一种基于压电陶瓷自供电的智能水表制造技术

本发明专利技术提出一种基于压电陶瓷自供电的智能水表，包括控制电路、贮电电池、压电陶瓷发电模块、水量计数器；所述压电陶瓷发电模块包括设于水表水路内的弹性条带；所述弹性条带的一端固定于发电模块安装座处，另一端悬空于水表水路中，弹性条带长边与水流方向成角度设置，弹性条带的表面设有压电陶瓷薄层，压电陶瓷薄层的电输出端与贮电电池相连；当弹性条带在水流冲力下形变时，压电陶瓷薄层产生的电能输出至贮电电池进行存贮；贮电电池对控制电路供电；水量计数器与水表叶轮相连，当水压推动叶轮旋转时，水量计数器计量用水量；本发明专利技术能够有效解决智能水表的长期监测控制供电问题，且具有结构简单、安装方便、绿色环保、经济实用等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于压电陶瓷自供电的智能水表
本专利技术涉及水表
，尤其是一种基于压电陶瓷自供电的智能水表。
技术介绍
在日常生活中，水表大量安装和使用。随着5G时代的来临，大量水表需要进行智能化改造，但是由于水表的安装环境，大多离市电较远，甚至属于市电不容易到达的区域；同时又由于市电的接入，造成额外的漏电隐患。单纯使用电池，可以解决短期的用电，但无法解决长期使用的问题。针对智能水表的需求和应用场景，本专利技术利用水体流动冲击弹性金属片，从而带动压电陶瓷膜周期形变产生电能，为控制电路提供电能，从而就近、安全简单地解决智能水表的供电问题。另外，智能水表还需要在停电掉电的情况下，继续保证水表的计数功能。本专利技术采用在常规水表的计数器上增加电阻膜、磁条、光栅等位置传感技术，可以保证水表的计量准确性和公正性。
技术实现思路
本专利技术提出一种基于压电陶瓷自供电的智能水表，能够有效解决智能水表的长期监测控制供电问题，且具有结构简单、安装方便、绿色环保、经济实用等优点。本专利技术采用以下技术方案。一种基于压电陶瓷自供电的智能水表，所述智能水表包括控制电路、贮电电池、压电陶瓷发电模块、水量计数器；所述压电陶瓷发电模块包括设于水表水路内的弹性条带；所述弹性条带的一端固定于发电模块安装座处，另一端悬空于水表水路中，所述弹性条带长边与水流方向成角度设置，弹性条带的表面设有压电陶瓷薄层，压电陶瓷薄层的电输出端与贮电电池相连；当所述弹性条带在水流冲力下形变时，压电陶瓷薄层产生的电能输出至贮电电池进行存贮；所述贮电电池对控制电路供电；所述水量计数器与控制电路的模数转换接口相连；水量计数器以计数机构与水表叶轮相连，当水表水路的水压推动叶轮旋转时，水量计数器的计数机构被叶轮驱动以计量用水量。所述水量计数器的计数机构以非易失性数据存贮结构存贮用水量计数值；所述非易失性数据存贮结构包括电阻阻值位置计数结构、磁条位置计数结构或光栅位置计数结构中的一种。当所述水量计数器的非易失性数据存贮结构为电阻阻值位置计数结构时，计数器以电阻接口与控制电路的模数转换接口相连；所述电阻接口包括计数圆片和带缺口的电阻环；所述电阻环与计数圆片外周相邻，控制电路的模数转换接口以第一触点与计数圆片相连；模数转换接口经导线以第二触点与电阻环相连；所述计数圆片与叶轮相连；当计数圆片在叶轮驱动下旋转时，第二触点在电阻环处滑移使电阻接口阻值发生变化，控制电路按水量计数器的电阻接口阻值来判定当前已用水量。所述弹性条带为金属弹性薄片或弹性塑料片；当弹性条带为金属弹性薄片时，弹性条带表面层为以防水处理成型的表面层。所述发电模块包括固定环和横贯于固定环内的固定横杆，所述固定环以螺旋结构固定于水表出水口处；所述固定横杆处设有弹性条带固定孔；当弹性条带固定于弹性条带固定孔时，弹性条带与水流方向成一角度范围在0~30°间的夹角。