本發(fā)明涉及遠(yuǎn)傳水表系統(tǒng)，具體為一種基于zigbee網(wǎng)絡(luò)的智能遠(yuǎn)傳水表系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著近年來(lái)信息技術(shù)與電子技術(shù)的飛速發(fā)展，因此設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)一種可通信、低功耗、計(jì)量精確方便的智能水表己經(jīng)變?yōu)榭赡堋?/p>

長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)城鎮(zhèn)居民所使用的水表普遍是普通機(jī)械旋翼濕式水表，這種水表價(jià)格低廉，性能比較穩(wěn)定，但是還采用人工抄表、按戶收費(fèi)的模式。此方式存在著工作量大，收費(fèi)周期長(zhǎng)，收費(fèi)困難，效率低下等缺點(diǎn)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，隨著傳感器技術(shù)水平的提離和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的深入，各高檔流量計(jì)技術(shù)，如超聲波流量計(jì)、電磁流量計(jì)等將會(huì)廣泛應(yīng)用于水表的設(shè)計(jì)和使用中，此技術(shù)開(kāi)發(fā)的水表，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，真正實(shí)現(xiàn)了無(wú)機(jī)械傳動(dòng)，長(zhǎng)壽命(等同于元器件壽命或管道壽命)，精確計(jì)量的量程廣(等同于安裝管道的流通能力)等優(yōu)點(diǎn)。雙向?qū)崟r(shí)是對(duì)系統(tǒng)通訊與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的要求，智能水表系統(tǒng)的使用者是水務(wù)營(yíng)理者和用戶，該系統(tǒng)應(yīng)用水平的高低取決了雙向互動(dòng)交流的程度及雙向溝通的實(shí)時(shí)性。

現(xiàn)有技術(shù)中的遠(yuǎn)傳水表系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，組網(wǎng)不夠靈活，在最初確定后就無(wú)法進(jìn)行大規(guī)模的改變，于此同時(shí)，智能水表的檢測(cè)也存在不準(zhǔn)確的問(wèn)題，而且當(dāng)出現(xiàn)相應(yīng)故障時(shí)無(wú)法報(bào)警和關(guān)閉閥門(mén)。影響了建立由遠(yuǎn)程集抄的數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)以及相應(yīng)的后臺(tái)數(shù)據(jù)處理所構(gòu)成的智能水表系統(tǒng)的推廣，以及智能水表應(yīng)用的廣度和深度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于zigbee網(wǎng)絡(luò)的智能遠(yuǎn)傳水表系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，組網(wǎng)方便，依托于檢測(cè)準(zhǔn)確高效的智能水表，能夠高效、智能、低成本的實(shí)現(xiàn)智能遠(yuǎn)傳水表系統(tǒng)。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種基于zigbee網(wǎng)絡(luò)的智能遠(yuǎn)傳水表系統(tǒng)，包括依次連接的上位機(jī)和服務(wù)器，通過(guò)gprs網(wǎng)絡(luò)連接在服務(wù)器上的多個(gè)zigbee主節(jié)點(diǎn)，以及每個(gè)zigbee主節(jié)點(diǎn)上連接的多個(gè)智能水表；

所述的智能水表包括zigbee子節(jié)點(diǎn)，以及經(jīng)管路串聯(lián)的機(jī)械旋翼式水表本體和電動(dòng)閥門(mén)；zigbee子節(jié)點(diǎn)包括設(shè)置在機(jī)械旋翼式水表本體上的流量檢測(cè)單元，連接在流量檢測(cè)單元輸出端的控制芯片，控制芯片輸出端連接的閥門(mén)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路；閥門(mén)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的輸出端連接電動(dòng)閥門(mén)的控制端；

所述的流量檢測(cè)單元包括第一檢測(cè)單元和第二檢測(cè)單元，第一檢測(cè)單元設(shè)置在機(jī)械旋翼式水表本體的葉輪上并輸出第一脈沖信號(hào)，第二檢測(cè)單元設(shè)置在機(jī)械旋翼式水表本體的0.01m³指示位上并輸出第二脈沖信號(hào)；流量檢測(cè)單元用于根據(jù)兩個(gè)脈沖信號(hào)輸出對(duì)應(yīng)的兩個(gè)流量信號(hào)；控制芯片用于將兩個(gè)流量信號(hào)中的流量做差后與設(shè)定閾值對(duì)比，超過(guò)閾值則通過(guò)閥門(mén)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路使電動(dòng)閥門(mén)關(guān)閉并輸出報(bào)警信號(hào)，否則輸出流量平均值作為檢測(cè)流量；

