基于射频技术的自发电水表的原理及设计

今天为大家介绍一项国家发明授权专利——基于射频技术的自发电水表。该专利由河南工程学院申请，并于2016年12月21日获得授权公告。

内容说明

本实用新型涉及一种水量计量装置，特别是涉及一种基于射频技术的自发电水表。

发明背景

随着我国经济的飞速发展，我国淡水资源紧缺问题日益严重，逐渐成为我国可持续发展的“瓶颈”，有关部门统计数字显示，我国人均水资源拥有量只有 2200立方米，目前我国三分之二的大中城市面临缺水，如北京，人均水资源不足 300立方米，仅为世界人均水平的 1/30，类似于以色列这样的沙漠国家。面对我国水资源的严峻现状如何使城镇的实际用水量压缩到社会必需用水量的最低限度成为水资源管理部门的一个难题。目前节约水资源包括两个方面的措施：一是大力推广应用节水新技术；二是加强节约用水的科学管理。从某种意义上说，加强节水科学管理是当前的首要任务，要加强节约用水的科学管理，首先要把节水科学管理纳入法制化管理的轨道；其次要加速研究开发科技先进、应用方便的节约用水科学管理仪表。 为了加强节约用水的科学管理，必须改变民用水表管理现状，其现状表现为：水表收费一直采用人工抄表收费的方式，工作十分繁琐，而且容易出错，常常出现用户欠缴、迟缴或漏缴水费等问题。因此，水表管理部门正在推行预付费管理模式。通过用户先付费后用水，从根本上杜绝欠缴、迟缴、漏缴水费的现象，实现了抄表、收费、控制三位一体，不仅节约了人力资源成本，而且强化了“水是商品”的概念，有利于促进节约用水和用水管理部门的统筹管理。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种结构简单、可以拆解、在原有机械水表的基础上实现水量的检测和电子显示，实现多个水表的集中统一管理，具有自发电及报警功能，并结合射频技术实现抄表和水量充值功能，具有水加热和消毒功能的基于射频技术的自发电水表。

本实用新型的技术方案是：一种基于射频技术的自发电水表，包括电源模块、水量检测模块和控制报警装置，所述电源模块与控制报警装置连接，且均设置在壳体内，所述水量检测模块与控制报警装置连接，且镶嵌在控制报警装置下侧的壳体内，所述水量检测模块为至少两个，所述水量检测模块的进水口通过分支管道与设置在壳体上的用户总水管接口连接，所述控制报警装置包括处理器及与处理器连接的液晶显示模块、射频接收模块、加热装置和紫外线杀菌器，所述电源模块包括水力发电机和电池，所述水量检测模块包括机械水表和干簧管，所述机械水表的出水口与用户分水管连接，所述干簧管和电池均与处理器连接，所述干簧管为两个，且以一定角度设置在机械水表的计数转盘处的水表壳体上，所述机械水表的计数转盘上设置有一个磁铁，所述射频接收模块包括射频卡和射频收发电路，所述射频收发电路与电源模块之间依次设置有互感线圈和干簧管，所述射频卡上设置有磁扣。

所述用户分水管上设置有电动阀门，所述电动阀门通过阀门控制模块与处理器连接，所述阀门控制模块为通过外围电路与处理器连接的AF259B电机驱动芯片，所述电动阀门为电动球阀，所述计数转盘处的玻璃为凸透镜。水力发电机与电池之间设置有稳压电路和电池管理芯片，所述水力发电机为管道式水力发电机，所述水力发电机和加热装置设置在用户总水管接口或机械水表的出水口上，所述加热装置的两端均设置有温度传感器。

所述加热装置为无底的圆筒形防水加热丝，所述紫外线杀菌器穿过圆筒形防水加热丝，且均通过金属支撑设置在用户总水管接口或机械水表的出水口内，所述加热装置的外壁与用户总水管接口或机械水表的出水口的内壁不接触，所述紫外线杀菌器不与圆筒形防水加热丝内壁接触，所述加热装置通过电磁开关与电源模块连接，所述电磁开关和温度传感器与处理器连接。

