CN207556594U - 一种带叶轮磁悬浮结构的无线智能远传水表 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种带叶轮磁悬浮结构的无线智能远传水表，设置于水表本体中的表芯采用叶轮磁悬浮结构，采用的控制电路包括用以将采集到的信号转换为水流流量信息的MCU主控模块以及与其相连的用以采集电压或脉冲信号的传感器模块、显示模块、NB‑IOT无线传输模块、报警模块；所述传感器模块包括一个步进电机传感器与一个或多个霍尔传感器；所述NB‑IOT无线传输模块的输出端与一NB‑IOT天线相连，通过NB‑IOT蜂窝基站与云端服务器相连。本实用新型一方面采用叶轮磁悬浮结构，延长水表的使用寿命，另一方面通过设置NB‑IOT无线传输模块，使水表工作在授权频段，实现无线抄表。

Description

一种带叶轮磁悬浮结构的无线智能远传水表

技术领域

本实用新型涉及水表技术领域，特别是一种带叶轮磁悬浮结构的无线智能远传水表。

背景技术

现市面上绝大多数为机械式水表，需要人工进行抄表，费时费力；也有部份在非授权频段下小无线水表，容易受到外界信号干扰，抄表效率低、出错率高，并且这些水表功能单一，无法与时俱进，不能适应智能化社会进步需求。因此，在现有水表结构的基本上，如专利号为201610214331.4中公开的水表结构，通过采用传感器对水流流量信息进行采集，并增加无线抄表功能。

另外，目前市面上的叶轮式水表采用顶尖、玛瑙或刚玉支撑结构，流水计量时，叶轮转动快，顶尖、玛瑙或刚玉磨损大，导致始动流量上升，水表走慢，误差劣化，精度逐渐变差，无法保证准确计量，也会缩短水表的工作寿命。因此，可以对水表表芯的叶轮结构进行改进，保证水表中的传感器能够得到更为精确的水流流量信息。

发明内容

有鉴于此，本实用新型的目的是提供型一种带叶轮磁悬浮结构的无线智能远传水表，一方面采用叶轮磁悬浮结构，延长水表的使用寿命，另一方面通过设置 NB-IOT无线传输模块，使水表工作在授权频段，实现无线抄表。

本实用新型采用以下方案实现：一种带叶轮磁悬浮结构的无线智能远传水表，包括用来设置于水表本体内的表芯，所述表芯包括叶轮底座与叶轮顶座，所述叶轮底座的中心孔和叶轮顶座的中心孔内转动连接有叶轮轴，所述叶轮轴下端固设有位于所述叶轮底座与所述叶轮顶座之间的叶轮，所述叶轮轴上端同轴固设有位于所述叶轮顶座上端的磁钢，

所述叶轮底座的中心孔上同轴固定套设有下凹形磁块，所述叶轮轴在其与所述叶轮底座的中心孔相连的轴端的外周同轴固定套设有与所述下凹形磁块配合的下凸形磁环；所述叶轮顶座的中心孔上同轴固定套设有上凹形磁块，所述叶轮轴在其与所述叶轮顶座的中心孔相连的轴端外周同轴固定套设有与所述上凹形磁块配合的上凸形磁环；其中，用以配对的下凹形磁块与下凸形磁环采用同极相斥配对，用以配对的上凹形磁块与上凸形磁环采用同极相斥配对；

所述无线智能远传水表还包括控制电路，所述控制电路包括MCU主控模块、用以采集电压信号或脉冲信号的传感器模块、用以显示水流流量信息的显示模块、用以无线传输水流流量信息的NB-IOT无线传输模块、以及用以异常报警的报警模块；所述MCU主控模块的输入端与所述传感器模块的输出端相连，用以将传感器模块采集到的信号转换为水流流量信息,所述MCU主控模块的输出端与所述显示模块的输入端连接，用以将转换的水流流量信息显示在显示模块上，所述MCU 主控模块的输出端还与所述NB-IOT无线传输模块的输入端相连，用以将水流流量信息通过无线网络发送至云端服务器，所述MCU主控模块还与所述报警模块相连，用以接收报警触发信号并发出报警信息；