所述智能水表的zigbee子節(jié)點(diǎn)與對(duì)應(yīng)連接的zigbee主節(jié)點(diǎn)交互通信。

優(yōu)選的，第一檢測(cè)單元包括機(jī)械旋翼式水表本體的葉輪上安裝的磁鋼，以及與磁鋼配合的干簧管或霍爾傳感器；干簧管或霍爾傳感器安裝在機(jī)械旋翼式水表本體上，干簧管或霍爾傳感器輸出頻率脈沖作為第一脈沖信號(hào)用于水流量的計(jì)量。

優(yōu)選的，第二檢測(cè)單元包括設(shè)置在機(jī)械旋翼式水表本體的0.01m³指示位上的磁敏元件；當(dāng)0.01m³指示位的指針轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，磁敏元件產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)作為第二脈沖信號(hào)用于0.01m³水流量的計(jì)量。

優(yōu)選的，控制芯片上分別連接有電源電路、卡接口電路和顯示單元；電源電路用于為zigbee子節(jié)點(diǎn)進(jìn)行供電，卡接口電路用于提供連接水卡連接端口，lcd顯示單元連接在控制芯片輸出端，用于顯示智能水表的參數(shù)信息。

進(jìn)一步的，所述的電源電路包括max653芯片，以及并聯(lián)在max653芯片供電端的電池電源電路和交流電源電路；max653芯片的輸出端輸出+3v的直流或交流電源。

優(yōu)選的，所述的控制芯片上設(shè)置有存儲(chǔ)器，用于儲(chǔ)存輸出的報(bào)警信號(hào)和檢測(cè)流量。

進(jìn)一步的，所述的控制芯片采用cc2530芯片。

優(yōu)選的，服務(wù)器分別通過(guò)串口通信模塊與zigbee主節(jié)點(diǎn)連接。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：

本發(fā)明通過(guò)zigbee主節(jié)點(diǎn)、zigbee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和設(shè)置在智能水表上的zigbee子節(jié)點(diǎn)完成zigbee的自組網(wǎng)，為智能遠(yuǎn)傳水表系統(tǒng)提供可行的解決方案；通過(guò)zigbee協(xié)議實(shí)現(xiàn)本地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)，通過(guò)gprs技術(shù)與外部網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了本地網(wǎng)和外部網(wǎng)的互通，資源的共享。實(shí)現(xiàn)可通信、低功耗、計(jì)量精確方便的智能遠(yuǎn)傳水表系統(tǒng)；同時(shí)通過(guò)兩個(gè)檢測(cè)單元檢測(cè)不同位置處的對(duì)流量的計(jì)量，通過(guò)簡(jiǎn)單的邏輯運(yùn)算快速準(zhǔn)確高效的完成流量的計(jì)量工作，大大提高供水管理部口的工作效率、節(jié)約費(fèi)用，用以改善供水設(shè)施，提高居民飲水質(zhì)量；同時(shí)還能為加強(qiáng)自來(lái)水使用的監(jiān)督管理提供手段，從而在技術(shù)上為節(jié)約用水合理用水創(chuàng)造條件。本發(fā)明將zigbee無(wú)線傳輸技術(shù)、傳感器檢測(cè)技術(shù)和gprs技術(shù)進(jìn)行完美結(jié)合，簡(jiǎn)化儀表電路，通過(guò)現(xiàn)有機(jī)械結(jié)構(gòu)和zigbee子節(jié)點(diǎn)的有機(jī)結(jié)合提高儀表的可靠性，更容易實(shí)現(xiàn)高精度、高性能、多功能的目的，將更快的使智能水表走進(jìn)千家萬(wàn)戶。

進(jìn)一步的，通過(guò)設(shè)置的磁鋼和相配合的干簧管或霍爾傳感器實(shí)現(xiàn)第一檢測(cè)單元的檢測(cè)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小巧，不用改變?cè)袡C(jī)械結(jié)構(gòu)，檢測(cè)快捷方便；通過(guò)磁敏元件對(duì)機(jī)械旋翼式水表本體上最小指示位的轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)，從而精確的對(duì)0.01m³水流量的計(jì)量；兩者都基于同一個(gè)機(jī)械結(jié)構(gòu)，能夠準(zhǔn)確反應(yīng)流量本身的數(shù)據(jù)，極大的減小了誤差。