所述射频收发电路为FM1702SL芯片，且设置在控制报警装置上的射频卡插孔侧面，所述射频卡为Mifare卡，所述射频卡上设置有椭圆型天线、低通滤波器、接收电路、互感线圈和处理芯片，所述射频卡包括用户射频卡和抄表射频卡。抄表射频卡的一端铰接在壳体基座上，所述抄表射频卡内的处理芯片与壳体基座内的控制器连接，所述控制器与摄像机、数据接口和电池连接。液晶显示模块与处理器连接，所述段码液晶屏上设置有日期显示区域、时间显示区域、用水信息显示区域、阀门状态显示区域、水量报警区域、单价显示区域和强磁报警区域，所述液晶显示模块为段码液晶屏，所述处理器为PLC16F946。

本实用新型的有益效果是：在原有机械水表的基础上实现水量的检测和电子显示，实现多个水表的集中统一管理，具有自发电及报警功能，并结合射频技术实现抄表和水量充值功能，具有水加热和消毒功能，方便人们进行使用。把多个机械水表通过壳体与控制报警装置连接为一整个整体，且均通过分支管道与用户总水管接口连接，实现了水表的集中设置和管理，减少空间的占用量，方便人们进行操作。并通过射频技术的加入，实现人们通过射频卡对水表进行抄表和水量充值操作，方便人们进行使用，节省抄表人员的劳动量。

本实用新型设置有用户射频卡和抄表射频卡，特别是抄表射频卡的设置，实现了一张射频卡通过一次插卡抄表操作，就能实现对多个水表的信息采集，同时旋转壳体基座，摄像机对水表上的计数转盘进行拍照并储存。同时设置有水力发电装置，能够通过水管内部大的水压进行发电，为本实用新型进行供电，并对多余的电量进行储存，解决了干电池供电造成的环境污染。

同时，本实用新型利用原有的机械水表，在机械水表的转盘上设置磁铁和干簧管，通过转盘的转动实现对水量的计算，有效的利用原有淘汰的机械水表，实现废物的循环利用，符合可持续发展要求，具有机械电子两种水量显示，同时计数转盘处的玻璃为凸透镜，具有放大作用，方便人员急性观察的同时，还便于进行照相。还设置有稳压电路和电池管理芯片，对电池进行管理，根据电池的情况进行选择性充电，防止电池持续充电造成事故的发生，电池为控制报警装置进行和多个水量检测模块进行供电，减少发电产生电能的浪费。通过射频卡上的磁铁，实现射频收发电路上干簧管的导通，通过射频收发电路上的互感线圈对射频卡进行感应供电，实现射频卡与处理器之间的信息交换，实现抄表、续费和缴费操作。

此外，本实用新型设置有电动水阀，能够通过处理器发出的信号实现关闭和开通，且水阀会在处理器的控制下，每月自动关闭一次，防止水垢对长时间开启的水阀进行侵蚀。同时还设置有加热装置，同时加热装置成无底的圆筒状，且设置在用户总水管接口或机械水表的出水口上，不阻挡水流的同时，增加与水的接触面积，便于进行热传递，能够在一定程度上解决冬天自来水温度过低或结冰的问题。通过在加热装置中设置紫外线杀菌器，由于加热器的存在，会使加热器或附近管道内壁上成为细菌滋生的温床，进一步对自来水造成污染，紫外线杀菌器的设置，不但解决了细菌温床的问题，还对自来水进行杀菌消毒，增加了自来水的质量。本实用新型通过转盘、两个干簧管和磁铁实现水量的机械信号转换为电子信号，两个干簧管之间设置有一定的角度，有效的解决了水锤效应产生的影响，当两个干簧管同时闭合时，说明周围存在强磁干扰，则在段码液晶屏上进行显示强磁干扰报警，并通过处理器关闭电动阀门，防止强磁造成计量误差。