一种基于NB-IOT的外置天线无线智能远传水表制造技术

本实用新型专利技术涉及一种基于NB‑IOT的外置天线无线智能远传水表，包括设置于水表本体上腔体内的控制电路，控制电路包括用以将采集到的信号转换为水流流量信息的MCU主控模块以及与其相连的用以采集电压或脉冲信号的传感器模块、显示模块、NB‑IOT无线传输模块、报警模块、电源模块；所述传感器模块包括一个步进电机传感器与四个霍尔传感器；NB‑IOT无线传输模块的输出端与一NB‑IOT天线相连，通过NB‑IOT蜂窝基站与云端服务器相连；水表本体还包括设置于上腔体旁侧并与其连通的外腔体，通讯电池与NB‑IOT天线均设置于外腔体中。本实用新型专利技术通过设置NB‑IOT无线传输模块，使水表工作在授权频段，实现无线抄表。

【技术实现步骤摘要】
一种基于NB-IOT的外置天线无线智能远传水表
本技术涉及水表
，特别是一种基于NB-IOT的外置天线无线智能远传水表。
技术介绍
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。
技术实现思路
有鉴于此，本技术的目的是提供型一种基于NB-IOT的外置天线无线智能远传水表，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；同时将NB-IOT无线单独设置于外腔体中，能够增强信号强度，提高抄表成功率。本技术采用以下方案实现：一种基于NB-IOT的外置天线无线智能远传水表，包括水表本体，所述水表本体内设有上腔体和下腔体，所述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，所述下腔体内设置有叶轮底座，所述上腔体内设有与叶轮底座相连接的叶轮顶座，所述叶轮底座和叶轮顶座内转动连接有叶轮轴，所述叶轮轴下端固设有叶轮，所述叶轮轴上端同轴固设有磁钢，所述水表本体还包括设置于所述上腔体内的控制电路，所述控制电路包括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；所述MCU主控模块的输入端与所述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,所述MCU主控模块的输出端与所述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，所述MCU主控模块的输出端还与所述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，所述MCU主控模块的与所述报警模块相连，用以接收报警触发信号并发出报警信息；所述传感器模块包括一个以上步进电机传感器与四个霍尔传感器；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；所述步进电机传感器中线圈与所述MCU主控模块的输入端相连；各个霍尔传感器均设置于所述磁钢径向的旁侧，用以采集磁钢转动产生的脉冲信号，同时兼能判断叶轮正反转，进行水流流量正反流计量；所述NB-IOT无线传输模块的输出端还连接有NB-IOT天线，所述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；所述水表本体内还设有电源模块，所述电源模块包括与控制电路连接的用以为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NB-IOT天线单独供电的通讯电池；所述水表本体还包括设置于上腔体旁侧并与其连通的的外腔体，所述通讯电池与所述NB-IOT天线均设置于所述外腔体中；所述外腔体上设置有用以更换所述通讯电池的开口。特别地，该水表通过将所述NB-IOT天线单独设置于外腔体中，能够增强信号强度，解决网络环境不好山区、效区、地下室及马路深井等信号较差区域的通讯问题，有效提高抄表成功率。进一步地，所述步进电机传感器的数量为一个，所述霍尔传感器的数量为四个。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，磁钢通过转动引起磁场N/S极变化，安装在磁钢径向旁侧的两种传感器(1个步进电机传感器、4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，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。所述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，所述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。进一步地，所述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；所述拆表报警输入模块包括设置于所述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，所述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。进一步地，所述显示模块包括9位8段码液晶显示屏，同时也能够进行14位码显示。进一步地，所述MCU主控模块包括MSP430/ST32L单片机。进一步地，所述NB-IOT无线传输模块包括低功耗NB-IOT模块。进一步地，所述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。进一步地，所述进水口中设置有用以防止水流出现旋涡的止回阀整流器。进一步地，所述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。进一步地，所述线圈上设有引出接头一、引出接头二以及引出接头三，所述引出接头一和引出接头三分别与一电容的两端相连，所述电容与所述计量电池组相连接并对所述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；所述引出接头二经信号放大模块、滤波模块与所述MCU主控模块的输入端相连，所述MCU主控模块对线圈上的电压信号进行采集。进一步地，所述水表本体的表壳采用304食品级不锈钢材料制成，所述上腔体与所述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。特别地，所述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，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于NB‑IOT的外置天线无线智能远传水表，包括水表本体(1)，所述水表本体(1)内设有上腔体(2)和下腔体(3)，所述水表本体(1)上还设有使下腔体(3)与外部连通的进水口(4)和使上腔体(2)与外部连通的出水口(5)，所述下腔体(3)内设置有叶轮底座(6)，所述上腔体(2)内设有与叶轮底座(6)相连接的叶轮顶座(7)，所述叶轮底座(6)和叶轮顶座(7)内转动连接有叶轮轴(8)，所述叶轮轴(8)下端固设有叶轮(9)，所述叶轮轴(8)上端同轴固设有磁钢(10)，其特征在于：所述水表本体(1)还包括设置于所述上腔体(2)内的控制电路，所述控制电路包括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；所述MCU主控模块的输入端与所述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,所述MCU主控模块的输出端与所述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，所述MCU主控模块的输出端还与所述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，所述MCU主控模块的与所述报警模块相连，用以接收报警触发信号并发出报警信息；所述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(7)上端面且位于磁钢(10)径向旁侧的高导磁定子片(11)、连接于高导磁定子片(11)两端之间的线架铁芯(12)、及缠绕于线架铁芯(12)上的用以感应产生电压信号的线圈(13)；所述步进电机传感器中线圈(13)与所述MCU主控模块的输入端相连；各个霍尔传感器均设置于所述磁钢(10)径向的旁侧，用以采集磁钢转动产生的脉冲信号，同时兼能判断叶轮正反转，进行水流流量正反流计量；所述NB‑IOT无线传输模块的输出端还连接有NB‑IOT天线(14)，所述NB‑IOT无线传输模块依次经NB‑IOT天线(14)、NB‑IOT蜂窝基站与云端服务器相连；所述水表本体(1)内还设有电源模块，所述电源模块包括与控制电路连接的用以为控制电路供电的计量电池组(15)以及与NB‑IOT天线连接的用以为NB‑IOT无线传输模块以及NB‑IOT天线单独供电的通讯电池(16)；所述水表本体(1)还包括设置于上腔体(2)旁侧并与其连通的外腔体(17)，所述通讯电池(16)与所述NB‑IOT天线(14)均设置于所述外腔体(17)中；所述外腔体(17)上设置有用以更换所述通讯电池(16)的开口。...

