CN103344295A - 电子式水表 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电子式水表，包括水表基表、计量采样部件、数据处理单元、数据存储单元和数据传输单元；计量采样部件包括若干磁敏传感器，水表基表包括底座和一个环形磁铁，该环形磁铁安装在该水表基表的叶轮转动轴端部，若干磁敏传感器都布置在与该环形磁铁相对的底座的一面，位于环形磁铁的垂直正上方，用于将感应的该环形磁铁的磁极变换信息转换为电信号；若干磁敏传感器的输出端均与数据处理单元的输入端连接，数据处理单元与数据存储单元连接，数据处理单元还与数据传输单元连接。本发明具有更好的温度稳定性，更宽的测量范围，更高的可靠性以及更便捷的管理与维护方式。

Description

电子式水表

技术领域

本发明涉及一种水表，特别涉及一种电子式水表。

背景技术

现在生活中使用的绝大多数水表90%以上为机械式水表。随着中国城市供水公司体制改革的不断深入，各供水企业逐渐认识到流量水表精确计量、智能化管理的重要性，因此水表本身的微小流量计量能力和精度的问题有待提高。传统式水表的缺陷：1、浪费水资源，由于计量的精度有限，在水流比较小的情况下，漏损大，难以计量准确；2、普通智能水表采用干簧管的计量方式，一方面灵活性较差，另一方面计量精度受到限制；3、抄收和管理手段落后，由于机械式的水表都是采用人工抄表方式，不仅增加了管理成本，而且不利于现场表计的管控；4、难以维护，现场安装的表计，很多是一两个月去抄读一次数据，遇到表计故障的情况，不容易发现，监测困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种计量精度高且维护方便的电子式水表。

本发明提供的这种电子式水表，该水表包括水表基表、计量采样部件、数据处理单元、数据存储单元和数据传输单元；计量采样部件包括若干磁敏传感器，水表基表包括底座和一个环形磁铁，该环形磁铁安装在所述水表基表的叶轮转动轴端部，所述若干磁敏传感器都布置在与所述环形磁铁相对的底座的一面，位于环形磁铁的垂直正上方，用于将感应的该环形磁铁的磁极变换信息转换为电信号；所述若干磁敏传感器的输出端均与数据处理单元的输入端连接，数据处理单元与数据存储单元连接，数据处理单元还与数据传输单元连接。

所述磁敏传感器均采用隧道磁电阻传感器。所述环形磁铁采用两对磁极的多极充磁方式的铁氧体材料的磁铁。所述数据存储单元包括存储器电源控制电路和存储器。所述数据传输单元采用红外通信单元，该单元与数据处理单元的微处理器的串口连接。所述红外通信单元包括红外接收电路和红外发送电路。所述红外接收电路包括电源控制电路和接收电路。

本发明采用非接触的磁场检测技术，避免了传统机械/磁簧开关使用寿命和抗震动碰撞的问题；本发明能精确的计量水流的正转和反转水量信息，即使表计反装的情况下，也可以正确的读取到用户的用水信息；本发明采用铁氧体材料的磁铁，不需要增加额外的止流阀装置，使用寿命得到了保证；本发明通过数据传输单元，及时快速的把表计的数据传送到管理中心，以便工作人员实时了解用户的用水情况，实现自动抄表，有效的解决由于抄收计量不及时导致的水量供销差问题；同时管理中心根据对水量数据的分析，来了解用户的使用情况，是否存在漏水、水管爆裂等情况，减少不必要的损失，达到合理管控的目的。由此可见，本发明大幅提高了***的可靠性和稳定性。

附图说明

图1是本发明的功能框架图。

图2是本发明的计量采样部件的结构示意图。

图3是本发明的数据存储单元电路图。

图4是本发明的数据传输单元红外接收电路原理图。

图5是本发明的数据传输单元红外发送电路原理图。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括水表基表、计量采样部件、数据处理单元、数据存储单元和数据传输单元。计量采样部件采集水表基表的水量流量信号，然后将这一检测信号传至数据处理单元，数据处理单元将数据传至数据存储单元存储，还将计量结果和故障信息等通过数据传输单元传输至控制中心，由管理部门根据对水量信息的分析，掌握用户的用水情况，从而实现对表计的实时监管。

水表基表包括机械式水表的表壳、机械式水表机芯的下半部分，其下半部分包括了与机芯上半部分传动的环形磁铁。

数据处理单元包括微处理器。由于本发明在水量采样上采用非接触式的磁敏传感器，所以本发明的微处理器不需要专门用于水表控制的专用控制器，在软件补偿算法的配合下，计量特性有了实质性的提高。

