产生二次污染。塑料表壳虽然对人体没有危害，但经不起日晒雨淋、高温酷署、天寒地冻的恶劣环境，质量不是很稳定。铝合金表壳是近年开发试用的，但镀层难做到永久保护，铝合金中含有对人体的危害元素也会对饮用者身体产生不利影响。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供型一种基于NB-IOT的无线智能远传水表，通过设置NB-IOT无线传输模块，使水表工作在授权频段，实现无线抄表。
图为本发明的电路原理示意图
本发明所采取的技术方案为：一种基于NB-IOT的无线智能远传水表，包括水表本体，水表本体内设有上腔体和下腔体，水表本体上还设有使下腔体与外部连通的进水口和使上腔体与外部连通的出水口，下腔体内设置有叶轮底座，上腔体内设有与叶轮底座相连接的叶轮顶座，叶轮底座和叶轮顶座内转动连接有叶轮轴，叶轮轴下端固设有叶轮，叶轮轴上端同轴固设有磁钢，水表本体还包括设置于上腔体内的控制电路，控制电路包括MCU主控模块、用以采集电压信号或脉冲信号的传感器模块、用以显示水流流量信息的显示模块、用以无线传输水流流量信息的NB-IOT无线传输模块、以及用以异常报警的报警模块；MCU主控模块的输入端与传感器模块的输出端相连，用以将传感器模块采集到的信号转换为水流流量信息，MCU主控模块的输出端与显示模块的输入端连接，用以将转换的水流流量信息显示在显示模块上，MCU主控模块的输出端还与NB-IOT无线传输模块的输入端相连，用以将水流流量信息通过无线网络发送至云端服务器，MCU主控模块还与报警模块相连，用以接收报警触发信号并发出报警信息；传感器模块包括一个以上步进电机传感器与一个以上霍尔传感器；每个步进电机传感器包括固设于叶轮顶座上端面且位于磁钢径向旁侧的高导磁定子片、连接于高导磁定子片两端之间的线架铁芯、及缠绕于线架铁芯上的用以感应产生电压信号的线圈；步进电机传感器中线圈与MCU主控模块的输入端相连；各个霍尔传感器均设置于磁钢径向的旁侧，用以采集磁钢产生的脉冲信号，同时兼能判断叶轮正反转，进行水流流量正反流计量；NB-IOT无线传输模块的输出端还连接有NB-IOT天线相连，NB-IOT无线传输模块依次经NB-IOT天线、NB-IOT蜂窝基站与云端服务器相连。
无线智能远传水表还包括与水表本体上端连接的水表外壳，无线智能远传水表还包括电源模块，电源模块包括与控制电路连接的用以为MCU控制电路供电的计量电池组以及与NB-IOT天线连接的用以为NB-IOT无线传输模块以及NBIOT天线单独供电的通讯电池；计量电池组设于水表外壳内。由于电源模块设置于水表本体外部电池盒内，便于进行更换。
无线智能远传水表还包括用以对出水口进行限流的电动球阀，电动球阀包括旋转设置于出水口中的能启闭出水口的阀芯、连接于阀芯旁侧的用来带动阀芯旋转的阀杆、以及与阀杆相连的齿轮减速电机；齿轮减速电机的输入端与MCU主控模块相连，齿轮减速电机的输出端与阀杆的输入端相连，齿轮减速电机通过阀杆带动阀芯进行旋转，阀芯的旋转中心线与出水口中心线垂直相交。MCU主控模块能够通过NB-IOT无线传输模块接收来自云端服务器的信号，控制齿轮减速电机工作，进而控制电动球阀转动以关闭或开启出水口。步进电机传感器的数量为一个，霍尔传感器的数量为一个或多个。
在实际使用过程中，管道中流动的水经过该无线智能远传水表的进水口经过整流器进入下腔体，水流推动叶轮转动，带动镶在叶轮上端同心套设的磁钢一起转动，磁钢通过转动引起径向N/S极磁场变化，安装在磁钢径向旁侧的两种不同的传感器(1个步进电机传感器、1个或多个霍尔传感器)同步取得叶轮转动状态；其中，步进电机传感器中，磁钢上产生的磁力经高导磁定子片，磁传递至线架铁芯，由于磁钢转动引起磁场变化产生切割磁力线，在线圈上感应产生电压信号，经导线输入MCU主控模块；同时，霍尔传感器采集磁钢上产生电脉冲信号，并经导线同步输入至MCU主控模块。为了提高精度，两种传感器分别针对叶轮的不同转动速度进行采集信号，两种传感器能够自动切换工作，当叶轮高速转动时，即转速≥5r/s时，步进电机传感器进行信号采集，当叶轮低速转动时，即转速<5r/s时，霍尔传感器进行信号采集。MCU主控模块对同步脉冲信号进行方向判断和计算，得到水流流量信息，并输出至液晶显示屏进行显示以及通过NB-IOT无线传输模块发送至云端服务器，NB-IOT无线传输模块能够工作在授权频段，实线无线抄表，为后续自来水运营公司提供收费依据。运营公司平台通过提取云端服务器中接收到的水表抄表数据，能够连接至收费系统进行资费结算，同时能够进行大数据分析运营，根据数据分析和各种报警通知运营公司的部门发出相应处理通知。