所述压电陶瓷薄层设于弹性条带的上表面和/或下表面，当水表内水体流动时冲击弹性条带使之周期性弯曲变形，使至少一个压电陶瓷薄层受压形变而产生电能；所述压电陶瓷薄层表面覆以防水材料。所述智能水表还包括设于水表进水口处的电磁阀，所述电磁阀与控制电路相连以根据控制指令打开或切断水路。所述控制电路内置微处理器；控制电路包括读卡电路和通信电路。当所述智能水表以读取水费卡来控制用户用水，且电磁阀为常开型电磁阀时，其工作流程依次包括以下步骤；A1、用户打开水龙头，使水表水路内形成水流，发电模块以水流进行发电并对贮电电池充电；A2、当贮电电池电力可以驱动控制电路时，控制电路以控制电路内的存贮芯片内贮的可用水量数据与水量计数器所记的当前用水量进行比对，判定用户是否可以继续用水；A3、当控制电路判定当前用水量大于可用水量数据时，控制电路控制电磁阀切断水表水路；A4、当用户以充值后的水费卡放在控制电路处刷卡后，控制电路根据水费卡数据，更新存贮芯片内贮的可用水量数据，并控制电磁阀导通水表水路，使用户可以正常用水；A5、当用户用水时，水量计数器对用水量进行计数以供控制电路读取，当控制电路读取的当前用水量再次超出控制电路存贮芯片内贮的可用水量数据时，控制电路控制电磁阀切断水表水路。本专利技术利用水表内水体的流动，冲击弹性金属条带，从而带动压电陶瓷薄层周期形变产生电能，电能在贮电电池进行储能，为控制电路提供电能，从而就近、安全简单地解决智能水表的供电问题。本专利技术中，所述水量计数器与控制电路的模数转换接口相连；水量计数器以计数机构与水表叶轮相连，当水表水路的水压推动叶轮旋转时，水量计数器的计数机构被叶轮驱动以计量用水量，在实际应用中，计数器可以有对应多位水表计数的多个计数圆片以扩充量程，圆片上加装电阻膜（电阻环或电阻层）、磁条、光栅等位置传感器，控制电路在需要的时候通过位置传感器读取计数值。显然，本专利技术对现有水表的智能化改造，可以不影响现有水表的计数计量功能，并且在掉电、断电情况下，继续保证水表计量的准确性和公正性。本专利技术的控制电路内置通信电路，可以有定时或不定时对外发送当前水表计数计量结果，以及工作状态等信息；也可以由其它条件触发对外数据状态传输功能。从而实现智能水表的智能组网、智能计费、智能管理等功能。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进一步详细的说明：附图1是本专利技术的水表内部示意图；附图2是本专利技术的压电陶瓷发电模块的安装座示意图；附图3是本专利技术的压电陶瓷发电模块安装座在安装了弹性条带后的示意图；附图4是本专利技术压电陶瓷发电模块的示意图；附图5是水表水路的水流冲击弹性条带使之产生周期性形变的示意图；附图6是当水量计数器的非易失性数据存贮结构为电阻阻值位置计数结构时的计数器示意图；图中：1-弹性条带；2-发电模块的固定环；3-贮电电池；4-压电陶瓷薄层；5-水量计数器；6-控制电路；7-电磁阀；8-水表；9-叶轮；10-发电模块的固定横杆；11-发电模块的弹性条带固定孔；12-压电陶瓷薄层的电输出端（导线）；13-模数转换接口的第一触点；14-模数转换接口的第二触点；15-带缺口的电阻环；16-模数转换接口的导线；17-计数圆片。具体实施方式如图1-6所示，一种基于压电陶瓷自供电的智能水表，所述智能水表8包括控制电路6、贮电电池3、压电陶瓷发电模块、水量计数器5；所述压电陶瓷发电模块包括设于水表水路内的弹性条带1；所述弹性条带1的一端固定于发电模块安装座处，另一端悬空于水表水路中，所述弹性条带1长边与水流方向成角度设置，弹性条带1的表面设有压电陶瓷薄层4，压电陶瓷薄层4的电输出端与贮电电池相连；当所述弹性条带1在水流冲力下形变时，压电陶瓷薄层4产生的电能输出至贮电电池进行存贮；所述贮电电池3对控制电路供电；所述水量计数器5与控制电路的模数转换接口相连；水量计数器以计数机构与水表叶轮9相连，当水表水路的水压推动叶轮9旋转时，水量计数器的计数机构被叶轮驱动以计量用水量。