一種基於NB-IOT的無線智能遠傳水表
創意無極限，儀錶大發明。今天為大家介紹一項國家發明授權專利——一種基於NB-IOT的無線智能遠傳水表。該專利由福州金澤科技有限公司申請，並於2018年1月12日獲得授權公告。
內容說明
本發明涉及水表技術領域，特別是一種基於NB-IOT的無線智能遠傳水表。
發明背景
現市面上絕大多數為機械式水表，需要人工進行抄表，費時費力；也有部份在非授權頻段下小無線水表，容易受到外界信號干擾，抄表效率低、出錯率高，並且這些水表功能單一，無法與時俱進，不能適應智能化社會進步需求。因此，在現有水表結構的基本上，如專利號為201610214331 .4中公開的水表結構，通過採用感測器對水流流量信息進行採集，並增加無線抄表功能。
另外，目前使用最多的通過翻砂鑄造的水表鐵錶殼，儘管通過噴塑處理可以減緩生鏽的時間，但生鏽是不可避免的，且飲用水中的氧化鈣容易給人的肝臟造成損害。銅錶殼是國際上水表使用最廣泛的，但銅錶殼所含的鉛也會對水質產生二次污染。塑料錶殼雖然對人體沒有危害，但經不起日晒雨淋、高溫酷署、天寒地凍的惡劣環境，質量不是很穩定。鋁合金錶殼是近年開發試用的，但鍍層難做到永久保護，鋁合金中含有對人體的危害元素也會對飲用者身體產生不利影響。
發明內容
針對上述問題，本發明的目的是提供型一種基於NB-IOT的無線智能遠傳水表，通過設置NB-IOT無線傳輸模塊，使水表工作在授權頻段，實現無線抄表。
圖為本發明的電路原理示意圖
本發明所採取的技術方案為：一種基於NB-IOT的無線智能遠傳水表，包括水表本體，水表本體內設有上腔體和下腔體，水表本體上還設有使下腔體與外部連通的進水口和使上腔體與外部連通的出水口，下腔體內設置有葉輪底座，上腔體內設有與葉輪底座相連接的葉輪頂座，葉輪底座和葉輪頂座內轉動連接有葉輪軸，葉輪軸下端固設有葉輪，葉輪軸上端同軸固設有磁鋼，水表本體還包括設置於上腔體內的控制電路，控制電路包括MCU主控模塊、用以採集電壓信號或脈衝信號的感測器模塊、用以顯示水流流量信息的顯示模塊、用以無線傳輸水流流量信息的NB-IOT無線傳輸模塊、以及用以異常報警的報警模塊；MCU主控模塊的輸入端與感測器模塊的輸出端相連，用以將感測器模塊採集到的信號轉換為水流流量信息，MCU主控模塊的輸出端與顯示模塊的輸入端連接，用以將轉換的水流流量信息顯示在顯示模塊上，MCU主控模塊的輸出端還與NB-IOT無線傳輸模塊的輸入端相連，用以將水流流量信息通過無線網路發送至雲端伺服器，MCU主控模塊還與報警模塊相連，用以接收報警觸發信號並發出報警信息；感測器模塊包括一個以上步進電機感測器與一個以上霍爾感測器；每個步進電機感測器包括固設於葉輪頂座上端面且位於磁鋼徑向旁側的高導磁定子片、連接於高導磁定子片兩端之間的線架鐵芯、及纏繞於線架鐵芯上的用以感應產生電壓信號的線圈；步進電機感測器中線圈與MCU主控模塊的輸入端相連；各個霍爾感測器均設置於磁鋼徑向的旁側，用以採集磁鋼產生的脈衝信號，同時兼能判斷葉輪正反轉，進行水流流量正反流計量；NB-IOT無線傳輸模塊的輸出端還連接有NB-IOT天線相連，NB-IOT無線傳輸模塊依次經NB-IOT天線、NB-IOT蜂窩基站與雲端伺服器相連。
無線智能遠傳水表還包括與水表本體上端連接的水表外殼，無線智能遠傳水表還包括電源模塊，電源模塊包括與控制電路連接的用以為MCU控制電路供電的計量電池組以及與NB-IOT天線連接的用以為NB-IOT無線傳輸模塊以及NBIOT天線單獨供電的通訊電池；計量電池組設於水表外殼內。由於電源模塊設置於水表本體外部電池盒內，便於進行更換。
無線智能遠傳水表還包括用以對出水口進行限流的電動球閥，電動球閥包括旋轉設置於出水口中的能啟閉出水口的閥芯、連接於閥芯旁側的用來帶動閥芯旋轉的閥桿、以及與閥桿相連的齒輪減速電機；齒輪減速電機的輸入端與MCU主控模塊相連，齒輪減速電機的輸出端與閥桿的輸入端相連，齒輪減速電機通過閥桿帶動閥芯進行旋轉，閥芯的旋轉中心線與出水口中心線垂直相交。MCU主控模塊能夠通過NB-IOT無線傳輸模塊接收來自雲端伺服器的信號，控制齒輪減速電機工作，進而控制電動球閥轉動以關閉或開啟出水口。步進電機感測器的數量為一個，霍爾感測器的數量為一個或多個。