所述传感器模块包括一个以上步进电机传感器与一个以上霍尔传感器；每个步进电机传感器包括固设于叶轮顶座上端面且位于磁钢径向旁侧的高导磁定子片、连接于高导磁定子片两端之间的线架铁芯、缠绕于线架铁芯上的用以感应产生电压信号的线圈；所述步进电机传感器中的线圈与所述MCU主控模块的输入端相连；各个霍尔传感器设置于所述磁钢径向的旁侧，用以采集磁钢产生的脉冲信号，同时兼能判断叶轮正反转，进行水流流量正反流计量；

所述NB-IOT无线传输模块的输出端还连接有NB-IOT天线相连，所述NB-IOT 无线传输模块依次经NB-IOT天线、NB-IOT蜂窝基站与云端服务器相连。

进一步地，所述控制电路还包括电源模块，所述电源模块包括与控制电路连接的用以为控制电路供电的计量电池组以及与NB-IOT天线连接的用以为NB-IOT 无线传输模块以及NB-IOT天线单独供电的通讯电池。

进一步地，所述步进电机传感器的数量为一个，所述霍尔传感器的数量为一个或多个。

特别地，用以配对的下凹形磁块与下凸形磁环以及用以配对的上凹形磁块与上凸形磁环均采用同极性配对，所述同极性配对具体为：所述下凹形磁块与所述下凸形磁环相对的端面均为N极或S极；所述上凹形磁块与所述上凸形磁环相对的端面均为N极或S极。该结构利用磁性的同性相排斥原理，让叶轮始终悬浮于叶轮底座与叶轮顶座之间，且不随叶轮转动而产出轴向位置的变化，故不存在机械磨擦磨损现象，使得水表精度高，始动流量低，使用寿命长。

在实际使用过程中，管道中流动的水经过该无线智能远传水表的进水口经过整流器进入下腔体，水流推动叶轮转动，带动镶在叶轮上端同心套设的磁钢一起转动，磁钢通过转动引起磁场变化，安装在磁钢径向旁侧的两种不同的传感器(1 个步进电机传感器、1个或多个霍尔传感器)同步取得叶轮转动状态；其中，步进电机传感器中，磁钢上产生的磁力经高导磁定子片，磁传递至线架铁芯，由于磁钢转动引起磁场变化产生切割磁力线，在线圈上感应产生电压信号，经导线输入MCU主控模块；同时，霍尔传感器采集磁钢上产生电脉冲信号，并经导线同步输入至MCU主控模块。为了提高精度，两种传感器分别针对叶轮的不同转动速度进行采集信号，两路传感器能够自动切换工作，当叶轮高速转动时，即转速≥5r/s时，步进电机传感器进行信号采集，当叶轮低速转动时，即转速＜5r/s时，霍尔传感器进行信号采集。所述MCU主控模块对同步脉冲信号进行方向判断和计算，得到水流流量信息，并输出至液晶显示屏进行显示以及通过NB-IOT无线传输模块发送至云端服务器，所述NB-IOT无线传输模块能够工作在授权频段，实线无线抄表，为后续自来水运营公司提供收费依据。运营公司平台通过提取云端服务器中接收到的水表抄表数据，能够连接至收费***进行资费结算，同时能够进行大数据分析运营，根据数据分析和各种报警通知运营公司的部门发出相应处理通知。

进一步地，所述报警模块包括拆表报警输入模块和用以发出报警信息的报警输出模块；所述拆表报警输入模块包括设置于所述水表本体内表面用以检测表壳是否受到按压开启的压触开关；若所述拆表报警输入模块中的压触开关得到报警触发信号并发送至MCU主控模块，所述MCU主控模块经报警输出模块与NB-IOT 无线传输模块将报警触发信号发送至云端服务器，运营公司能够根据该信号采取相应的措施。