進(jìn)一步的，控制芯片上設(shè)置的各種輔助電路能夠?qū)崿F(xiàn)智能水表的各種功能，滿足智能遠(yuǎn)傳水表系統(tǒng)的要求。

附圖說(shuō)明

圖1本發(fā)明實(shí)例中所述基于zigbee網(wǎng)絡(luò)的智能水表系統(tǒng)的總體構(gòu)架圖。

圖2本發(fā)明實(shí)例中所述上位機(jī)與服務(wù)器連接后的查詢界面示意圖。

圖3本發(fā)明實(shí)例中所述智能水表的電源電路圖。

圖4本發(fā)明實(shí)例中所述智能水表的總體結(jié)構(gòu)框圖。

圖5本發(fā)明實(shí)例中所述智能水表的控制芯片cc2530的最小系統(tǒng)原理圖

圖6本發(fā)明實(shí)例中所述的基于zigbee網(wǎng)絡(luò)的智能遠(yuǎn)傳水表系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流向圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，所述是對(duì)本發(fā)明的解釋而不是限定。

本發(fā)明采用的zigbee網(wǎng)絡(luò)是—種面向低成本無(wú)線組網(wǎng)的技術(shù)，它是一種近距離、低成本、低功耗、低速率的無(wú)線通訊技術(shù)，主要適合于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可嵌入各種設(shè)備中，同時(shí)支持地理定位功能。zigbee技術(shù)的低成本、低功耗是其最大的優(yōu)勢(shì)，如支持zigbee協(xié)議的硬件價(jià)格在50元以下，集成芯片的平均工作電流僅有10多毫安，它的功耗還小于8位單片機(jī)。

本發(fā)明將zigbee無(wú)線通訊方式、gprs無(wú)線通訊方式、傳輸網(wǎng)絡(luò)的建立和數(shù)據(jù)采集傳輸技術(shù)進(jìn)行有機(jī)的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)智能遠(yuǎn)傳水表系統(tǒng)，通過(guò)基于zigbee網(wǎng)絡(luò)的智能水表中設(shè)置zigbee子節(jié)點(diǎn)，完成數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)傳和智能供電。如圖5所示，配合使用ti公司的cc2530芯片做為控制芯片，實(shí)現(xiàn)51單片機(jī)內(nèi)核的控制功能與在zigbee協(xié)議棧上的zigbee網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)。

如圖4所示，本發(fā)明中通過(guò)智能水表的流量檢測(cè)單元進(jìn)行信息采集，第一檢測(cè)單元能夠采用機(jī)械旋翼式水表本體的葉輪上安裝的磁鋼，以及與磁鋼配合的干簧管或霍爾傳感器，磁鋼設(shè)置在旋翼式的葉輪上，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量范圍寬、靈敏度高、外形尺寸小。通過(guò)在葉輪上磁鋼的轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)機(jī)械旋翼式水表本體上的干簧管或霍爾傳感器進(jìn)行脈沖輸出。系統(tǒng)啟動(dòng)后，首先進(jìn)行初始化；cc2530芯片對(duì)第一檢測(cè)單元的霍爾傳感器產(chǎn)生的脈沖進(jìn)行讀操作，作為速度的計(jì)數(shù)脈沖值，根據(jù)計(jì)數(shù)脈沖值，計(jì)算速度值得到流量值。

通過(guò)cc2530芯片的io口中斷，對(duì)轉(zhuǎn)速脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。采用自身定時(shí)器進(jìn)行計(jì)時(shí)，每隔一秒讀一次由外部中斷產(chǎn)生的計(jì)數(shù)值，此值即為脈沖信號(hào)的頻率，當(dāng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)磁體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，霍爾傳感器便在與磁鐵相對(duì)時(shí)獲得一個(gè)脈沖信號(hào)。這個(gè)脈沖經(jīng)過(guò)光電耦合后接到cc2530的io口，一個(gè)脈沖引起一次中斷，讓計(jì)數(shù)器加1。

第二檢測(cè)單元的磁敏元件安裝在機(jī)械旋翼式水表本體的0.01m³指示位上，使0.01m³位轉(zhuǎn)1圈，磁敏元件上產(chǎn)生1個(gè)脈沖信號(hào)，即0.01m³水量對(duì)應(yīng)1個(gè)脈沖。