报警模块包括拆表报警输入模块和用以发出报警信息的报警输出模块；拆表报警输入模块包括设置于水表本体内表面用以检测表壳是否受到按压开启的压触开关；若压触开关得到报警触发信号并发送至MCU主控模块，MCU主控模块会通过NB-IOT无线传输模块将报警触发信号发送至云端服务器，运营公司能够根据该信号采取相应的措施。显示模块包括9位8段码液晶显示屏，同时也能够进行14位码显示。MCU主控模块包括MSP430/STM32L单片机。NB-IOT无线传输模块包括NB-IOT通信模块。MCU主控模块还连接有一SIM号码卡，每个水表可通过SIM号码卡得到唯一的编码。进水口中设置有用以防止水流出现旋涡的整流器。叶轮底座的下方还设置有用以对流入叶轮底座的水进行过滤的过滤网，该过滤网能够滤除水中的杂质。线圈上设有引出接头一、引出接头二以及引出接头三，引出接头一和引出接头三分别与一电容的两端相连，电容与计量电池组相连接并对计量电池组进行充电，提高计量电池组的供电时间，延长水表的使用寿命；引出接头二经信号放大模块、滤波模块与MCU主控模块的输入端相连，MCU主控模块对线圈上的电压信号进行采集。
水表本体的表壳采用304食品级不锈钢材料制成，上腔体与下腔体中的表芯结构采用食品级材料制成。其中，304食品级不锈钢材料由于具备健康、环保、使用寿命长等其他材料不可替代的独特优势，将成为水表表壳最科学的替代材料。无线智能远传水表能够采用以下两种方案制成：方案一：先在3维软件上造型，经流体力学软件仿真计算优化设后，并出各部件图，转换成钣金模式，展开为平面图，再用精密激光切割机裁切出所需不锈钢板，经模具卷压成形，再经激光焊接成各部件结构，后经切口修整后，用工装夹具定位，再经五轴激光焊接成型毛坯；接着经机加工车出各部位牙，经表面喷砂后进形酸洗电解钝化处理。方案二：把表壳分本左两片式，3D造型好后做成冲压整形模具，用1 .8-2 .5mm不锈钢板冲压成形左右两片，再用激光焊接成表壳毛坯；接着经机加工车出各部位螺纹，经表面喷砂后进形酸洗电解钝化处理。可见，通过激光精密切割与五轴激光机械手精密焊接能够得到结构紧凑，高度一致性，外观精美的无线智能远传水表。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：1、本发明中基于NB-IOT的无线智能远传水表，采用NB-IOT无线传输模块，信号传输过程中，该水表能够工作在授权频段，将数据传输至云端服务器，实线无线抄表，为后续资费结算与大数据统计提供依据。2、本发明为了提高精度，采用一个步进电机传感器与四个霍尔传感器两分别针对叶轮的不同转动速度进行采集信号，多路传感器能够自动切换工作，当叶轮高速转动时，即转速≥5r/s时，步进电机传感器进行信号采集，当叶轮低速转动时，即转速<5r/s时，霍尔传感器进行信号采集。3、本发明中在出水口设置有进行限流的电动球阀，MCU主控模块能够通过NB-IOT无线传输模块接收来自云端服务器的信号，控制电动球阀种的齿轮减速电机工作，进而控制电动球阀转动以关闭或开启出水口。4、本发明中水表本体的表壳采用304食用级不锈钢材料制成，不易氧化生锈，上腔体与下腔体中的表芯结构采用食品级材料制成，避免水表中的有害物质渗入水中，对人体健康造成影响。由于304食用级不锈钢材料由于具备健康、环保、使用寿命长等其他材料不可替代的独特优势，将成为水表表壳最科学的替代材料。5、本发明通过设置于水表本体内表面用以检测表壳是否受到按压开启的压触开关，若压触开关得到报警触发信号并发送至MCU主控模块，MCU主控模块会通过NB-IOT无线传输模块将报警触发信号发送至云端服务器，运营公司能够根据该信号采取相应的措施。6、本发明中的线圈能够为电容提供电能，电容通过与计量电池组相连接并对其进行充电，能够提高计量电池组的供电时间，延长水表的使用寿命。7、本发明中基于NB-IOT的无线无线智能远传水表，具有结构简凑美观可靠，强度高，重量轻，精度高，寿命长，成本较低等优点
文章链接：中国仪表网 http://www.ybzhan.cn/news/detail/69455.html