进一步地，所述显示模块包括9位8段码液晶显示屏，同时也能够进行14 位码显示。

进一步地，所述MCU主控模块包括MSP430/ST32L单片机。

进一步地，所述NB-IOT无线传输模块包括低功耗NB-IOT模块。

进一步地，所述MCU主控模块还连接有一SIM号码卡，每个水表可通过SIM 号码卡得到唯一的编码。

进一步地，所述线圈上设有引出接头一、引出接头二以及引出接头三，所述引出接头一和引出接头三分别与一电容的两端相连，所述电容与所述计量电池组相连接并对所述计量电池组进行充电，提高计量电池组的供电时间，延长水表的使用寿命；所述引出接头二经信号放大模块、滤波模块与所述MCU主控模块的输入端相连，所述MCU主控模块对线圈上的电压信号进行采集。

进一步地，所述叶轮底座的下方还设置有用以对流入叶轮底座的水进行过滤的过滤网，该过滤网能够滤除水中的杂质。

进一步地，所述下凹形磁块、下凸形磁环、上凹形磁块、上凸形磁环均采用轴向磁化的钐钴磁性材料或钕铁硼磁性材料经表面防锈工艺处理制成，具有高磁磁能，耐高低温，磁衷减小，磁性能稳定。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型采用叶轮磁悬浮结构，使水表叶轮始终悬浮在叶轮底座与叶轮顶座之间，不存在磨损现象，延长了水表的使用寿命，特别适用于大口径水表；同时由于叶轮结构不存在机械摩擦，可以提高水表计量精度，降低始动流量。

2、本实用新型采用NB-IOT无线传输模块，信号传输过程中，该水表能够工作在授权频段，将数据传输至云端服务器，实线无线抄表，为后续资费结算与大数据统计提供依据。

3、本实用新型为了提高精度，采用一个步进电机传感器与一个或多个霍尔传感器两分别针对叶轮的不同转动速度进行采集信号，两种传感器能够自动切换工作，当叶轮高速转动时，即转速≥5r/s时，步进电机传感器进行信号采集，当叶轮低速转动时，即转速＜5r/s时，霍尔传感器进行信号采集。

4、本实用新型通过设置于水表本体内表面用以检测表壳是否受到按压开启的压触开关，若压触开关得到报警触发信号并发送至MCU主控模块，MCU主控模块会通过NB-IOT无线传输模块将报警触发信号发送至云端服务器，运营公司能够根据该信号采取相应的措施。

5、本实用新型中的线圈能够为电容提供电能，电容通过与计量电池组相连接并对其进行充电，能够提高计量电池组的供电时间，延长水表的使用寿命。

6、本实用新型中采用叶轮磁悬浮结构的无线智能远传水表，具有制造成本低、结构紧凑、精度高、使用寿命长等优点。

附图说明

图1为本实用新型的电路原理示意图。

图2为本实用新型的MCU主控模块的电路示意图。

图3为本实用新型的传感器模块的电路示意图。

图4为本实用新型的显示模块的电路示意图。

图5为本实用新型的NB-IOT无线传输模块的电路示意图。

图6为为本实用新型的电源模块的电路示意图。

图7为本实用新型的水表结构示意图。

图8为本实用新型的是图7中磁钢、高导磁定子片、线架铁芯、线圈的结构示意图。

标号说明：1为叶轮底座，2为过滤网，3为叶轮顶座，4为叶轮轴，5为叶轮，6 为磁钢，7为下凹形磁块，8为下凸形磁环，9为上凹形磁块，10为上凸形磁环， 11为高导磁定子片，12为线架铁芯，13为线圈，13-1为引出接头一，13-2为引出接头二，13-3为引出接头三。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步说明。

本实施例提供了一种带叶轮磁悬浮结构的无线智能远传水表，如图1至图8 所示，包括用来设置于水表本体内的表芯，所述表芯包括叶轮底座1与叶轮顶座 3，所述叶轮底座1的中心孔和叶轮顶座3的中心孔内转动连接有叶轮轴4，所述叶轮轴4下端固设有位于所述叶轮底座1与所述叶轮顶座3之间的叶轮5，所述叶轮轴4上端同轴固设有位于所述叶轮顶座3上端的磁钢6，

