一种超声波水表及其组网、测量方法技术

本发明专利技术公开了一种超声波水表及其组网、测量方法，属于计量设备技术领域。本发明专利技术包括中央处理器、超声波传感器、时间测量芯片、无线通讯模块以及供电模块。超声波传感器包括主超声波传感器以及基准超声波传感器，主超声波传感器至少设有一组并分别安装在测量管道的对角线上，基准超声波传感器镜像设计在测量管道上，中央处理器与超声波传感器、时间测量芯片、无线通讯模块以及供电模块电性连接，无线通讯模块包括具备收发功能的蓝牙、WiFi、ZigBee中的一种或多种。本发明专利技术通过基准超声波传感器先行在短暂时间内测量出超声波在该管道液体状态下的传播速度C，以该速度为基准去计算管道内液体的流速、流量，确保了变量的准确性，进而保证流量的准确性。保证流量的准确性。保证流量的准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种超声波水表及其组网、测量方法


[0001]本专利技术属于计量设备
，尤其涉及一种超声波水表及其组网、测量方法。

技术介绍

[0002]目前，现有的普通机械水表压损大、易堵塞、磨损严重、使用寿命短、计量精度低，并且不能无线通信，最近出现的超声波水表有效解决了计量精度的问题，通过加入通讯模块也解决了无线通讯的问题。但是现有的超声波水表依然存在诸多问题，如图1所示，现有的超声波水表采用超声波时差原理，它采用两个超声波换能器组成一组来使用，A超声波传感器发出一道声源，B超声波传感器接收到后再回复一个声源，由于二者的声波在顺流和逆流之间传送，向下游传送的声波被流体加速，而向上游传送的声波被延迟，它们之间的时间差与流速成正比。A超声波传感器到B超声波传感器的时间为Tab,B超声波传感器到A超声波传感器的时间为Tba,Tab＝L/(C+V),Tba＝L/(C
‑
V)，其中L为A超声波传感器到B超声波传感器的直线距离，C为声波在该介质中的声速，V为水流速度。若求管道内的瞬时流量Q，则Q＝横截面积*V。由上述可知，V＝L/Tab
‑
C或V＝L/Tba+C，然而C由于诸多原因难以确定，影响C的因素包括温度、水质、水流速度、整个管道的含水量。并且现有超声波水表为了无线通讯，通常需要消耗更多的电量以发射更强的信号，但依然存在信号不稳定、耗电过高的问题。
[0003]为此，提出一种超声波水表及其组网、测量方法，解决上述问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种超声波水表及其组网、测量方法，旨在解决所述
技术介绍
中现有超声波水表测量精度不高、耗电大、网络差的问题。为实现所述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种超声波水表，包括中央处理器、超声波传感器、时间测量芯片、无线通讯模块以及供电模块，超声波传感器包括主超声波传感器以及基准超声波传感器，主超声波传感器至少设有一组并分别安装在测量管道的对角线上，基准超声波传感器镜像设计在测量管道上，中央处理器与超声波传感器、时间测量芯片、无线通讯模块以及供电模块电性连接，无线通讯模块包括具备收发功能的蓝牙、WiFi、ZigBee中的一种或多种。该技术方案先行在短暂时间内测量出超声波在该管道液体状态下的传播速度C，以该速度为基准去计算管道内液体的流速、流量。由于传播速度C根据管道内液体的温度、水质、水流速度等各种情况自动变化，进而能够更加精准地测量流量。并且采用了具备收发功能的低功耗蓝牙、WiFi、ZigBee，可将附近的若干水表进行组网，水表之间相互通讯并中继，只需很小的功率就可将数据发送出去。
[0005]进一步的，还包括显示屏，中央处理器还与显示屏电性连接，以方便实地查看水表状态。
[0006]进一步的，无线通讯模块还包括GSM模块，若干个水表可以共用一个GSM模块将数据远程发送。
[0007]进一步地，中央处理器采用型号为EFM32ZG210的单片机，时间测量芯片为TDC
‑
GP30。
[0008]本专利技术还提供一种超声波水表组网方法，具体是超声波水表开启具备收发功能的蓝牙、WiFi、ZigBee中的一种或多种并与智能设备连接，通过智能设备控制该超声波水表与周围超声波水表配对，握手成功后收发并中继相应数据。
[0009]本专利技术还提供一种超声波水表的测量方法，包括以下步骤：
[0010]S1：基准超声波传感器中的B1超声波传感器向B2超声波传感器发出信号，中央处理器根据超声波水表内径D、B2超声波传感器接收到信号的时间
△
T通过公式C＝D/
△
T1得出超声波在该状态下的传播速度C；
[0011]S2：主超声波传感器的A1超声波传感器向A2超声波传感器发出信号，中央处理器根据A1超声波传感器到A2超声波传感器的距离L、A2超声波传感器接收到信号的时间
△
T
12
；以及超声波在该状态下的传播速度C，通过公式V＝L/
△
T
12
‑
C，得出瞬时流量Q＝πD4/4*V；
