一種基于ZigBee的單環(huán)編碼直讀式水表的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種基于ZigBee的單環(huán)編碼直讀式水表，采用改裝的傳統(tǒng)機(jī)械式水表為基表，無線數(shù)據(jù)傳輸模塊作為數(shù)據(jù)處理和傳輸單元，具有人工直讀和電子直讀雙重功能，紅外接收編碼管組采集計(jì)數(shù)字輪上的數(shù)字編碼，經(jīng)過無線數(shù)據(jù)傳輸模塊處理之后上傳至上位管理機(jī)系統(tǒng)，無線數(shù)據(jù)傳輸模塊由3.6V鋰電池組供電，鋰電池之間互為冷備份，無線數(shù)據(jù)傳輸模塊采用ZigBee無線通信協(xié)議，成本低，延時(shí)短、安全可靠。
【專利說明】—種基于ZigBee的單環(huán)編碼直讀式水表

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及水表計(jì)量測(cè)控【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種基于ZigBee的單環(huán)編碼直讀式水表。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著住宅單元化和高層化，供水企業(yè)的抄表工作面臨巨大的挑戰(zhàn)，一方面入戶難，另一方面抄表工作量急劇上升。實(shí)現(xiàn)水表數(shù)字化和抄表自動(dòng)化，已成為供水企業(yè)亟待解決的難題。目前，水表數(shù)字化的主流技術(shù)是脈沖計(jì)數(shù)法，所以傳感器主要有干簧管、霍爾、韋根、光電器件等。但脈沖記數(shù)技術(shù)存在一系列的技術(shù)缺陷:計(jì)數(shù)過程依賴穩(wěn)定可靠的不間斷供電，這在工程實(shí)踐中難以保證；脈沖計(jì)數(shù)水表的初始化和維護(hù)工作量大；現(xiàn)有的供水管網(wǎng)無法避免“水錘”現(xiàn)象(水表自傳)的產(chǎn)生，脈沖計(jì)數(shù)法的累計(jì)誤差無法消除；隨著一戶一表的推廣，大量“水錘”現(xiàn)象的出線使得誤差問題日益顯現(xiàn)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于ZigBee的單環(huán)編碼直讀式水表以克服現(xiàn)有技術(shù)的脈沖計(jì)數(shù)水表功耗大，計(jì)量誤差大的技術(shù)缺陷。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下:
[0005]一種基于ZigBee的單環(huán)編碼直讀式水表，其特征在于，包括基表和無線傳輸模塊，所述基表具有一計(jì)數(shù)字輪，所述計(jì)數(shù)字輪的外圈均勻設(shè)有O到9數(shù)字刻度，所述計(jì)數(shù)字輪的內(nèi)圈設(shè)有一半圓形的透空孔，所述計(jì)數(shù)字輪上方正對(duì)于透空孔設(shè)置有紅外發(fā)射管，所述計(jì)數(shù)字輪下方設(shè)置有紅外接收編碼管組，紅外接收編碼管組由5個(gè)紅外接收管組成，所述5個(gè)紅外接收管相隔36度均勻排列正對(duì)于透空孔，所述無線傳輸模塊作為信號(hào)處理和發(fā)送單元與紅外接收編碼組連接。
[0006]進(jìn)一步的，所述基表還包括指針和齒輪軸，所述指針位置固定，所述齒輪軸帶動(dòng)計(jì)數(shù)字輪轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0007]進(jìn)一步的，所述無線傳輸模塊包括轉(zhuǎn)換開關(guān)組、微控制器、ZigBee射頻芯片、射頻天線，所述轉(zhuǎn)換開關(guān)組包括5個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)，分別與紅外接收編碼管組的5個(gè)紅外接收管連接，所述轉(zhuǎn)換開關(guān)與微控制器連接發(fā)送開關(guān)信號(hào)并激活處于休眠狀態(tài)的微控制器，所述微控制器處理開關(guān)信號(hào)并與ZigBee射頻芯片連接，ZigBee射頻芯片通過射頻天線發(fā)送處理完成的數(shù)據(jù)。
[0008]進(jìn)一步的，所述無線傳輸模塊由一組電池組供電，所述電池組具有數(shù)塊鋰電池，其中一塊鋰電池作為工作電源,其余的鋰電池作為冗余電源,所述電池組連接有電壓檢測(cè)切換電路，所述電壓檢測(cè)切換電路偵測(cè)鋰電池的電壓，當(dāng)一塊鋰電池電壓低于警示值時(shí)，電壓檢測(cè)切換電路切換到另一塊鋰電池作為工作電源。
[0009]進(jìn)一步的，所述微控制器還連接有液晶顯示屏，液晶顯示屏顯示用水量和電池狀態(tài)。
[0010]有益效果
[0011]1.采用紅外線與數(shù)字編碼結(jié)合方式計(jì)算用戶用水量信息，有效避免了“水錘”效應(yīng)造成的脈沖計(jì)數(shù)法的累計(jì)誤差；