所述水量计数器5的计数机构以非易失性数据存贮结构存贮用水量计数值；所述非易失性数据存贮结构包括电阻阻值位置计数结构、磁条位置计数结构或光栅位置计数结构中的一种。当所述水量计数器5的非易失性数据存贮结构为电阻阻值位置计数结构时，计数器5以电阻接口与控制电路6的模数转换接口相连；所述电阻接口包括计数圆片17和带缺口的电阻环15；所述电阻环15与计数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于压电陶瓷自供电的智能水表，其特征在于：所述智能水表包括控制电路（6）、贮电电池（3）、压电陶瓷发电模块、水量计数器（5）；所述压电陶瓷发电模块包括设于水表水路内的弹性条带（1）；所述弹性条带（1）的一端固定于发电模块安装座处，另一端悬空于水表水路中，所述弹性条带（1）长边与水流方向成角度设置，弹性条带的表面设有压电陶瓷薄层（4），压电陶瓷薄层的电输出端与贮电电池（3）相连；当所述弹性条带（1）在水流冲力下形变时，压电陶瓷薄层（4）产生的电能输出至贮电电池进行存贮；所述贮电电池对控制电路供电；所述水量计数器与控制电路的模数转换接口相连；水量计数器以计数机构与水表叶轮相连，当水表水路的水压推动叶轮旋转时，水量计数器的计数机构被叶轮驱动以计量用水量。

【技术特征摘要】
1.一种基于压电陶瓷自供电的智能水表，其特征在于：所述智能水表包括控制电路（6）、贮电电池（3）、压电陶瓷发电模块、水量计数器（5）；所述压电陶瓷发电模块包括设于水表水路内的弹性条带（1）；所述弹性条带（1）的一端固定于发电模块安装座处，另一端悬空于水表水路中，所述弹性条带（1）长边与水流方向成角度设置，弹性条带的表面设有压电陶瓷薄层（4），压电陶瓷薄层的电输出端与贮电电池（3）相连；当所述弹性条带（1）在水流冲力下形变时，压电陶瓷薄层（4）产生的电能输出至贮电电池进行存贮；所述贮电电池对控制电路供电；所述水量计数器与控制电路的模数转换接口相连；水量计数器以计数机构与水表叶轮相连，当水表水路的水压推动叶轮旋转时，水量计数器的计数机构被叶轮驱动以计量用水量。2.根据权利要求1所述的一种基于压电陶瓷自供电的智能水表，其特征在于：所述水量计数器的计数机构以非易失性数据存贮结构存贮用水量计数值；所述非易失性数据存贮结构包括电阻阻值位置计数结构、磁条位置计数结构或光栅位置计数结构中的一种。3.根据权利要求2所述的一种基于压电陶瓷自供电的智能水表，其特征在于：当所述水量计数器的非易失性数据存贮结构为电阻阻值位置计数结构时，计数器以电阻接口与控制电路的模数转换接口相连；所述电阻接口包括计数圆片和带缺口的电阻环；所述电阻环与计数圆片外周相邻，控制电路的模数转换接口以第一触点与计数圆片相连；模数转换接口经导线以第二触点与电阻环相连；所述计数圆片与叶轮相连；当计数圆片在叶轮驱动下旋转时，第二触点在电阻环处滑移使电阻接口阻值发生变化，控制电路按水量计数器的电阻接口阻值来判定当前已用水量。4.根据权利要求1所述的一种基于压电陶瓷自供电的智能水表，其特征在于：所述弹性条带为金属弹性薄片或弹性塑料片；当弹性条带为金属弹性薄片时，弹性条带表面层为以防水处理成型的表面层。5.根据权利要求1所述的一种基...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈辉龙，
申请(专利权)人：福建天蕊光电有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35