[0012]S3：根据瞬时流量Q从当前时刻开始一段时间内水表的总流量m。
[0013]可选的，步骤S2中，主超声波传感器的A2超声波传感器向A1超声波传感器发出信号，中央处理器根据A2超声波传感器到A1超声波传感器的距离L、A1超声波传感器接收到信号的时间
△
T
21
；以及超声波在该状态下的传播速度C，通过公式V＝L/
△
T
21
+C，得出瞬时流量Q＝πD4/4*V。
[0014]更优的是，步骤S2中，主超声波传感器的A2超声波传感器、A1超声波传感器同时发出信号，中央处理器根据A2超声波传感器到A1超声波传感器的距离L、A1超声波传感器接收到信号的时间
△
T
21
、A2超声波传感器接收到信号的时间
△
T
12
；以及超声波在该状态下的传播速度C，通过公式V1＝L/
△
T
21
+C、V2＝L/
△
T
21
‑
C对V进行校准。若V1、V2差距过大将通过无线通讯模块发出异常警报。
[0015]与现有技术相比，本专利技术设计了主超声波传感器以及基准超声波传感器，通过基准超声波传感器先行在短暂时间内测量出超声波在该管道液体状态下的传播速度C，以该速度为基准去计算管道内液体的流速、流量。由于传播速度C根据管道内液体的温度、水质、水流速度等各种情况自动变化，进而能够更加精准地测量流量；并且采用了具备收发功能的低功耗蓝牙、WiFi、ZigBee，可将附近的若干水表进行组网，水表之间相互通讯并中继，只需很小的功率就可将数据发送出去。
附图说明
[0016]图1为现有超声波水表提供的示意图；
[0017]图2为本专利技术实施例提供的原理示意图；
[0018]图3为本专利技术实施例提供的组网示意图。
[0019]其中，图中各附图标记：
[0020]1、测量管道；2、A1超声波传感器；3、B1超声波传感器；4、A2超声波传感器；5、B2超声波传感器。
具体实施方式
[0021]为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面地描述。附图中给出了本专利技术的较佳实施方式。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文
所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本专利技术的公开内容理解得更加透彻全面。
[0022]下面结合具体实施方式对本专利的技术方案做进一步详细地说明。
[0023]本专利技术旨在解决现有超声波水表测量精度不高、耗电大、网络差的问题。为实现所述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种超声波水表，如图2所示，包括中央处理器、超声波传感器、时间测量芯片、无线通讯模块以及供电模块。超声波传感器包括主本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超声波水表，其特征在于：包括中央处理器、超声波传感器、时间测量芯片、无线通讯模块以及供电模块，所述超声波传感器包括主超声波传感器以及基准超声波传感器，所述主超声波传感器至少设有一组并分别安装在测量管道的对角线上，所述基准超声波传感器镜像设计在测量管道(1)上，所述中央处理器与超声波传感器、时间测量芯片、无线通讯模块以及供电模块电性连接，所述无线通讯模块包括具备收发功能的蓝牙、WiFi、ZigBee中的一种或多种。2.根据权利要求1所述的一种超声波水表，其特征在于：所述中央处理器还与显示屏电性连接。3.根据权利要求1所述的一种超声波水表，其特征在于：所述无线通讯模块还包括GSM模块。4.根据权利要求3所述的一种超声波水表，其特征在于：所述中央处理器采用型号为EFM32ZG210的单片机，所述时间测量芯片为TDC
‑
GP30。5.根据权利要求1
‑
4任意一项所述的一种超声波水表组网方法，其特征在于：所述超声波水表开启具备收发功能的蓝牙、WiFi、ZigBee中的一种或多种并与智能设备连接，通过智能设备控制该超声波水表与周围超声波水表配对，握手成功后收发并中继相应数据。6.根据权利要求1
‑
4任意一项所述的一种超声波水表的测量方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：所述基准超声波传感器中的B1超声波传感器(3)向B2超声波传感器(5)发出信号，中央处理器根据超声波水表内径D、B2超声波传感器(5)接收到信号的时间
△
T通过公式C＝D/
△
T1得出超声波在该状态下的传播速度C；S2：主超声波传感器的A1超声波传感器(2)向A2超声波传感器(4)发出信号，中央处理器根据A1...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖景文，
申请(专利权)人：深圳鼎智达表计信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：