在實際使用過程中，管道中流動的水經過該無線智能遠傳水表的進水口經過整流器進入下腔體，水流推動葉輪轉動，帶動鑲在葉輪上端同心套設的磁鋼一起轉動，磁鋼通過轉動引起徑向N/S極磁場變化，安裝在磁鋼徑向旁側的兩種不同的感測器(1個步進電機感測器、1個或多個霍爾感測器)同步取得葉輪轉動狀態；其中，步進電機感測器中，磁鋼上產生的磁力經高導磁定子片，磁傳遞至線架鐵芯，由於磁鋼轉動引起磁場變化產生切割磁力線，在線圈上感應產生電壓信號，經導線輸入MCU主控模塊；同時，霍爾感測器採集磁鋼上產生電脈衝信號，並經導線同步輸入至MCU主控模塊。為了提高精度，兩種感測器分別針對葉輪的不同轉動速度進行採集信號，兩種感測器能夠自動切換工作，當葉輪高速轉動時，即轉速≥5r/s時，步進電機感測器進行信號採集，當葉輪低速轉動時，即轉速
報警模塊包括拆表報警輸入模塊和用以發出報警信息的報警輸出模塊；拆表報警輸入模塊包括設置於水表本體內表面用以檢測錶殼是否受到按壓開啟的壓觸開關；若壓觸開關得到報警觸發信號並發送至MCU主控模塊，MCU主控模塊會通過NB-IOT無線傳輸模塊將報警觸發信號發送至雲端伺服器，運營公司能夠根據該信號採取相應的措施。顯示模塊包括9位8段碼液晶顯示屏，同時也能夠進行14位碼顯示。MCU主控模塊包括MSP430/STM32L單片機。NB-IOT無線傳輸模塊包括NB-IOT通信模塊。MCU主控模塊還連接有一SIM號碼卡，每個水表可通過SIM號碼卡得到唯一的編碼。進水口中設置有用以防止水流出現旋渦的整流器。葉輪底座的下方還設置有用以對流入葉輪底座的水進行過濾的過濾網，該過濾網能夠濾除水中的雜質。線圈上設有引出接頭一、引出接頭二以及引出接頭三，引出接頭一和引出接頭三分別與一電容的兩端相連，電容與計量電池組相連接並對計量電池組進行充電，提高計量電池組的供電時間，延長水表的使用壽命；引出接頭二經信號放大模塊、濾波模塊與MCU主控模塊的輸入端相連，MCU主控模塊對線圈上的電壓信號進行採集。
水表本體的錶殼採用304食品級不鏽鋼材料製成，上腔體與下腔體中的表芯結構採用食品級材料製成。其中，304食品級不鏽鋼材料由於具備健康、環保、使用壽命長等其他材料不可替代的獨特優勢，將成為水表錶殼最科學的替代材料。無線智能遠傳水表能夠採用以下兩種方案製成：方案一：先在3維軟體上造型，經流體力學軟體模擬計算優化設後，並出各部件圖，轉換成鈑金模式，展開為平面圖，再用精密激光切割機裁切出所需不鏽鋼板，經模具卷壓成形，再經激光焊接成各部件結構，後經切口修整後，用工裝夾具定位，再經五軸激光焊接成型毛坯；接著經機加工車出各部位牙，經表面噴砂後進形酸洗電解鈍化處理。方案二：把錶殼分本左兩片式，3D造型好後做成衝壓整形模具，用1 .8-2 .5mm不鏽鋼板衝壓成形左右兩片，再用激光焊接成錶殼毛坯；接著經機加工車出各部位螺紋，經表面噴砂後進形酸洗電解鈍化處理。可見，通過激光精密切割與五軸激光機械手精密焊接能夠得到結構緊湊，高度一致性，外觀精美的無線智能遠傳水表。
與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：1、本發明中基於NB-IOT的無線智能遠傳水表，採用NB-IOT無線傳輸模塊，信號傳輸過程中，該水表能夠工作在授權頻段，將數據傳輸至雲端伺服器，實線無線抄表，為後續資費結算與大數據統計提供依據。2、本發明為了提高精度，採用一個步進電機感測器與四個霍爾感測器兩分別針對葉輪的不同轉動速度進行採集信號，多路感測器能夠自動切換工作，當葉輪高速轉動時，即轉速≥5r/s時，步進電機感測器進行信號採集，當葉輪低速轉動時，即轉速
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