所述叶轮底座1的中心孔上同轴固定套设有下凹形磁块7，所述叶轮轴4在其与所述叶轮底座1的中心孔相连的轴端的外周同轴固定套设有与所述下凹形磁块7配合的下凸形磁环8；所述叶轮顶座3的中心孔上同轴固定套设有上凹形磁块9，所述叶轮轴4在其与所述叶轮顶座3的中心孔相连的轴端外周同轴固定套设有与所述上凹形磁块9配合的上凸形磁环10；其中，用以配对的下凹形磁块7 与下凸形磁环8采用同极相斥配对，用以配对的上凹形磁块9与上凸形磁环10 采用同极相斥配对；

所述无线智能远传水表还包括控制电路，所述控制电路包括MCU主控模块、用以采集电压信号或脉冲信号的传感器模块、用以显示水流流量信息的显示模块、用以无线传输水流流量信息的NB-IOT无线传输模块、以及用以异常报警的报警模块；所述MCU主控模块的输入端与所述传感器模块的输出端相连，用以将传感器模块采集到的信号转换为水流流量信息,所述MCU主控模块的输出端与所述显示模块的输入端连接，用以将转换的水流流量信息显示在显示模块上，所述MCU 主控模块的输出端还与所述NB-IOT无线传输模块的输入端相连，用以将水流流量信息通过无线网络发送至云端服务器，所述MCU主控模块还与所述报警模块相连，用以接收报警触发信号并发出报警信息；

所述传感器模块包括一个步进电机传感器与一个或多个霍尔传感器；步进电机传感器包括固设于叶轮顶座3上端面且位于磁钢6径向旁侧的高导磁定子片11、连接于高导磁定子片11两端之间的线架铁芯12、缠绕于线架铁芯12上的用以感应产生电压信号的线圈13；所述步进电机传感器中的线圈13与所述MCU主控模块的输入端相连；霍尔传感器设置于所述磁钢6径向的旁侧，用以采集磁钢产生的脉冲信号，同时兼能判断叶轮正反转，进行水流流量正反流计量；

所述NB-IOT无线传输模块的输出端还连接有NB-IOT天线相连，所述NB-IOT 无线传输模块依次经NB-IOT天线、NB-IOT蜂窝基站与云端服务器相连。

在本实施例中，所述控制电路还包括电源模块，所述电源模块包括与控制电路连接的用以为控制电路供电的计量电池组以及与NB-IOT天线连接的用以为NB-IOT无线传输模块以及NB-IOT天线单独供电的通讯电池。

在本实施例中，用以配对的下凹形磁块7与下凸形磁环8以及用以配对的上凹形磁块9与上凸形磁环10均采用同极性配对，所述同极性配对具体为：所述下凹形磁块7与所述下凸形磁环8相对的端面均为N极或S极；所述上凹形磁块 9与所述上凸形磁环10相对的端面均为N极或S极。该结构利用磁性的同性相排斥原理，利用磁性的同性相排斥原理，让叶轮5始终悬浮于叶轮底座1与叶轮顶座3之间，且不随叶轮转动而产出轴向位置的变化，故不存在机械磨擦磨损现象，使得水表精度高，始动流量低，使用寿命长。

在实际使用过程中，管道中流动的水经过该无线智能远传水表的进水口进入表芯，水流推动叶轮5转动，带动镶在叶轮轴4上端同心套设的磁钢6一起转动，磁钢6通过转动引起磁场变化，安装在磁钢6径向旁侧的两种不同的传感器(1 个步进电机传感器、1个霍尔传感器)同步取得叶轮5转动状态；其中，步进电机传感器中，磁钢6上产生的磁力经高导磁定子片11，磁传递至线架铁芯12，由于磁钢6转动引起磁场变化产生切割磁力线，在线圈13上感应产生电压信号，经导线输入MCU主控模块；同时，霍尔传感器采集磁钢6上产生电脉冲信号，并经导线同步输入至MCU主控模块。为了提高精度，两种传感器分别针对叶轮的不同转动速度进行采集信号，两路传感器能够自动切换工作，当叶轮5高速转动时，即转速≥5r/s时，步进电机传感器进行信号采集，当叶轮5低速转动时，即转速＜5r/s时，霍尔传感器进行信号采集。所述MCU主控模块对同步脉冲信号进行方向判断和计算，得到水流流量信息，并输出至液晶显示屏进行显示以及通过 NB-IOT无线传输模块发送至云端服务器，所述NB-IOT无线传输模块能够工作在授权频段，实线无线抄表，为后续自来水运营公司提供收费依据。运营公司平台通过提取云端服务器中接收到的水表抄表数据，能够连接至收费***进行资费结算，同时能够进行大数据分析运营，根据数据分析和各种报警通知运营公司的部门发出相应处理通知。