【技术特征摘要】
1.一种基于NB-IOT的外置天线无线智能远传水表，包括水表本体(1)，所述水表本体(1)内设有上腔体(2)和下腔体(3)，所述水表本体(1)上还设有使下腔体(3)与外部连通的进水口(4)和使上腔体(2)与外部连通的出水口(5)，所述下腔体(3)内设置有叶轮底座(6)，所述上腔体(2)内设有与叶轮底座(6)相连接的叶轮顶座(7)，所述叶轮底座(6)和叶轮顶座(7)内转动连接有叶轮轴(8)，所述叶轮轴(8)下端固设有叶轮(9)，所述叶轮轴(8)上端同轴固设有磁钢(10)，其特征在于：所述水表本体(1)还包括设置于所述上腔体(2)内的控制电路，所述控制电路包括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；所述MCU主控模块的输入端与所述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,所述MCU主控模块的输出端与所述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，所述MCU主控模块的输出端还与所述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，所述MCU主控模块的与所述报警模块相连，用以接收报警触发信号并发出报警信息；所述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(7)上端面且位于磁钢(10)径向旁侧的高导磁定子片(11)、连接于高导磁定子片(11)两端之间的线架铁芯(12)、及缠绕于线架铁芯(12)上的用以感应产生电压信号的线圈(13)；所述步进电机传感器中线圈(13)与所述MCU主控模块的输入端相连；各个霍尔传感器均设置于所述磁钢(10)径向的旁侧，用以采集磁钢转动产生的脉冲信号，同时兼能判断叶轮正反转，进行水流流量正反流计量；所述NB-IOT无线传输模块的输出端还连接有NB-IOT天线(14)，所述NB-IOT无线传输模块依次经NB-IOT天线(14)、NB-IOT蜂窝基站与云端服务器相连；所述水表本体(1)内还设有电源模块，所述电源模块包括与控制电路连接的用以为控制电路供电的计量电池组(15)以及与NB-IOT天线连接的用以为NB-IOT无线传输模块以及NB-IOT天线单独供电的通讯电池(16)；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：范耀荣，
申请(专利权)人：福州金泽科技有限公司，
类型：新型
国别省市：福建,35