采用兩個(gè)檢測(cè)單元對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行采集，有效地防止抖動(dòng)產(chǎn)生的多計(jì)數(shù)現(xiàn)象。通過(guò)控制芯片中的邏輯判斷，判斷兩個(gè)傳感器是否工作正常，控制芯片用于將兩個(gè)流量信號(hào)中的流量做差后與設(shè)定閾值對(duì)比，超過(guò)閾值則通過(guò)閥門(mén)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路使電動(dòng)閥門(mén)關(guān)閉并輸出報(bào)警信號(hào)，否則輸出流量平均值作為檢測(cè)流量；輸出報(bào)警信號(hào)則不正常，認(rèn)為是外界磁干擾，關(guān)閉閥門(mén)。所采集的信號(hào)，由zigbee的cc2530芯片中的寄存器所記錄和處理。

如圖1所示，通過(guò)zigbee子節(jié)點(diǎn)和zigbee主節(jié)點(diǎn)經(jīng)zigbee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的連接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，通過(guò)每個(gè)zigbee子節(jié)點(diǎn)上的電源電路對(duì)智能水表進(jìn)行供電。利用zigbee技術(shù)組成的無(wú)線區(qū)域網(wǎng)(wpan)是一種低速率的無(wú)線區(qū)域網(wǎng)(lr-wpan)，這種低速率無(wú)線區(qū)域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉，具有有限的功率和靈活的吞吐量。zigbee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳來(lái)的數(shù)據(jù)由zigbee主節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)集中一起傳到gprs網(wǎng)絡(luò)，然后再由gprs網(wǎng)絡(luò)上傳到服務(wù)器進(jìn)一步對(duì)數(shù)處理分類(lèi)。

如圖3所示，電源電路中的供電方式采用兩種方式:一是采用交流直接供電；二是采取充電電池供電。電源電路輸出3.0v交流電直接供電或3.0v充電電池供電，當(dāng)220v直接供電斷電時(shí)則選用充電電池供電。

如圖6所示，通過(guò)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)以及與上位機(jī)和下位機(jī)的交互；利用上位機(jī)將zigbee采集的數(shù)據(jù)由gprs網(wǎng)絡(luò)傳到服務(wù)器中，進(jìn)行對(duì)數(shù)據(jù)的操作，如圖2所示，上位機(jī)通過(guò)用戶界面模塊實(shí)現(xiàn)交互，下位機(jī)通過(guò)串口通信模塊實(shí)現(xiàn)交互。這兩個(gè)模塊都需要通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行交互。下位機(jī)將采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)java串口程序?qū)?shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，用戶經(jīng)上位機(jī)通過(guò)用戶操作界面來(lái)訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)。服務(wù)器的數(shù)據(jù)能夠分享到互聯(lián)網(wǎng)，用戶不僅可以從水表上查看信息，還可以在互聯(lián)網(wǎng)的登錄查詢。

智能水表的顯示單元使用led顯示屏，驅(qū)動(dòng)電路采用單片機(jī)138集成芯片去驅(qū)動(dòng)顯示屏顯示所需要的信息，為了低功耗，在用戶不查詢是顯示屏和驅(qū)動(dòng)電路則處于休眠狀態(tài)。

本發(fā)明中的智能水表具有數(shù)據(jù)采集、信息顯示和監(jiān)控功能；上位機(jī)能夠通過(guò)服務(wù)器中錄入用戶資料，統(tǒng)計(jì)用戶用水量和交費(fèi)情況；通過(guò)zigbee網(wǎng)絡(luò)能夠定時(shí)或隨時(shí)抄收集中器的數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理；查詢智能網(wǎng)絡(luò)水表的運(yùn)行情況，觀察用戶水表的運(yùn)行狀態(tài)；并且通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)與上位機(jī)的連接，用戶也可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)登錄服務(wù)器來(lái)查詢自己本月和以前的用水情況和繳費(fèi)情況。此外，服務(wù)器還能夠和銀行聯(lián)網(wǎng)，同時(shí)將表計(jì)數(shù)據(jù)傳輸給銀行，由銀行從用戶在該行的存款賬戶上扣費(fèi)，或用移動(dòng)支付的方式進(jìn)行支付。