在本实施例中，所述报警模块包括拆表报警输入模块和用以发出报警信息的报警输出模块；所述拆表报警输入模块包括设置于所述水表本体内表面用以检测表壳是否受到按压开启的压触开关；若所述拆表报警输入模块中的压触开关得到报警触发信号并发送至MCU主控模块，所述MCU主控模块经报警输出模块与NB-IOT无线传输模块将报警触发信号发送至云端服务器，运营公司能够根据该信号采取相应的措施。

在本实施例中，所述显示模块包括9位8段码液晶显示屏，同时也能够进行 14位码显示。

在本实施例中，所述MCU主控模块包括MSP430/ST32L单片机。

在本实施例中，所述NB-IOT无线传输模块包括低功耗NB-IOT模块。

在本实施例中，所述MCU主控模块还连接有一SIM号码卡，每个水表可通过 SIM号码卡得到唯一的编码。

在本实施例中，所述线圈13上设有引出接头一13-1、引出接头二13-2以及引出接头三13-3，所述引出接头一13-1和引出接头三13-3分别与一电容的两端相连，所述电容与所述计量电池组13相连接并对所述计量电池组13进行充电，提高计量电池组13的供电时间，延长水表的使用寿命。所述引出接头二13-2经信号放大模块、滤波模块与所述MCU主控模块的输入端相连，所述MCU主控模块对线圈13上的电压信号进行采集。

在本实施例中，所述叶轮底座1的下方还设置有用以对流入叶轮底座1的水进行过滤的过滤网2。

在本实施例中，所述下凹形磁块7、下凸形磁环8、上凹形磁块9、上凸形磁环10均采用轴向磁化的钐钴磁性材料或钕铁硼磁性材料经表面防锈工艺处理制成，具有高磁磁能，耐高低温，磁衷减小，磁性能稳定。

值得一提的是，以上仅为本实用新型实施例中一个较佳的实施方案，本实用新型并不限于上述实施方案，凡按本实用新型方案所做的任何均等变化和修饰，所产生的功能作用未超出本方案的范围时，均属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种带叶轮磁悬浮结构的无线智能远传水表，包括用来设置于水表本体内的表芯，所述表芯包括叶轮底座(1)与叶轮顶座(3)，所述叶轮底座(1)的中心孔和叶轮顶座(3)的中心孔内转动连接有叶轮轴(4)，所述叶轮轴(4)下端固设有位于所述叶轮底座(1)与所述叶轮顶座(3)之间的叶轮(5)，所述叶轮轴(4)上端同轴固设有位于所述叶轮顶座(3)上端的磁钢(6)，其特征在于：

所述叶轮底座(1)的中心孔上同轴固定套设有下凹形磁块(7)，所述叶轮轴(4)在其与所述叶轮底座(1)的中心孔相连的轴端的外周同轴固定套设有与所述下凹形磁块(7)配合的下凸形磁环(8)；所述叶轮顶座(3)的中心孔上同轴固定套设有上凹形磁块(9)，所述叶轮轴(4)在其与所述叶轮顶座(3)的中心孔相连的轴端外周同轴固定套设有与所述上凹形磁块(9)配合的上凸形磁环(10)；其中，用以配对的下凹形磁块(7)与下凸形磁环(8)采用同极相斥配对，用以配对的上凹形磁块(9)与上凸形磁环(10)采用同极相斥配对；