[0012]2.具有人工直讀和電子直讀雙重功能，方便人工和抄表管理系統(tǒng)的讀?。?br> [0013]3.無線傳輸模塊平時(shí)處于休眠狀態(tài)，當(dāng)水表開始計(jì)數(shù)時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)，大大降低了系統(tǒng)功耗，增加了鋰電池的使用壽命；
[0014]4.多塊鋰電池互為備份，電壓檢測(cè)切換電路實(shí)時(shí)檢測(cè)電壓并切換，保證了水表的持續(xù)工作。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本實(shí)用新型的一種基于ZigBee的單環(huán)編碼直讀式水表的側(cè)視圖。
[0016]圖2為本實(shí)用新型的基表的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖3為具有半圓透空孔的計(jì)數(shù)字輪的平面圖；
[0018]圖4為紅外接收編碼管組的排列示意圖；
[0019]圖5為實(shí)用新型的無線傳輸模塊的電路方框圖。
[0020]附圖標(biāo)記
[0021]基表1、無線傳輸模塊2、液晶顯示屏3、射頻天線4、計(jì)數(shù)字輪5、半圓形透空孔6、紅外發(fā)射管7、紅外接收編碼管組8、轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪9、齒輪軸10、指針11、轉(zhuǎn)換開關(guān)組12、微控制器13、射頻芯片14、電池組15、電壓檢測(cè)切換電路16。

【具體實(shí)施方式】
[0022]下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0023]如圖1所示，一種基于ZigBee的單環(huán)編碼直讀式水表，包括基表，作為數(shù)據(jù)處理和傳輸單元的無線傳輸模塊2，所述基表底部設(shè)置有進(jìn)水口和入水口，基表頂部安裝有液晶顯示屏3，無線傳輸模塊2連接有射頻天線4。
[0024]如圖2和圖3所示，基表包括計(jì)數(shù)字輪5、指針11、齒輪軸10、轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪9、紅外發(fā)射管7、紅外接收編碼管組8。所述指針11位置固定，計(jì)數(shù)字輪5由齒輪軸10帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪軸10由基表內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪9驅(qū)動(dòng)。計(jì)數(shù)字輪5的上表面外圈均勻設(shè)有O到9數(shù)字刻度，計(jì)數(shù)字輪5的上表面內(nèi)圈設(shè)有一半圓形的透空孔6，紅外發(fā)射管7安裝于計(jì)數(shù)字輪5的上方垂直正對(duì)半圓形透空孔6。紅外接收編碼管組8包括五個(gè)紅外接收編碼管，五個(gè)紅外接收編碼管安裝于計(jì)數(shù)字輪5的下方并垂直正對(duì)半圓形透空孔6。紅外發(fā)射管7、紅外接收編碼管組8與半圓形透空孔6處在以齒輪軸10為圓心的同一圓弧上。半圓形透空孔6隨著字輪旋轉(zhuǎn)，紅外發(fā)射編碼管在抄表時(shí)發(fā)射紅外光，相應(yīng)的紅外接收編碼管組8或接收或隔斷紅外發(fā)射管7發(fā)射的紅外光，通過紅外接收編碼管組8的通斷狀態(tài)，得到計(jì)數(shù)字輪5相應(yīng)的轉(zhuǎn)角位置和字碼。
[0025]如圖4所示，紅外接收編碼管組8包括5個(gè)紅外接收編碼管，5個(gè)紅外接收編碼管間距36度均勻分布在半圓形透空孔6上。假設(shè)圖2為計(jì)數(shù)字輪5的初始狀態(tài)，圖3的紅外接收編碼管組8正對(duì)單環(huán)半圓的透空孔6，字輪及半圓形透空孔6順時(shí)針360度旋轉(zhuǎn)一周，紅外編碼接收管組輸出的字輪數(shù)字編碼如下表所示(接收到紅外線的接收管用I表示，反之為0，接收管編號(hào)參見圖3)。
[0026]
角度廣 __數(shù)碼管序號(hào)__讀數(shù)
__I__2__3__4__5__
0 11111036OIIII9
_72__O__0__I__I__I__8_
108__O__O__O__I__I__7_
144__OO__O__OI__6
180__O__0__O__O__0__5_
216__I__O__O__O__O__4_
252__I__I__O__O__O__3_
288__I__I__I__O__O__2_
324__I__I__I__I__O__I_
360I_[I_Ij_[I_[I_|_0_
[0027]如圖5所示，所述無線傳輸模塊2包括轉(zhuǎn)換開關(guān)組12、微控制器13、ZigBee射頻芯片14、射頻天線4、電池組15和電壓檢測(cè)切換電路16。轉(zhuǎn)換開關(guān)組12共有5個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)分別連接5個(gè)紅外接收編碼管，根據(jù)紅外接收編碼管的開關(guān)狀態(tài)，發(fā)送O和I的脈沖信號(hào)。微控制器13接收脈沖信號(hào)之后，根據(jù)字輪數(shù)字編碼計(jì)算出計(jì)數(shù)字輪5轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字。射頻芯片14將微控制器13計(jì)算出的電子讀數(shù)發(fā)送到上位機(jī)管理程序。