如图2所示，计量采样部件包括两个磁敏传感器2，水表基表包括底座1和一个环形磁铁3。环形磁铁3安装在水表基表的叶轮转动轴4上，底座1的轴向中心线与叶轮传动轴4的轴向中心线在同一直线上，两个磁敏传感器2都布置在底座1与环形磁铁3相对的一面，位于环形磁铁3的垂直正上方，用于将感应的该环形磁铁3的磁极变换信息转换为电信号。

环形磁铁采用两对磁极的多极充磁磁铁，为铁氧体材料的磁铁。

两个磁敏传感器的安装角度在10℃~90℃之间。

具体操作过程为：首先水流带动水表基表中的叶轮转动，叶轮带动安装在叶轮传动轴4上的环形磁铁3转动，形成周期性变化的磁场；再通过安装在底座1上的磁敏传感器2将变化的磁场信号转换成对应的电信号传至数据处理单元，数据处理单元中的微处理器对这些数据进行运算处理，最终获得水表的计量结果。

本发明通过两个磁敏传感器检测水表基表中环形磁铁的旋转方向。当环形磁铁的N级靠近磁敏传感器时，磁敏传感器输出低电平；当环形磁铁的S级靠近磁敏传感器时，磁敏传感器输出高电平。两个磁敏传感器将采样到水量信息以方波信号的形式传输到数据处理单元，数据处理单元的微处理器通过接收的来自两个磁敏传感器传来的高低不同的电平信号，判断磁铁的旋转方向，进而判断水表的水流方向。同时，数据处理模块通过计量磁敏传感器输出的脉冲数，换算成水表相应的转动圈数，由此获得水表相应的流量信息。

由于两个磁敏传感器相差一定的角度，使得在双磁极环形磁铁旋转一周时，可以获得8个磁场状态量。当水表的叶轮旋转方向为正转时，水表机芯每旋转一周，两个磁敏传感器共输出一组8个状态数据，即10、11、01、00、10、11、01、00；数据处理单元将正转的用量信息数据传输至数据存储设备的正转存储区进行累加，水表反转的用量信息数值不变；当水表的叶轮旋转方向为反转时，机芯每旋转一周，两个磁敏传感器共输出对应的另一组8个状态数据，即01、11、10、00、01、11、10、00；数据处理单元将反转的用量信息数据传输至数据存储设备的反转存储区进行累加；通过正转用量信息数据减去反转的用量信息数据，得到实际用水量的信息数值。反之，当水表安装成反方向时，可以通过磁敏传感器将反转用量信息数据减去正转的用量信息数据，得到实际用水量的信息数值。由此实现了正向数据的检测，也实现了反向数据的精确计量。

本发明可根据计量结果对水表漏水或爆管情况予以判定。当计量结果在一般非用水时间（例如午夜）连续几天均出现持续微变的数值，则可判定该用户的水表存在漏水故障；当计量结果是持续大流量值时，则可判定该水表所在位置存在爆管故障。

本发明中的磁敏传感器均可采用隧道磁电阻传感器。

如图3所示，数据存储单元包括存储器电源控制电路和存储器D2，该存储器通过I2C总线与数据处理模块的微处理器连接，并对有数据处理单元传来的数据进行分区存储。存储器的存储区划分包括正转存储区和反转存储区，正转存储区用于存放水表正转时的流量数据信息，反转存储区用于存放水表反转时的流量数据信息。

考虑到降低功耗的情况，本发明对存储器D2的电源进行了控制。存储器电源控制电路包括MOS管V16和电源V3P0。MOS管V16的栅极通过电阻R37与电源V3P0连接，该栅极管脚还与数据处理单元的微处理器的GPIO端口连接，用于接收来自该微处理器的存储器电源控制信号E2PROM_Power_Ctrl；其源极与电源V3P0连接，该管脚还通过电容C37接地；其漏极与存储器电源V3P0_A连接，该管脚还通过电容C38接地。

存储器D2的1脚、2脚、3脚和4脚相连后通过电容C9与存储器电源V3P0_A连接，同时这4个管脚还分别接地。存储器D2的5脚通过电阻R8与存储器电源V3P0_A连接，该管脚还通过I2C总线与数据处理单元的微处理器连接，用于接收由微处理器传来的数据信号EEPROM_SDA。存储器D2的6脚通过电阻R7与存储器电源V3P0_A连接，该管脚还通过I2C总线与数据处理单元的微处理器连接，用于接收由微处理器传来的控制信号EEPROM_SCL。存储器D2的7脚接地，存储器D2的8脚与存储器电源V3P0_A连接。

具体工作过程是：微处理器通过存储器电源控制信号E2PROM_Power_Ctrl控制存储器D2电源的开启与关闭。当此信号为低时，MOS管V16导通，此时存储器电源V3P0_A得电，电容C37和电容C38分别起到滤波的作用，增强电压的稳定性。当存储器电源V3P0_A带电后，存储器D2上电工作。电阻R7、电阻R8的作用是将总线信号予以上拉，增强总线的驱动能力。电容C9用于稳定存储器D2电源。