所述无线智能远传水表还包括控制电路，所述控制电路包括MCU主控模块、用以采集电压信号或脉冲信号的传感器模块、用以显示水流流量信息的显示模块、用以无线传输水流流量信息的NB-IOT无线传输模块、以及用以异常报警的报警模块；所述MCU主控模块的输入端与所述传感器模块的输出端相连，用以将传感器模块采集到的信号转换为水流流量信息,所述MCU主控模块的输出端与所述显示模块的输入端连接，用以将转换的水流流量信息显示在显示模块上，所述MCU主控模块的输出端还与所述NB-IOT无线传输模块的输入端相连，用以将水流流量信息通过无线网络发送至云端服务器，所述MCU主控模块还与所述报警模块相连，用以接收报警触发信号并发出报警信息；

所述传感器模块包括一个以上步进电机传感器与一个以上霍尔传感器；每个步进电机传感器包括固设于叶轮顶座(3)上端面且位于磁钢(6)径向旁侧的高导磁定子片(11)、连接于高导磁定子片(11)两端之间的线架铁芯(12)、缠绕于线架铁芯(12)上的用以感应产生电压信号的线圈(13)；所述步进电机传感器中的线圈(13)与所述MCU主控模块的输入端相连；各个霍尔传感器设置于所述磁钢(6)径向的旁侧，用以采集磁钢产生的脉冲信号，同时兼能判断叶轮正反转，进行水流流量正反流计量；

所述NB-IOT无线传输模块的输出端还连接有NB-IOT天线相连，所述NB-IOT无线传输模块依次经NB-IOT天线、NB-IOT蜂窝基站与云端服务器相连。

2.根据权利要求1所述的一种带叶轮磁悬浮结构的无线智能远传水表，其特征在于：所述控制电路还包括电源模块，所述电源模块包括与控制电路连接的用以为MCU控制电路供电的计量电池组以及与NB-IOT天线连接的用以为NB-IOT无线传输模块以及NB-IOT天线单独供电的通讯电池。

3.根据权利要求1所述的一种带叶轮磁悬浮结构的无线智能远传水表，其特征在于：所述报警模块包括拆表报警输入模块和用以发出报警信息的报警输出模块；所述拆表报警输入模块包括设置于所述水表本体内表面用以检测表壳是否受到按压开启的压触开关。

4.根据权利要求1所述的一种带叶轮磁悬浮结构的无线智能远传水表，其特征在于：所述显示模块包括9位8段码液晶显示屏；所述MCU主控模块包括MSP430/ST32L单片机。

5.根据权利要求1所述的一种带叶轮磁悬浮结构的无线智能远传水表，其特征在于：所述NB-IOT无线传输模块包括低功耗NB-IOT模块。

6.根据权利要求1所述的一种带叶轮磁悬浮结构的无线智能远传水表，其特征在于：所述步进电机传感器的数量为一个，所述霍尔传感器的数量为一个或多个。

7.根据权利要求1所述的一种带叶轮磁悬浮结构的无线智能远传水表，其特征在于：所述MCU主控模块还连接有一SIM号码卡。

8.根据权利要求1所述的一种带叶轮磁悬浮结构的无线智能远传水表，其特征在于：所述线圈(13)上设有引出接头一(13-1)、引出接头二(13-2)以及引出接头三(13-3)，所述引出接头一(13-1)和引出接头三(13-3)分别与一电容的两端相连，所述电容与计量电池组相连接并对计量电池组进行充电；所述引出接头二(13-2)经信号放大模块、滤波模块与所述MCU主控模块的输入端相连。

9.根据权利要求1所述的一种带叶轮磁悬浮结构的无线智能远传水表，其特征在于：所述叶轮底座(1)的下方还设置有用以对流入叶轮底座(1)的水进行过滤的过滤网(2)。

10.根据权利要求1所述的一种带叶轮磁悬浮结构的无线智能远传水表，其特征在于：所述下凹形磁块(7)、下凸形磁环(8)、上凹形磁块(9)、上凸形磁环(10)均采用轴向磁化的钐钴磁性材料或钕铁硼磁铁材料经表面防锈工艺处理制成。