[0028]作為一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例，微控制器13采用德州儀器的MSP430F563X芯片，射頻芯片14采用CC2420的ZigBee射頻芯片14，無線通信遵循無線通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議ZigBee (IEEE80215.4)，通信頻率為2.4GHZ。微控制器13和射頻芯片14抄表式上電，讀取并發(fā)送計(jì)數(shù)字輪5的電子讀數(shù)，其余時(shí)段處于休眠狀態(tài)。
[0029]作為一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例，微控制器13還連接有液晶，顯示屏為定制生產(chǎn)的字符式液晶顯示屏3，視屏尺寸為65mmX 40mm，顯示漢字?jǐn)?shù)字協(xié)調(diào)美觀。液晶顯示屏3作為水表的輸出接口，累積用水量、電池狀態(tài)、本月積累用水量、電池電量等信息。
[0030]作為一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例,無線傳輸模塊2由兩塊3.6V鋰電池的電池組15供電,鋰電池之間互為冷備份，電壓檢測(cè)切換電路16實(shí)時(shí)檢測(cè)電池電壓和電池切換，并將電池工況上傳至上位管理機(jī)系統(tǒng)。電池正常工作壽命為3年。當(dāng)電路出現(xiàn)欠電壓工況是，電池將自動(dòng)切換，防止因?yàn)殡姵厍穳憾袛噙M(jìn)水，影響用戶的正常生活。
[0031]以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于ZigBee的單環(huán)編碼直讀式水表,其特征在于,包括基表和無線傳輸模塊，所述基表具有一計(jì)數(shù)字輪，所述計(jì)數(shù)字輪的外圈均勻設(shè)有O到9數(shù)字刻度，所述計(jì)數(shù)字輪的內(nèi)圈設(shè)有一半圓形的透空孔，所述計(jì)數(shù)字輪上方正對(duì)于透空孔設(shè)置有紅外發(fā)射管，所述計(jì)數(shù)字輪下方設(shè)置有紅外接收編碼管組，紅外接收編碼管組由5個(gè)紅外接收管組成，所述5個(gè)紅外接收管相隔36度均勻排列正對(duì)于透空孔，所述無線傳輸模塊作為信號(hào)處理和發(fā)送單元與紅外接收編碼組連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于ZigBee的單環(huán)編碼直讀式水表，其特征在于，所述基表還包括指針和齒輪軸，所述指針位置固定，所述齒輪軸帶動(dòng)計(jì)數(shù)字輪轉(zhuǎn)動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于ZigBee的單環(huán)編碼直讀式水表，其特征在于，所述無線傳輸模塊包括轉(zhuǎn)換開關(guān)組、微控制器、ZigBee射頻芯片、射頻天線，所述轉(zhuǎn)換開關(guān)組包括5個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)，分別與紅外接收編碼管組的5個(gè)紅外接收管連接，所述轉(zhuǎn)換開關(guān)與微控制器連接發(fā)送開關(guān)信號(hào)并激活處于休眠狀態(tài)的微控制器，所述微控制器處理開關(guān)信號(hào)并與ZigBee射頻芯片連接，ZigBee射頻芯片通過射頻天線發(fā)送處理完成的數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于ZigBee的單環(huán)編碼直讀式水表，其特征在于，所述無線傳輸模塊由一組電池組供電，所述電池組具有數(shù)塊鋰電池，其中一塊鋰電池作為工作電源，其余的鋰電池作為冗余電源，所述電池組連接有電壓檢測(cè)切換電路，所述電壓檢測(cè)切換電路偵測(cè)鋰電池的電壓，當(dāng)一塊鋰電池電壓低于警示值時(shí)，電壓檢測(cè)切換電路切換到另一塊鋰電池作為工作電源。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于ZigBee的單環(huán)編碼直讀式水表，其特征在于，所述微控制器還連接有液晶顯示屏作為微控制器的輸出裝置。
【文檔編號(hào)】G01F15/07GK203929155SQ201420306833
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年6月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月10日
【發(fā)明者】胡嘯鷹 申請(qǐng)人:上海至信實(shí)業(yè)股份有限公司