红外通信单元包括红外接收电路和红外发送电路。

如图4所示，红外接收电路包括电源控制电路和接收电路。

电源控制电路包括MOS管V11、电容C28和极性电容C29。MOS管V11的栅极通过电阻R30与电源V3P0连接，同时该栅极管脚与CPU的GPIO端口连接，用于传递红外电源控制信号IR_Power_Ctrl；其源极与电源V3P0连接，该电源V3P0还通过电容C30接地；其漏极与红外电源V3P0_IR连接，该红外电源V3P0_IR还通过电容C31接地。电容C28与极性电容C29并联后接于电源V3P0与地之间。

接收电路包括红外接收管V12。红外接收管V12的3脚通过电阻R31与红外电源V3P0_IR连接；其2脚接地；其1脚通过电阻R33与红外电源V3P0_IR连接，该1脚还通过电阻R35与CPU的串口接收端连接，用于传递红外接收信号IR_RX，该1脚还通过电容C32接地。

具体工作过程为：CPU通过红外电源控制信IR_power_Ctrl来控制红外接收管V12的电源是否上电。当红外电源控制信IR_power_Ctrl为低时，MOS管V11导通，此时电源V3P0_IR带电，其中电容C30、电容C31电容分别起到滤波的作用，增强电压的稳定性；当红外电源V3P0_IR有电后，红外接收管V12上电工作。电阻R33主要起到接收信号的上拉作用，增强总线的驱动能力。电阻R35用于减少外部干扰信号对微处理器的影响。

由于对红外接收电路的供电电源进行了控制，该红外接收电路具有低功耗的特点。

如图5所示，红外发送电路包括三极管V10、三极管V13和发射管LED1。三极管V13的基极通过电阻R34与CPU的频率输出端连接，用于传递38KHz频率信号，三极管V13的射极接地，其集电极与三极管V10的射极连接，三极管V10的基极通过电阻R32与CPU的发射端口连接，用于传递发送信号IR_TX，该三级管的集电极通过电阻R28再串联发射管LED1与电源V3P0连接，电阻R29与电阻28并联，且接于三极管V10的集电极与发射管LED1的阴极端之间。

具体工作过程是：当以红外通信方式发送数据时，CPU的频率输出端输出38KHz频率，CPU将发射端口的发送信号IR_TX的输出高电平，使三极管V10导通，发射管LED1带电，数据由此通过发射管LED1发送出去。

本发明通过计量磁敏传感器输出的脉冲数，来换算成水表叶轮相应的转动圈数，进而计算出水表相应的流量；实现了水流的正反转检测，解决由于水流的自转引起的计量精度不稳的情况。

本发明采用普通的干式水表基表部分，取消了传统计数齿轮和磁簧开关等易损部件；采用了非接触式隧道磁电阻传感器检测叶轮转动，大大提高了流量检测的灵敏度；环形磁铁采用铁氧体材料的磁铁，本发明的使用寿命得到了保证；在软件补偿算法的配合下，计量特性有了实质性的提高，提高了表计的量程比及其测量精度。本发明的始动流量低、量程比宽、压力损失小、过载流量大，与现有方案相比，在可靠性和稳定性上有大幅提高。

Claims (7)

1.一种电子式水表，其特征在于，该水表包括水表基表、计量采样部件、数据处理单元、数据存储单元和数据传输单元；计量采样部件包括若干磁敏传感器，水表基表包括底座和一个环形磁铁，该环形磁铁安装在所述水表基表的叶轮转动轴端部，所述若干磁敏传感器都布置在与所述环形磁铁相对的底座的一面，位于环形磁铁的垂直正上方，用于将感应的该环形磁铁的磁极变换信息转换为电信号；所述若干磁敏传感器的输出端均与数据处理单元的输入端连接，数据处理单元与数据存储单元连接，数据处理单元还与数据传输单元连接。

2.根据权利要求1所述的电子式水表，其特征在于，所述磁敏传感器均采用隧道磁电阻传感器。

3.根据权利要求1所述的电子式水表，其特征在于，所述环形磁铁采用两对磁极的多极充磁方式的铁氧体材料的磁铁。

4.根据权利要求1所述的电子式水表，其特征在于，所述数据存储单元包括存储器电源控制电路和存储器。

5.根据权利要求1所述的电子式水表，其特征在于，所述数据传输单元采用红外通信单元，该单元与数据处理单元的微处理器的串口连接。

6.根据权利要求5所述的电子式水表，其特征在于，所述红外通信单元包括红外接收电路和红外发送电路。

7.根据权利要求6所述的电子式水表，其特征在于，所述红外接收电路包括电源控制电路和接收电路。

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